福建电力与电工
FUJIANDIANLIYUDIANGONG
ISSN1006-0170CN35-1174/TM
三种发电机功角监测方法的比较
应宗明1
(1.福建省电力试验研究院,福建福州
房林2邵德斌1
150090)
350007;2.哈尔滨科力电力有限公司,黑龙江哈尔滨
摘要:比较了3种发电机功角监测方法,即实时测量法、计算测量法、简捷测量法。独创提出的简捷测量法不用进行并网前空载初始功角δ0测量,就可满足进相时对功角的测量要求,并同时得出实际工况交轴同步电抗Xq的准确计算方法。
关键词:进相试验;功角监测;空载;电抗中图分类号:TM726
文献标识码:B
文章编号:1006-0170(2006)01-0040-03值,测量准确,无需进行计算。
实时测量法的缺点是在对发电机进行进相运行试验时,需临时接入功角仪,如果1台机组在带负载运行后开始进行进相试验,就需要进入空载运行工况十次,这给试验带来较高的代价,如无法进入空载运行工况进行并网前测量空载初始功角δ将无法0,测得实际运行条件下功角值。
对发电机安装功角仪表进行在线功角监测,可采用实时测量法。
1前言
随着电网的发展,高压输电线路长度的增加,电网充电功率相应增多,当电力负荷处于低谷时,过剩的无功功率会使电网运行电压升高。由于发电机进相运行能吸收电网的剩余无功功率,因此可用来调整电网运行电压。目前,发电机进相运行能力已成为发电厂机组上网发电的必备条件。
发电机进相运行是有条件限制的,必须事先通过试验确定发电机的进相运行限额。发电机在进相试验或运行时,需监测发电机功角值,控制功角在
2.2计算测量法
用已知的电气参数计算当前功角值,其方法是:
70°以内,以利于进相机组的安全可靠运行。
针对不同情况,本文比较了3种发电机功角监测
方法,即实时测量法、计算测量法、简捷测量法。
先推论出功角δ与可测量到的电气参数的对应关系。附图是同步发电机运行矢量图,从中可知
2功角监测方法的比较与选择
2.1
实时测量法
发电机功角δ是发电机直轴电势Εq与定子电压U之间的相位角。利用转子转速信号上升过零点与定子电压U的上升过零点相位差测量,达到对功角值的确定。在发电机并网前空载状态时要将初始功角值确定,机组并网后监测到的δi为准确的动态当前功角值。即:
δi=δ∑-δ0
式中
(1)
δ——始功角值;0—初
δ∑——实际测量功角值。
要完成功角的实时测量,必须测试到转速、定子
φ
电压信号,在机组开机前投入功角仪,机组开机并网前校验初始功角后,便可自动连续监测功角。
实时测量法的优点是可测到真实的动态功角
附图
同步电机定子电气矢量图
-40-
UDsinδ=IqXq
IDXqsin[90°-(δ+φ)]=IqXq
(2)
3U2
Dsinδ=(3UDIDcosφcosδ-3UDIDsinφsinδ)Xq
3(UBC/!3)2=﹙P/tgδ-Q﹚Xqδ=arctg(P2)(3)
UBC/Xq+Q
式中
Xq——交轴同步电抗;UD—定子——相电压;ID—定——子相电流;
Iq—定——子相电流横轴分量;P———有功功率;Q—无——功功率;UBC—定——子线电压。
P、Q、UBC都是当前工况的测量值,可达到0.5级。Xq可从发电机出厂说明书中查到。一般给出的
都为非饱和值,与实际的饱和值相差10%~15%之大。所以要想计算功角准确,确定较准确的Xq值困难很大。
功角的计算测量,可用功角仪自动实时完成,在机组开机后投入功角仪,将Xq值(一般取90%的非饱和值)输入功角仪内存后,仪器便可计算出动态功角值。
计算测量法的优点是现场测量最简便。计算测量法的缺点是误差较大,用此计算方法给出的功角值指导机组进相运行,其可靠性要受到质疑,但可用于定性指导,如用计算功角指导进相试验的PQ边界条件时,一定要留有充分的裕度。
对无法取到转速信号的发电机、进相裕度较大的水轮发电机进行进相试验时,均可采用计算测量法对功角值做定性估算。
2.3简捷测量法
常规功角测量都必须在发电机空载时校核初始
功角值,之后按式(1)计算显示才为准确当前功角值。
新机组在168h试运后,接着要进行进相运行试验,此时汽轮发电机没有空载运行工况,如机组未安装功角仪表,试验人员要在机组运行中临时接入功角仪,同时要求机组从负载运行工况退回空载工况测量δ0,这样不仅损失电量,往往电网在运行方式上也不允许。
能否不用测量δ0,还能满足进相试验中对功角的监测呢?
