淺談發(fā)電機進相運行

淺談發(fā)電機進相運行功率因素=有功功率/視在功率

視在功率的平方=有功功率的平方+無功功率的平方

何謂\o"發(fā)電機"發(fā)電機進相運行?有何注意事項?

\o"發(fā)電機"發(fā)電機正常運行時,向系統(tǒng)提供有功的同時還提供無功,定子電流滯后于端電壓一個角度,此種狀態(tài)即遲相運行.當(dāng)逐漸減少勵磁電流使\o"發(fā)電機"發(fā)電機從向系統(tǒng)提供無功而變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無功,定子電流從滯后而變?yōu)槌癨o"發(fā)電機"發(fā)電機端電壓一個角度,此種狀態(tài)即進相運行.

同步\o"發(fā)電機"發(fā)電機進相運行時較遲相運行狀態(tài)勵磁電流大幅度減少,\o"發(fā)電機"發(fā)電機電勢Eq亦相應(yīng)降低.從P-功角關(guān)系看,在有功不變的情況下,功角必將相應(yīng)增大,比值整步功亦相應(yīng)降低,發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定性下降.其穩(wěn)定極限與發(fā)電機短路比,外接電抗,自動勵磁調(diào)節(jié)器性能及其是否投運等有關(guān).

進相運行時發(fā)電機定子端部漏磁較遲相運行時增大.特別是大型發(fā)電機線負荷高,正常運行時端部漏磁比較大,端部鐵芯壓指連接片溫升高,進相運行時因為漏磁增大,溫升加劇.進相運行時發(fā)電機端部電壓降低,廠用電電壓也相應(yīng)降低,如果超出10%,將影響廠用電運行.

因此,同步發(fā)電機進相運行要通過試驗確定進相運行深度.即在供給一定有功狀態(tài)下,吸收多少無功才能保持系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定,各部件溫升不超限,并能滿足電壓的要求.

發(fā)電機進相運行受哪些因素限制.

當(dāng)系統(tǒng)供給的感性無功功率多于需要時,將引起系統(tǒng)電壓升高,要求發(fā)電機少發(fā)無功甚至吸收無功,此時發(fā)電機可以由遲相運行轉(zhuǎn)變?yōu)檫M相運行.

制約發(fā)電機進相運行的主要因素有:

(1)系統(tǒng)穩(wěn)定的限制

(2)發(fā)電機定子端部件溫度的限制

(3)定子電流的限制

(4)廠用電電壓的限制

為什么汽*發(fā)電機進相運行時,定子端部鐵芯嚴重發(fā)熱?

汽*發(fā)電機運行時,定子繞組端部的漏磁場也是以同步轉(zhuǎn)速對定子旋轉(zhuǎn)的,其漏磁場的一部分是經(jīng)過定子繞組端部空間,轉(zhuǎn)子護環(huán),氣陷及定子端部鐵芯構(gòu)成磁路的,因此使定子端部鐵芯平面上產(chǎn)生渦流而發(fā)熱.此外,勵磁繞組緊靠護環(huán),因此它的漏磁場主要經(jīng)護環(huán)閉合,當(dāng)進相運行時,由于勵磁電流減小勵磁繞組端部漏磁場減弱,于是護環(huán)的飽和程度下降,減小了定子端部漏磁場所經(jīng)過磁路的磁組,從而使定子端部漏磁場增大,鐵損加大,致使定子端部鐵芯嚴重受熱.隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、機組容量的不斷擴大和超高壓遠距離輸電線路的應(yīng)用,系統(tǒng)有很大的電容電流。當(dāng)負荷低谷時期,由于輸電線的電容電流使系統(tǒng)產(chǎn)生的無功功率增加,造成電力系統(tǒng)特別是110kV以上的母線電壓超過額定的上限。隨著電力市場的建立和完善，發(fā)電企業(yè)已經(jīng)開始實行競價上網(wǎng),電壓作為電能質(zhì)量的重要指標(biāo)同時也作為輔助電力市場的重要部分，考核與獎勵將會越來越重。傳統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)手段已不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行的要求,所以增加發(fā)電機的無功調(diào)節(jié)手段勢在必行。發(fā)電機的進相運行,吸收電力系統(tǒng)中過剩的無功功率來降低電壓,是電網(wǎng)調(diào)節(jié)的一個強有力的調(diào)控手段。

