一起10 kV中壓發電車并網失敗案例分析

朱方方,黃云龍,宋光明,祁 鳴,馬 建,張作盛,童中宇

(國網合肥供電公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

近兩年夏季受連續高溫天氣影響,多地用電負荷缺口較大,為保障居民生活及商業用電不受影響,供電公司通過10 kV中壓發電車對重過載配電網線路并網調峰,分擔10 kV線路部分負荷,能夠極大減輕變電站主變負載,有效保障配電線路負荷高峰時段正常電能供給[1]。

本文介紹了一起在10 kV線路過載情況下,電網和發電機組因電壓滑差過大,以及電網開關保護配置不合理導致中壓發電車并網失敗的案例,最后針對該起事故提出了相應的應對措施。

1 事故前配電網設備運行情況

某110 kV變電站某10 kV線路供電半徑8 km左右,為架空和電纜混合線路,供給包含居民小區、商業和企業在內的42臺變壓器用電。8月某日11時,日最高氣溫升至近40 ℃,該變電站負載率78%,運行溫度89 ℃,該10 kV線路負荷電流超600 A,線路最末端居民用戶電壓已在198 V上下波動,空調負荷已處于無法正常啟動臨界值。

2 并網發電經過

11時20分,配網調度通知,某110 kV變電站某10 kV 線路負荷電流超600 A,要求通過10 kV中壓發電車立即并網發電,緩解線路負載。選取線路上靠近線路末端的某開閉所待用間隔作為并網接入點,將并網點相序核對正確后接入中壓發電車,按接入流程執行啟動中壓發電車機組。啟動后,機組并網指示燈MCB不亮,顯示不滿足并網條件,并網失敗。經檢查因接入點線路電壓過低,導致10 kV發電機組無法和電網同步。為縮減電網和發電機組并網期間電壓滑差,現場工作人員適當調低發電機組額定線排電壓,將機組最低輸出電壓控制在實際線路電壓以上,機組并網指示燈MCB亮,顯示機組具備并網條件,接著操作10 kV中壓發電車斷路器合閘按鈕,機組自動逐步與電網同期,1分鐘后接入點某開閉所04開關保護動作跳閘?，F場運行方式如圖1所示。

圖1 現場運行方式

3 原因分析

3.1 中壓發電車并網原理

中壓發電車與電網系統并網屬于差頻并網,在滿足準同期的四個條件后方能并網,即壓差、頻差在允許的范圍之內并且相序一致,相角差為0[2]。中壓發電車為額定工頻50 Hz、額定電壓10.5 kV電壓輸出,按照黃、綠、紅三相同相序與電網連接后,通過中壓發電車中的并網控制器控制輸出斷路器進行準同期并網操作,同期后輸出斷路器自動合閘,中壓發電車與中壓配電網并列運行,同時給中壓用戶負載供電,此時通過控制器逐步調增負載輸出,實現電網負荷分擔。

3.2 中壓發電車并網調峰啟動過程

利用中壓發電車并網功能,將10 kV中壓發電車通過開閉所待用間隔與電網并列后同時給負載供電,并逐步加大電源車負載供給,從而實現中壓發電車并網調峰的目的。

按照圖2所示方式將電源車接入電網接入步驟如下:

圖2 中壓發電車并網調峰接入方式圖

(1)將2#出線柜電纜接口1接入開閉所某待用間隔;

(2)將開閉所待用間隔搖至熱備用狀態,并合上斷路器控制開關;

(3)手動合上2#出線柜負荷開關;

(4)啟動發電機組,觀察機組輸出電壓穩定,機組轉速穩定,即轉速為1 500±2 r/min,同時機組滿足并網條件,即機組并網指示燈MCB亮,方可進行并網操作;

(5)進行并網操作,操作機組控制器上GCB按鈕,控制器調整發電機組轉速和電壓與電網進行同步,達到同步點后,控制器控制機組斷路器合閘;

(6)通過控制器逐步增加發電機組輸出功率至設定值,即可實現并網調峰。

3.3 中壓發電車輸出電壓控制

中壓發電車默認向10 kV電網輸出發電,為確保機組在額定工況下正常運轉,中壓發電車“額定發電線電壓”“額定排線壓”參數,即輸出額定電壓一般設置為10.5 kV的95%～105%之間?，F場按照默認參數連接、發電,發電車機組并網信號指示燈MCB不亮,并網失敗。

連續高溫期間,實際上電網線路因負荷較大,線路電壓降低,且隨著供電半徑的延伸,電網電壓逐步下降。1#中壓發電車當天在接入電網后,機組控制顯示器顯示“排線壓”為9 785 V,即接入點電網電壓只有9.785 kV,電網電壓電壓過低,無法滿足機組保護設置的并網條件?，F場人員修改發電車輸出額定電壓為9.95 kV,隨即機組并網指示燈MCB亮,按并網流程合上中壓發電車斷路器控制開關GCB,機組并網成功。

