察汗乌苏水电站机组无功功率波动分析及处理

王文昕

（国电新疆开都河流域水电开发有限公司，新疆 库尔勒841000）

新疆电网因地理位置特殊性，大多为长距离架空输电线路，电容效应导致全网电压较高。察汗乌苏水电站装机容量3×110MW，位于新疆和静县境内，处于南北疆电网交界处，且在电网末端，机组长期处于进相运行。察汗乌苏水电站机组正常运行时，常发生无功功率规律性波动。本文分析了产生上述现象的原因，提出了解决措施，为电站安全稳定运行提供技术保障。

1 事件原因分析

现场发现当机组有功功率50MW且有功变化量为1～3MW时，无功功率波动1～3Mvar，无功功率波动正常。调整机组有功功率50～110MW过程中，无功功率波动8～11Mvar，励磁电压、励磁电流、励磁变压器声音波动明显，且呈规律性变化。以察汗乌苏2号机组为分析对象，从两个主要方面分析无功功率波动的原因。

1.1 PSS反调与功角特性

（1）PSS反调

根据PSS数学模型可知，当机组电功率或角速度发生较大变化时，励磁系统产生正阻尼转矩，使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩，提高电力系统动态稳定性。

某日 10：05～10：10，调整有功功率 70～110MW 过程中，无功功率由-13.8Mvar波动至-5.6Mvar，变化量为8.2Mvar。机组额定无功功率为68.1Mvar，无功功率变化量为12%的额定无功功率，满足（DL/T1231-2013）电力系统稳定器整定试验导则要求。

（2）凸极发电机功角特性

分析凸极式发电机的功角特性方程为

由公式（1）、（2）可得出

察汗乌苏水电站交轴同步电抗xq的值为0.707，视在功率SN为125.7MVA，发电机额定电压为13.8kV，察汗乌苏机组并网运行电压为13.4kV左右。将无功功率波动的机组P、Q代入式（3），机组运行功角约25.17°，远小于静稳极限值。

综上所述有功功率调整时，导致无功功率波动属于正常现象。

1.2 欠励限制与恒机端电压模式互相影响

某日 13：00：34，机组有功功率 50MW，机组无功功率-30.5Mvar，励磁系统欠励限制动作，无功功率波动1～3Mvar。调整机组有功功率50～110MW过程中，13：02：48有功功率87MW，机组无功功率开始呈周期性波动，13：06：00波动结束，无功功率波动8～11Mvar。机组运行时P-Q曲线如图1所示。

图1 机组P-Q曲线

机组正常运行时，P-Q运行曲线应在欠励限制曲线内，欠励限制曲线应在进相试验曲线内。

由图1可知，机组有功功率上升至87MW后，机组P-Q运行曲线沿欠励限制曲线呈规律性波动，且在欠励限制曲线与进相试验曲线之间运行。

机组有功功率上升前，欠励限制信号保持。有功功率上升后，其对应欠励限制定值中无功功率应上升，但无功增加将导致机端电压上升，由于励磁系统运行在恒机端电压模式下，机端电压上升经反馈调节后会导致无功减小，以保持机端电压恒定，如此反复即出现无功波动。

2 无功功率波动的后果

机组在无功功率波动状态下运行时，若系统发生振荡将加剧波动幅度，可能造成以下严重后果：

（1）水轮发电机组失步与系统解列。

（2）厂用电压波动造成厂用电设备损坏。

（3）定子电流过高造成定子温度超限。

（4）转子振动和过热。

（5）励磁变电流大幅波动造成励磁变铁心损坏。

3 解决方案

针对上述现象出现的原因，考虑可行性，应从机组欠励限制和AVC调节策略2方面考虑。

3.1 欠励限制方面

（1）适当增加机组进相裕度，合理开放欠励限制曲线。

（2）值班人员手动调节机组无功功率时，应尽量使机组不要靠近欠励限制曲线运行。

3.2 AVC策略方面

目前水电站使用的AVC系统是计算机监控系统中的应用。AVC定值中只有一种限值“机组无功限值进相”，只能固定限制单个无功功率值。机组大负荷与小负荷运行时的进相能力是不同的，考虑同时兼顾电网辅助服务与机组安全稳定运行，提出一种新的AVC进相调节策略，策略应使机组P-Q运行曲线在欠励限制曲线内，且无功功率闭环控制。具体如图2所示。

图2 AVC进相调节策略图

自动电压控制（AVC）投入时，应考虑AVC分配无功功率的合理性，确保给机组分配的无功功率设定与欠励限制曲线保持适当的裕度。经过AVC运行策略优化后，当机组小负荷运行时，进相能力强，增加无功补偿收入，而机组大负荷运行时，进相能力弱，既保证机组安全稳定运行，又保证无功补偿收入。

4 结语

AGC与AVC广泛应用的今天，造成机组电压和无功功率波动的原因越来越复杂。本文综合考虑电站自身的设备性能特点、机组运行方式、系统运行状况等因素，认真分析了机组正常运行时PSS、AVC、AVR及欠励限制运行时无功功率运行情况，找到引起波动的原因，创新性的提出AVC进相调节策略，从而提高电网辅助服务收入和电站安全稳定运行水平。