一、發(fā)電機進相運行的效益

(一)降壓效益。由于系統(tǒng)負荷低谷時，無功過剩，系統(tǒng)電壓過高，采用發(fā)電機進相運行后，已成功進行進相運行機組的試驗結(jié)果表明，每吸收無功功率5～10MVAR，一般可使220KV母線電壓降低1KV。根據(jù)現(xiàn)行的江蘇電網(wǎng)企業(yè)考核辦法及即將運行的華東電網(wǎng)輔助電力服務(wù)市場規(guī)則都會取得受益。

(二)節(jié)能效益。變壓器、電動機等電氣設(shè)備鐵損與電壓的平方成正比，運行電壓升高使損耗增大，進相運行使運行電壓降低后，可使這部分損耗消除。另外，進相運行還可以減少勵磁電流，降低廠用電量。

(三)保證電力設(shè)備安全。運行電壓升高，由于鐵損的增加使電氣設(shè)備運行溫度提高，勢必加速絕緣老化，縮短其使用壽命，進相運行使電氣設(shè)備處于正常額定值電壓運行，可確保設(shè)備在設(shè)計使用期內(nèi)安全運行。

二、發(fā)電機進相運行應(yīng)考慮的幾個問題

（一）發(fā)電機定子鐵心端部發(fā)熱

發(fā)電機端部漏磁通是由轉(zhuǎn)子和定子的漏磁通合成的,它是一個隨轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)合成磁場。該旋轉(zhuǎn)漏磁場磁通在切割靜止的定子端部各金屬結(jié)構(gòu)件時,就會在其中感應(yīng)渦流和磁滯損耗,引起發(fā)熱。特別是定子端部鐵心、壓指、壓環(huán)等磁阻較小的部件,因通過的磁通多,在局部冷卻強度不足時,就會出現(xiàn)局部溫升過高的現(xiàn)象。發(fā)電機由滯相變?yōu)檫M相運行時,端部合成磁通隨之顯著增大,端部元件的溫升也顯著增大,甚至越限,成為限制發(fā)電機進相運行的條件之一。因此,要通過現(xiàn)場試驗作出溫升曲線來確定進相運行的深度。

（二）發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定

當(dāng)發(fā)電機在某恒定的有功功率進相運行時，由于勵磁電流較低，因而其靜穩(wěn)定的功率極限值減小降低的靜穩(wěn)儲備系數(shù)即靜穩(wěn)能力降低（如圖1所示）。保持有功P恒定，逐漸降低勵磁電流，直至進相運行至E02，此時勵磁電流感應(yīng)的電勢為E02。若增加進相深度，應(yīng)繼續(xù)降低勵磁電流，此時感應(yīng)電勢E03更低。由于保持P恒定，功率必然由δa升至δb，當(dāng)勵磁電流降至使發(fā)電機的運行功角增大而達靜穩(wěn)定的臨界穩(wěn)定點δ=90。若繼續(xù)降低勵磁電流，則失去靜穩(wěn)而失步。由此發(fā)電機的進相容量受到限制。

（三）發(fā)電廠用電電壓降低

發(fā)電機廠用電一般取自來自發(fā)電機出口。進相運行時,發(fā)電機由向系統(tǒng)發(fā)出無功變?yōu)槲諢o功。由于實際系統(tǒng)不可能為無窮大系統(tǒng),不能維持機端電壓為恒定,即運行時發(fā)電機機端電壓與廠用電電壓要降低,廠用系統(tǒng)的電動機運行狀態(tài)變差：出力下降，滑差增大，電流增大，可能造成電動機和廠變過流。所以一般要控制在額定電壓的90％以上。

