国电重庆风电开发有限公司 重庆 400410
摘要：近年来电网负荷一最大的特点为峰谷差越来越大。在节、假日或后夜低负载时，有可能出现无功功率过剩以致电压升高超出容许范围的情况。这个问题随着电力系统的不断发展的不断发展，大型机组，长距离超高压输电线路及供电电缆线路的大量增加，必将更趋严重。为把电压降低到容许范围内，电网要求各发电企业利用汽轮发电机进相运行来吸收富裕无功功率，以保证电网电压质量，这个汽轮发电机的安全运行带来了新的考验。
关键词：汽轮发电机组；进相运行
某公司装机容量为2*300MW火力发电机组，地处距重庆电网负荷中心100公里的万盛区关坝镇，随着重庆电网与华中电网联网运行，超高压远距离输电网络不断扩大，导致系统无功增多，加之，重庆电网水火电比例失调，峰谷负荷差大，为弥补系统高峰负荷时的无功不足，在电网中还装设了一定数量的电容器，这些电容器有时难以适应系统调节电压的需要而及时投切。因此，在节假日或午夜等系统负荷处于低谷时，其过剩无功必导致电网电压升高，甚至超过运行电压容许的规定值，不仅影响供电的电压质量，重影响着送变电设备和用户设备的安全，还会使电网损耗增加，经济效益下降，这就使得该公司厂发电机组在夜间进相运行，参与电网电压调节，吸收重庆电网过剩的无功功率，降低系统电压，保证供电质量。发电机的进相运行，利用系统内现有发电机进相运行，发电机转子绕组闭路无励磁运行，以吸收电网富裕的无功功率，是不增加设备的前提下，增加系统对无功和电压的调节能力，在较大的范围内承担调节电压的任务。发电机进相运行调节灵活，在进相功率限额内运行可靠，易于满足调压要求，随着电网容量增大和联网运行，一些中大型机组参与深度进相运行，具有一定的经济效益。
一、发电机进相运行状态分析
发电机经常的运行状态是滞相运行，而进相运行是相对滞相运行而言的。
当有功功率P和端电压U恒定时,调节励磁电流,随着发电机电势的变化,功率因数角也发生变化。正常励磁时，如增加励磁电流，发电机电势增大，此时定子电流I落后于定子电压U，也就是功率因数角是滞后的，发电机向系统发出有功功率和感性无功功率，即为通常的滞相运行。反之，减小励磁电流，发电机电势是降低的，功率因数角是超前的，此时发电机向系统发出有功功率和容性无功功率（或称吸收感性无功功率），此时发电机处于"欠励"状态。发电机的电磁参数仍然是对称的，且以同步转速旋转，因而属于正常的运行方式中功率因数变动时的一种运行工况，只是扩大了发电机的运行范围，在允许的限额内，是可以长时间运行的。
二、某公司汽轮发电机进相运行限制因素
发电机进相运行的能力，是由其结构特点，冷却方式和参数特性的不同决定的。相连系统阻抗、电压水平，所装自动励磁调节装置的性能，对进相运行能力有显著的影响。从该公司发电机自身考虑，主要受其静态稳定极限和定子端部及金属结构件温升允许值的限制。
1静稳定的限制：
发电机处于进相区域运行时，保持有功功率输出不变，随着进相运行深度的增加，励磁电流的减小，其功角逐渐增大。当励磁电流降至某一数值，运行功角增大至静稳的临界点，继续降低励磁电流将导致进相机组失去静稳现象，所以当发电机在某恒定的有功功率下进相运行时，由于其励磁电流的降低，静稳的功率极限值减小，降低静稳定储备系数，使进相机组的静稳定能力下降，因此有必要对进相机组进行静稳定校核。
如果发电机自动励磁调节器（AVR）投入运行，发电机暂态电势恒定，使机组的稳定运行区域从手动励磁调节的的自然稳定区域转化为AVR调节的人工稳定区，因此AVR的投入极大的提高了静稳功率极限。
由于某公司所在万盛地区位于重庆电网的末端，且供电区内除该公司厂外无大的电源支撑，因此万盛地区的电压对该公司电厂的无功出力较为敏感。当该公司#1机组进相深度较深时，由于电压较低而导致潮流计算无法收敛，因此需要增大#2机组的无功出力，实际万盛地区电网将无法稳定运行。因此该公司#1机组进相未达到静态稳定点时，电网由于电压过低而失去稳定。由于万盛地区电网电网电压对该公司电厂无功出力非常敏感，是限制机组进相深度的重要因素。
