摘 要： 针对出线侧带并联电抗器的大型火电机组进行并网核相试验时遇到的特殊问题，提出了以发电机作为核相电源，进行两待并系统核相的新方法。对试验方案进行仿真模拟，对试验过程中各电量的变化进行考查，并对各设备保护的定值整定和投入进行论证。最后在核相试验过程中采取综合措施顺利解决励磁系统参数配合问题，圆满完成核相试验。
关键词： 核相试验；零起升压；并联电抗器
0 引言
相序、相位不同的两电源系统合环时，将会造成严重的短路事故，因此，新投运电厂必须结合现场设备特点和实际接线进行核相试验，预防此类事故发生[1-2]。目前，甘肃省内600 MW及以上大型火电机组均采用单元接线方式接入750 kV超高压电网，并在出线处接入并联电抗器以补偿长线路的对地电容。在大容量并联电抗器接入情况下，进行核相试验时必须考虑并联电抗器的过补偿效应。本文以大唐景泰电厂核相试验的技术研究与实践为基础，总结出线侧带并联电抗器的大型火电机组并网核相试验新方法。
1 核相新技术
新建发电机组并网前，都要进行核相试验[3]。一般情况下，发电厂与电网核相试验采用线路侧提供核相电源，以倒充主变的方式进行。景泰电厂所接750 kV景白线由于线路较长，考虑到系统稳定和设备安全，不宜采用倒充主变方式。考查景泰电厂一次接线，决定采取以发电机为核相电源，升压带起主变高侧PT和线路侧PT进行核相。景泰电厂一次接线方式如图1所示。
由景泰电厂出线结构可知，线路并联电抗器位于主变高压侧PT和线路侧PT之间，且其容量达300 MW，因而以此种方式核相必须考虑电抗器过补偿效应的影响。首先，必须对发电机带电抗器升压过程中电流电压变化情况有准确的认识，确保此种核相方式不影响设备安全[4]。其次，必须对这种方式下发电机保护、电抗器保护定值和保护投退进行论证，确保继电保护起到应有作用[5]。最后，励磁系统以空载情况为依据对零起升压相关参数进行限定，必须在核相过程中采取综合措施解决励磁系统参数配合问题。
2 电抗器模型
图2所示为并联电抗器的物理模型，其中u为外加的正弦电压，2分别为主磁通、漏磁通、经过旁轭的磁通，im是激励电流，e为线圈的感应电动势。
相应的电路与磁路方程为：
其中，i1为磁化电流，分别为主磁通与漏磁通的磁导，L1、L分别为主电感和漏电感。
根据电磁感应定律与基尔霍夫电压定律得：
图3为并联电抗器的等效电路，其中rFe为铁耗等效电阻，r为线圈绕组，Lgap、Lnon分别为气隙电感和铁心电感。
激励电流包括磁化电流与铁耗电流，即：
其中，
电感又可等效为气隙电感和铁心电感，即：
L1=Lgap+Lnon（9）
由图2与图3及式（1）~（9）能够对电抗器的各个电气量有准确的认识，使继电保护的整定与后期的核相工作有可靠的理论支持。
3 仿真论证
以发电机作为单一电源进行核相试验，拟采取的实验步骤如下：打开线路侧连接，主开关处于断位，发电机进行空载零起升压，待电压稳定于某一值后，合主开关，带起主变高侧PT和线路侧PT。此核相试验过程中，机端将突加300 MW并联电抗器负载，可能会产生较大的暂态电流。因此，应首先对这种核相方式下主变高压侧电流、电压进行仿真研究，对各量变化情况有准确的认识，为继电保护的定值整定和配置提供可靠参考[1]。以PSCAD/EMTDC为平台，对试验过程中的电流、电压变化情况进行仿真。
PSCAD/EMTDC（Electro-Magnetic Transient in DC System）软件包是目前世界上较广泛使用的一种电力系统分析软件，其主要功能是进行电力系统时域和频域计算仿真，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时电参数随时间变化的规律。根据景泰电厂一次接线情况，搭建仿真电路如图4所示。