三、垞城＃5機組試驗時采取的技術(shù)措施

（一）設(shè)備參數(shù)

型號QF-135-2

額定容量158824kVA

額定功率135000KW

功率因數(shù)0.85（滯后）

額定電壓13800V

額定電流6645A

定子線圈絕緣等級F

轉(zhuǎn)子線圈絕緣等級F

定子鐵芯絕緣等級F

（二）采取的技術(shù)措施

1．進相運行機組的失磁保護壓板不許退出，自動勵磁調(diào)節(jié)裝置必須投運,手動調(diào)節(jié)威磁狀態(tài)下則不允許作為進相運行機組。必須具備低勵限制功能,并按要求進行整定,實際校核后投運,無此功能或不投此功能不得進相運行。另外相鄰遲相運行機組亦需投入勵磁調(diào)節(jié)裝置。

2．進相運行的機組須裝設(shè)雙向無功功率表或(和)雙向功率因數(shù)表,以便運行人員監(jiān)視和計量。

3．應(yīng)裝設(shè)“功角儀”,以便于運行中對發(fā)電機功角進行監(jiān)視,確保發(fā)電機功角有一定的穩(wěn)定裕度,要求δ<70°。

4．發(fā)電機進相運行時,應(yīng)注意機組廠用電壓偏低引起的廠用電動機過電流問題,必要時應(yīng)對廠用變壓器分接頭進行調(diào)整,使其滿足要求。

5．發(fā)電機的進相運行必須嚴格按調(diào)度安排進行,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障(如聯(lián)絡(luò)線因故障斷開一回后),應(yīng)迅速增加發(fā)電機勵磁,使其轉(zhuǎn)入遲相運行。6．為避免機組進相運行時,同一電廠內(nèi)部或附近電廠出現(xiàn)的非進相機組搶發(fā)無功的現(xiàn)象,削弱進相運行的效果,要求非進相機組高力率運行。

7．發(fā)電機進相運行時，運行方式應(yīng)保證廠用系統(tǒng)的安全運行。

8．當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，進相運行機組不得干預(yù)自動增加無功。當(dāng)系統(tǒng)及發(fā)電機發(fā)生振蕩或失去同步時，應(yīng)立即增加進相運行機組的勵磁電流。如果再無法拉入同步時應(yīng)降低有功負荷，使之恢復(fù)正常。

9．機組在進相運行期間，監(jiān)盤人員應(yīng)嚴密監(jiān)視，使其各參數(shù)在允許范圍內(nèi)運行。監(jiān)視發(fā)電機靜子鐵心、繞組的各點溫度和機組振動情況以及廠用電系統(tǒng)的電壓變化如有超出額定允許值，應(yīng)立即報告值長。

10．機組進相運行時所帶的有功值P和進相吸收無功值Q的關(guān)系，應(yīng)按規(guī)定執(zhí)行。

四、結(jié)論

1．試驗結(jié)果表明,該類型機組在δ<70°范圍內(nèi)進相運行穩(wěn)定，定子鐵芯和端部溫升不大,主要問題是解決好進相深度與低勵限制和失磁保護的整定配合，6KV廠用電壓沒有低于95%UN。

2．在發(fā)電機進相運行時,為了保證發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定性,發(fā)電機必須帶自動電壓調(diào)節(jié)器。

3．采用發(fā)電機進相運行可有效改善電網(wǎng)無功潮流分布、調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓,對提高供電質(zhì)量可起到明顯的作用。

4．發(fā)電機進相運行是發(fā)電機一種非正常運行方式，雖然有明顯的受益但運行可靠性下降，雖然有很多成功的經(jīng)驗可以借鑒但各機組實際情況不盡相