一起10 kV中压发电车并网失败案例分析

朱方方,黄云龙,宋光明,祁 鸣,马 建,张作盛,童中宇

(国网合肥供电公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

近两年夏季受连续高温天气影响,多地用电负荷缺口较大,为保障居民生活及商业用电不受影响,供电公司通过10 kV中压发电车对重过载配电网线路并网调峰,分担10 kV线路部分负荷,能够极大减轻变电站主变负载,有效保障配电线路负荷高峰时段正常电能供给[1]。

本文介绍了一起在10 kV线路过载情况下,电网和发电机组因电压滑差过大,以及电网开关保护配置不合理导致中压发电车并网失败的案例,最后针对该起事故提出了相应的应对措施。

1 事故前配电网设备运行情况

某110 kV变电站某10 kV线路供电半径8 km左右,为架空和电缆混合线路,供给包含居民小区、商业和企业在内的42台变压器用电。8月某日11时,日最高气温升至近40 ℃,该变电站负载率78%,运行温度89 ℃,该10 kV线路负荷电流超600 A,线路最末端居民用户电压已在198 V上下波动,空调负荷已处于无法正常启动临界值。

2 并网发电经过

11时20分,配网调度通知,某110 kV变电站某10 kV 线路负荷电流超600 A,要求通过10 kV中压发电车立即并网发电,缓解线路负载。选取线路上靠近线路末端的某开闭所待用间隔作为并网接入点,将并网点相序核对正确后接入中压发电车,按接入流程执行启动中压发电车机组。启动后,机组并网指示灯MCB不亮,显示不满足并网条件,并网失败。经检查因接入点线路电压过低,导致10 kV发电机组无法和电网同步。为缩减电网和发电机组并网期间电压滑差,现场工作人员适当调低发电机组额定线排电压,将机组最低输出电压控制在实际线路电压以上,机组并网指示灯MCB亮,显示机组具备并网条件,接着操作10 kV中压发电车断路器合闸按钮,机组自动逐步与电网同期,1分钟后接入点某开闭所04开关保护动作跳闸。现场运行方式如图1所示。

图1 现场运行方式

3 原因分析

3.1 中压发电车并网原理

中压发电车与电网系统并网属于差频并网,在满足准同期的四个条件后方能并网,即压差、频差在允许的范围之内并且相序一致,相角差为0[2]。中压发电车为额定工频50 Hz、额定电压10.5 kV电压输出,按照黄、绿、红三相同相序与电网连接后,通过中压发电车中的并网控制器控制输出断路器进行准同期并网操作,同期后输出断路器自动合闸,中压发电车与中压配电网并列运行,同时给中压用户负载供电,此时通过控制器逐步调增负载输出,实现电网负荷分担。

3.2 中压发电车并网调峰启动过程

利用中压发电车并网功能,将10 kV中压发电车通过开闭所待用间隔与电网并列后同时给负载供电,并逐步加大电源车负载供给,从而实现中压发电车并网调峰的目的。

按照图2所示方式将电源车接入电网接入步骤如下:

图2 中压发电车并网调峰接入方式图

(1)将2#出线柜电缆接口1接入开闭所某待用间隔;

(2)将开闭所待用间隔摇至热备用状态,并合上断路器控制开关;

(3)手动合上2#出线柜负荷开关;

(4)启动发电机组,观察机组输出电压稳定,机组转速稳定,即转速为1 500±2 r/min,同时机组满足并网条件,即机组并网指示灯MCB亮,方可进行并网操作;

(5)进行并网操作,操作机组控制器上GCB按钮,控制器调整发电机组转速和电压与电网进行同步,达到同步点后,控制器控制机组断路器合闸;

(6)通过控制器逐步增加发电机组输出功率至设定值,即可实现并网调峰。

3.3 中压发电车输出电压控制

中压发电车默认向10 kV电网输出发电,为确保机组在额定工况下正常运转,中压发电车“额定发电线电压”“额定排线压”参数,即输出额定电压一般设置为10.5 kV的95%～105%之间。现场按照默认参数连接、发电,发电车机组并网信号指示灯MCB不亮,并网失败。

连续高温期间,实际上电网线路因负荷较大,线路电压降低,且随着供电半径的延伸,电网电压逐步下降。1#中压发电车当天在接入电网后,机组控制显示器显示“排线压”为9 785 V,即接入点电网电压只有9.785 kV,电网电压电压过低,无法满足机组保护设置的并网条件。现场人员修改发电车输出额定电压为9.95 kV,随即机组并网指示灯MCB亮,按并网流程合上中压发电车断路器控制开关GCB,机组并网成功。