利用运行中出现的2个不同工况测试的P、Q、
UBC、δ参数,准确计算饱和工况交轴电抗Xq值,即可
达到δ0的确定。
在进相试验中无功功率Q要有较大变化,必有功角δ的变化。记录2种工况下的P1、Q1、UBC1、δ1(因δ0没有测量,故绝对值不正确)及P2、Q2、UBC2、δ2。虽然
δ1、δ2值不准确,但可准确测量2种运行工况下的功角
差值即
Δδ=δ2-δ1
(4)
将2种工况的已知参数代入式(3)中得
δ1=arctg(
P1
)
(5)U2
BC1/Xq+Q1
δ2=δ1+Δ
δ=arctg(P2
)
(6)
U2
BC2/Xq+Q2
式(6)-式(5)得
Δδ=arctg(
P2
2
)-arctg(P12)
(7)
UBC2/Xq+Q2UBC2/Xq+Q2
Xq的饱和系数主要与UBC、δ
关联。如P基本不变时Δδ宜在10°左右,δ宜在30°左右为好,这样2个工况的Xq变化不大,基本接近,误差在允许范围内。设
AP1=arctg(
1
=arctg(
P2
U2
);ABC1/X2q+Q1
U2
)
BC2/Xq+Q2
则
tgΔδ=tg(AtgA2-A1)=
2-tgA1
1+tgAtgA=
21
P2
2
-P1
U2
BC2/Xq+Q2UBC1/Xq+Q1
(8)
1+P2
P1
U2U2
BC2/Xq+Q2BC1/Xq+Q1
2
2
2
2
X2
+P1UBC2-P2UBC1+(Q1UBC2+Q2UBC1)tg△δqPXq+
1Q2-P2Q1+(P1P2+Q1Q2)tg△δ
U22
BC1UBC2tg△δ
PQQ=0
(9)
1Q2-P21+(P1P2+Q12)tg△δ令
2
2
2
2
B=P1UBC2-P2UBC1
+(Q1UBC2+Q2UBC1)tg△δP1Q2-P2Q1+(P1P2+Q1Q2)tg△δ
U2
2
C=
BC1UBC2tg△δ
P1Q2-P2Q1+(P1P2+Q1Q2)tg△δ则
X2
q+BXq+C=0
可得
Xq1=(-B+!B2-4C)/2Xq2=(-B-
!B2
-4C)/2
-41-
取合理Xq值代入式(6)得出δ2值。初始功角值
先不考虑δ的正确,用简捷测量法方法验证如下:用第一组数据计算得
(10)
δ0=δ20-δ2Δδ=δ-35.1°=10.0°2-δ1=45.1°
将P1、Q1、UBC1、P2、Q2、UBC2、Δδ代入式(9)得:Xq1=
式中δ20为实际功角测量值,即在δ0=0状态时(人为设定),第二种工况显示的功角值(因δ0没有测量,故绝对值不正确)。将δ0输入功角仪内存中,仪器便可实时测量准确的当前工况功角值。
功角的简捷测量,可用功角仪自动实时完成,在机组开机后投入功角仪,将测量有关参数后计算得到的δ仪器便可实时测量动0值输入功角仪内存后,态功角值。
简捷测量法的优点是测量误差较小,精度能满足工程要求,现场测量简便实用,不用进行并网前空载初始功角δ可在机组带负载后直接进行进0测量,相试验,为电厂避免一次空载运行的较大损失。
简捷测量法的缺点是需要进行计算。
对发电机进行进相运行试验,可优先采用简捷测量法测量功角。
1.56(Ω),Xq2=-4.18(Ω),Xq=Xq1=1.56(Ω)。
将它们代入式(3)得
δ2=45.5°
δδ=45.5°-10.0°=35.5°1=δ2-Δδ2的测量误差δε=45.5°-45.1°=0.4°
测量的功角误差在0.5级精度内,此误差不会影响到进相试验的精度。以此类推,可以用另一组数据进行校核。
4
结论
通过对3种发电机功角监测方法的分析比较,得
出以下结论和建议:
(1)采用实时测量法测量得出的功角,其准确性是最高的。对发电机安装功角仪表进行在线功角监测,可采用实时测量法。
(2)采用计算测量法测量得出的功角,其误差较大。计算测量法适用于试验人员进行发电机进相运行试验时对功角值做定性估算。
(3)采用简捷测量法测量得出的功角,其误差能满足工程上的精度要求。简捷测量法适用于试验人员进行发电机进相试验时对功角的监测,试验可在发电机带负载运行后直接进行,不需要进入空载运行工况,试验方法简单易行。该方法在国内为独创,已在多次进相运行试验中得以验证,取得较好检测效果和经济效益。
(收稿日期:2006-01-15)
3简捷测量法应用实例
福建省电力试验研究院采用GDM-81功角仪对
某电厂1机300MW发电机组做了进相试验,附表为
#
#
1机进相试验的部分数据。
附表中列出2种不同负载下的实测进相试验数
据,δ是经过空载状态测试δ0后的准确值。
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(上接第34页)
的延时问题;同时电网基本参数的准确性目前还不足。因此,系统智能化的提高就需要提高其辅助信息系统的准确度,只有这样才能使基于GIS的电网故障分析定位系统真正实用化并将作用发挥到最大。
越来越准确,新增的自动气象信息也将集成到GIS中。随着电网故障的分析辅助系统的日益完善,可供GIS系统进行分析的判据也越来越丰富,同样智能分析的水平及智能化程度也随之提高。随着应用的不断深入和扩展,从电网运行角度来说,基于GIS的电网故障分析定位系统将为电网故障分析、电网运行方式等多方面提供科学可靠的依据,也必将成为电网调度保证电网安全稳定运行不可或缺的重要手段。
(收稿日期:2006-03-09)
6
结束语
雷电信息定位系统、森林防火系统以及保护故
障信息系统建设的将不断完善,所提供的数据必将
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