仿真模拟发电机空载升压至额定值后，合主开关，考查此过程中主变高侧暂态电流的大小以及主变高侧电压的变化情况。仿真过程未考虑励磁系统特性，设定机端电压在一个周波后升至额定值，且各元件均设置为理想元件。电流、电压仿真波形图如图5所示。
由图5可见，电流在合闸瞬间出现最大瞬态值1.2 kA，并在大约两个周波后稳定于0.1 kA（峰值）。根据仿真结果分析保护的定值整定情况：依调度定值单，景泰电厂主变复压过流保护未用，故不考虑此项保护；电抗器过流保护定值为300 A，动作延时为1.5 s，虽然此突增暂态电流大于电抗器过流保护动作值，但其衰减速度很快，故电抗器保护亦不会误动；并且此电流对于发电机、主变、电抗器均为穿越性电流，差动保护可靠不动作。据以上分析可知，此核相方法对各设备电流保护不构成影响，可以在不修改定值的情况下进行试验。
保护配置方面，除发变组、电抗器相关保护应全数投入外，由于主开关到电抗器高端这一段线路包含于线路保护中，故线路保护中除线路差动保护外的部分亦应投入，以期对带电范围内所有部分进行充分保护[5]。
4 核相新技术应用
发电机空载升压至50%Ue（10 kV），合上发电机出口断路器。之后，机端电压下降至10%Ue（2 kV），调节器自动升压，当上升至25%Ue（5 kV）时，励磁调节器报“复励故障”信号，灭磁开关跳开，励磁系统退出运行。
分析故障原因：“复励故障”信号代表蓄电池复励时间超过了CMPD MAX TIME（307）的设定，即在复励时限内，机端电压未能升至设定值。调节器默认在机端电压降至10%Ue时再次投入起励电源，以复励方式运行。可见电抗器负载的接入大幅拉低了机端电压，而此期间调节器自动升压步长较小，电压不能在给定时限内恢复，导致复励方式投入时间超过了限值，从而报出“复励故障”。
为使发电机在复励时限内能够成功带起并联电抗器，必须缩短从零起到电压稳定于50%Ue的时间。有两种手段可达到这一目的，其一为修改励磁系统限制值。检查CMPD ON LEVEL（306）、CMPD MAX TIME（307）和SUPPLY MODE（901）三个参数的设置：参数CMPD ON LEVEL（306）固化设为10%，现场无法修改；参数CMPD MAX TIME为直流复励回路投入时间，考虑到复励回路容量很小，长时间投入可能会使其烧毁，故此定值也无法修改。于是考虑第二种手段，即合断路器带起电抗器后，在复励时限内加快发电机机端电压的回升速度。本文决定采取励磁调节器自动升压的同时手动增磁的办法，以期在复励时限之内恢复机端电压。再次开始试验，仍建压至50%Ue，在合断路器后立即开始手动增磁，此次发电机机端电压成功稳定在50%Ue，而且励磁系统各参数亦均在限值范围以内。发电机成功带起300 MVar电抗器负荷，电压保持稳定，调试人员立即开始进行二次电压核相。
以励磁调节器自动升压的同时手动增磁的方式，在励磁调节器各时限定值以内，带起300 MVar电抗器负荷，并使电压保持稳定。此时线路侧PT与主变高侧PT接入同一电源系统，在两PT的二次侧测量同名端子和非同名端子的电压差值，其相别测量关系如表1所示。
可见系统侧和发电机侧电压相序完全一致，两个待并电源系统符合合环条件，核相试验顺利完成。
5 结论
发电机作为核相电源，带并联电抗器负载进行主变高侧PT和线路PT核相的试验方式在省内尚属首次。本文对试验过程中各电压电流量变化情况进行仿真，研究分析其对发电机和电抗器保护的影响，提出详细实施方案，在实施过程中对机端电压和励磁系统响应进行详细分析，适当修改励磁系统限值参数，最终顺利完成核相试验。本文方法为今后其他类似一次出线结构电厂的核相工作提供了有益参考。
参考文献
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[5] 孙浩波．大机组保护及自动装置在工程中应用的几点探讨[J]．继电器，2007，35（2）：79－82．