3.4 中压发电车输出功率的控制

中压发电车在与电网同步的过程中,因存在电压和相位差,会在电网和机组之间形成等效环流电路,此时中压发电车相对电网来说由于负荷能力调节能力较低,输出功率不稳定且波动较大,甚至存在逆向输出功率和过负载输出功率的风险。本事故中,机组与电网同期1分钟后,接入点某开闭所04开关保护动作跳闸,正是由于电网电压过低,同期过程极不稳定,导致发电机组输出电流过大,引起电网开闭所保护动作跳闸。

同理,为了防止发生“功率倒送发电机组”,保护机组不发生“逆功率”跳闸,同步前的基数负载应当视线路负载情况设置在合理范围内,根据现场实际经验基数负载设置在10%～30%是较为安全的范围,以2 000 kW的中压发电车为例,基数负载设置在200 kW～600 kW是较为安全的。

中压发电车待并网成功后输出功率恢复稳定,机组即按照设定的基数负载向电网供电,此时可分级调增基数负载数值逐步至设定值,期间为了尽量保持机组输出稳定性,参照现场经验可按照10%～20%的级差进行调增。此外,为了减少电网负荷波动对机组的影响,发电机组按照1.5倍额定电流设置保护电流,以2 000 kW中压发电机组为例,其额定工作电流I额为115.47 A。当电流超过1.5I额时,会触发机组自身保护导致机组停机。中压发电机组用于并网调峰时,往往电网线路已经处于重载状态,当遇到负荷高峰时段,集中增加的负荷将导致电网电流陡增,此时若不将机组并网发电功率限制在一定数值内,机组电流极有可能会瞬间超过保护值导致停机,因此综合考虑机组性能和运行稳定性,并网基数负载设定值尽量控制在额定值的80%以内。

3.5 并网接入点的保护配置分析

本次并网发电线路位于城市中心,并网接入点选择了发电车具备停放条件的综合商业某开闭所。当压差、频差、相位角均校准正常后,发电时并网接入点开闭所开关保护电流速断跳闸,装置显示动作电流二次值为5.2 A。

对并网接入点开关再次排查,发现该开闭所跳闸开关流变变比为50/5,二次电流为5.2 A,可计算得出保护一次电流值为52 A。经检查该保护电流速断二次定值为4 A、0 s,即一次定值仅为40 A、0 s,因此实际电流52 A超过该保护电流速断设定值40 A,保护正确动作,断路器正确跳闸。

对发电机组和电网同期期间电流较大原因进行核查,并网时因带负荷合闸产生励磁涌流、滑差电压存在以及相位差等影响,发电车设置输出功率为300 kW,实际输出功率为881 kW,实际输出功率对照设置功率出现了较大偏移,相应输出电流较大,造成电网保护越限跳闸。考虑并网操作过程中上述影响发电机输出功率的不稳定因素存在,因此并网接入点的电网保护定值应综合考虑开关变比、并网输出功率、励磁涌流等影响[3],保护定值二次值可参照式(1)进行合理整定。

(1)

式中:p为并网最大输出功率,kW;U为并网电压,kV;N为开关变比;cosφ为负荷功率因素;K为可靠性系数,按照经验K可选择1.2～3。

4 工作建议

(1)方案阶段:选择并网接入点应充分开展现场勘查,1 600 kW及以上中压发电车体积(17.5 m×2.55 m×4 m)、重量(满油后重量49 t)均较大,因此车辆行驶和停放是至关重要的一环,前期方案勘查应结合道路宽度、桥洞高度、桥梁最大荷载等实际条件科学规划路线和车辆停放位置;其次需重点关注电网电压随负荷波动情况,中压发电车接入点电压需大于10 kV,若线路负荷过重,接入点尽可能选在靠近变电站出线侧接入。

(2)并网前:对并网接入点开展相序核对,确定三相相序正确;考虑到随着负荷增长,系统电压进一步降低,机组可能出现“排线压低”“逆功分闸”“短路电流分闸”等保护跳闸事件,导致机组无法与电网正常同步,因此应仔细检查核对并网点电网电压值,严格设置输出额定电压等发电车参数;检查并网接入点开关,合理设置保护定值。

(3)并网发电:并网前期逐步稳定抬升输出功率,其次严格控制机组并网运行时长,防止机组温度过高跳闸,确保机组稳定运行;最后做好相关数据统计,关注电量耗油比,提升中压发电车经济性能。

5 结论

10 kV中压发电车并网时,系统电压过低将导致电网和中压发电机组之间电压滑差过大,进而导致并网失败。本文介绍的一起因系统电压过低且接入点电网保护配置不合理导致中压发电车并网失败的案例,暴露出中压发电车现场操作人员对机组并网原理、保护配置配合计算以及现场突发事件有效处置存在认知盲区。在今后工作中,现场人员应吸取经验,在前期现场勘查时,将接入点电压、负荷、保护配置等因素纳入中压发电车并网接入方案,加强技术总结与现场应用。