3.4 中壓發電車輸出功率的控制

中壓發電車在與電網同步的過程中,因存在電壓和相位差,會在電網和機組之間形成等效環流電路,此時中壓發電車相對電網來說由于負荷能力調節能力較低,輸出功率不穩定且波動較大,甚至存在逆向輸出功率和過負載輸出功率的風險。本事故中,機組與電網同期1分鐘后,接入點某開閉所04開關保護動作跳閘,正是由于電網電壓過低,同期過程極不穩定,導致發電機組輸出電流過大,引起電網開閉所保護動作跳閘。

同理,為了防止發生“功率倒送發電機組”,保護機組不發生“逆功率”跳閘,同步前的基數負載應當視線路負載情況設置在合理范圍內,根據現場實際經驗基數負載設置在10%～30%是較為安全的范圍,以2 000 kW的中壓發電車為例,基數負載設置在200 kW～600 kW是較為安全的。

中壓發電車待并網成功后輸出功率恢復穩定,機組即按照設定的基數負載向電網供電,此時可分級調增基數負載數值逐步至設定值,期間為了盡量保持機組輸出穩定性,參照現場經驗可按照10%～20%的級差進行調增。此外,為了減少電網負荷波動對機組的影響,發電機組按照1.5倍額定電流設置保護電流,以2 000 kW中壓發電機組為例,其額定工作電流I額為115.47 A。當電流超過1.5I額時,會觸發機組自身保護導致機組停機。中壓發電機組用于并網調峰時,往往電網線路已經處于重載狀態,當遇到負荷高峰時段,集中增加的負荷將導致電網電流陡增,此時若不將機組并網發電功率限制在一定數值內,機組電流極有可能會瞬間超過保護值導致停機,因此綜合考慮機組性能和運行穩定性,并網基數負載設定值盡量控制在額定值的80%以內。

3.5 并網接入點的保護配置分析

本次并網發電線路位于城市中心,并網接入點選擇了發電車具備停放條件的綜合商業某開閉所。當壓差、頻差、相位角均校準正常后,發電時并網接入點開閉所開關保護電流速斷跳閘,裝置顯示動作電流二次值為5.2 A。

對并網接入點開關再次排查,發現該開閉所跳閘開關流變變比為50/5,二次電流為5.2 A,可計算得出保護一次電流值為52 A。經檢查該保護電流速斷二次定值為4 A、0 s,即一次定值僅為40 A、0 s,因此實際電流52 A超過該保護電流速斷設定值40 A,保護正確動作,斷路器正確跳閘。

對發電機組和電網同期期間電流較大原因進行核查,并網時因帶負荷合閘產生勵磁涌流、滑差電壓存在以及相位差等影響,發電車設置輸出功率為300 kW,實際輸出功率為881 kW,實際輸出功率對照設置功率出現了較大偏移,相應輸出電流較大,造成電網保護越限跳閘?？紤]并網操作過程中上述影響發電機輸出功率的不穩定因素存在,因此并網接入點的電網保護定值應綜合考慮開關變比、并網輸出功率、勵磁涌流等影響[3],保護定值二次值可參照式(1)進行合理整定。

(1)

式中:p為并網最大輸出功率,kW;U為并網電壓,kV;N為開關變比;cosφ為負荷功率因素;K為可靠性系數,按照經驗K可選擇1.2～3。

4 工作建議

(1)方案階段:選擇并網接入點應充分開展現場勘查,1 600 kW及以上中壓發電車體積(17.5 m×2.55 m×4 m)、重量(滿油后重量49 t)均較大,因此車輛行駛和停放是至關重要的一環,前期方案勘查應結合道路寬度、橋洞高度、橋梁最大荷載等實際條件科學規劃路線和車輛停放位置;其次需重點關注電網電壓隨負荷波動情況,中壓發電車接入點電壓需大于10 kV,若線路負荷過重,接入點盡可能選在靠近變電站出線側接入。

(2)并網前:對并網接入點開展相序核對,確定三相相序正確;考慮到隨著負荷增長,系統電壓進一步降低,機組可能出現“排線壓低”“逆功分閘”“短路電流分閘”等保護跳閘事件,導致機組無法與電網正常同步,因此應仔細檢查核對并網點電網電壓值,嚴格設置輸出額定電壓等發電車參數;檢查并網接入點開關,合理設置保護定值。

(3)并網發電:并網前期逐步穩定抬升輸出功率,其次嚴格控制機組并網運行時長,防止機組溫度過高跳閘,確保機組穩定運行;最后做好相關數據統計,關注電量耗油比,提升中壓發電車經濟性能。

5 結論

10 kV中壓發電車并網時,系統電壓過低將導致電網和中壓發電機組之間電壓滑差過大,進而導致并網失敗。本文介紹的一起因系統電壓過低且接入點電網保護配置不合理導致中壓發電車并網失敗的案例,暴露出中壓發電車現場操作人員對機組并網原理、保護配置配合計算以及現場突發事件有效處置存在認知盲區。在今后工作中,現場人員應吸取經驗,在前期現場勘查時,將接入點電壓、負荷、保護配置等因素納入中壓發電車并網接入方案,加強技術總結與現場應用。