2定子端部发热的限制
2.1端部漏磁引起发热
发电机端部漏磁场是引起发电机定子端部发热的内在因素。端部漏磁是由定子和转子绕组的端部漏磁合成，其大小与发电机的结构形式，端部各结构的材料，尺寸和位置有关。发电机运行时，端部磁通尽可能通过磁组最小的路径形成闭路。为此，定子端部各结构是容易通过相当大的端部漏磁的部件，由于端部漏磁也是旋转磁场，对定子则有相对运动，便在这些部件中感应涡流和磁滞损耗，引起发热。
2.2端部漏磁与运行工况的关系
发电机端部漏磁与定子电流值及功率因数有关。定子端部漏磁通与转子端部漏磁通的磁路不同，各自的磁组也不同。对于定子端部某点，定子电枢反应磁势引起的漏磁通易于通过，而转子漏磁通所遇到的磁组大些，并且离气隙愈远的部位愈是如此，因此，转子磁场引起的漏磁通通过气隙进入定子端部的仅是一部分。保持电机功率不变，即保持定子电流不变，定子漏磁通为一定值，发电机由滞相转为进相运行时，定子端部合成漏磁通将逐渐增大。在COSФ=1附近，定子端部合成漏磁通的变化比较大。随着进相深度的增加，吸收的无功增加，定子端部合成漏磁通则愈大，当进相到COSФ=0时，发电机进入无励磁状态运行，合成漏磁通达到最大值，端部发热严重。所以说该公司厂发电机进相运行能力要受到端部发热的限制。
3其它因素的限制
3.1厂用电压的限制
厂用电压引自发电机出口。在进相运行时，随着发电机端电压的降低厂用电压也相应降低，而厂用电压一般不应低于额定值的90％。如果过低就会影响厂用电动机的运行，使之发热，并影响出力，机组的稳定运行。
由上表可知，当厂用电低于额定电压的90%时，对应的进相深度均不存在静态稳定问题。
3.2.定子电流的限制
随着进相深度的增加，发电机端电压降低，定子电流可能超过额定值，但不得超过额定的105％。
3.3低励限制
该公司厂励磁系统采用东方电机控制设备有限公司生产GES-3323同步发电机机端自并励静止励磁，设有低励限制保护，低励时，装置发出低励信号，低励限制继电器动作，闭锁减磁，并自动进行增励操作，直到低励消失，此时就需人为干预。从而限制了发电机进相运行的深度。
三、该公司发电机进相运行时需注意事项如下。
1发电机进相运行时，发电机励磁调节器应运行在自动方式，发电机励磁调节器低励限制器及发电机失磁保护投运正常。
2发电机进相运行时，应按值长命令调节发电机进相深度。若因网上电压高，发电机自动进相运行，应对发电机各参数加强监视。
3在增、减发电机励磁时，速度要缓慢，切忌快速大幅度 调节，进相运行的限制值控制在规定范围之内， 且始终保持小于低励限制动作值。
4在降低发电机励磁时，若低励限制器动作，应立即停止降低发 电机励磁，适当增加发电机励磁。
5发电机进相运行时，要注意监视发电机的静稳定情况，发电机 各表记指示正常无摆动，防止发电机失步发生。
6发电机进相运行时，应严密监视发电机定子铁芯端部的温升，防止发电机过热的发生，铁芯端部（即背部）的温度不超过120℃、铜屏蔽齿压板（即铁芯夹）温度不超过120℃ 。
7发电机进相运行时，厂用电压不应低于额定值的95% （6.3KV各 段最低电压不低于5985V，380V各段最低电压不低于361V），发 电机定子电压不应低于额定值的95%，进相运行期间应保持发电 机定子电流不超过额定值。
8发电机进相运行时，如发现其它运行机组有功、无功有明显的 摆动现象时应即刻增加该发电机励磁电流，同时汇报值长 ，恢 复该发电机迟相运行。
9发电机进相运行时，若因网上出现跳机等原因引起网上无功大 幅波动，不应干涉发电机励磁调节器动作。
10当网上电压正常后，应根据值长命令恢复发电机滞相运行
进相分两种，一种是调度要求的发电机进相，另一种是异常情况下的进相。
如果因为系统无功潮流的原因调度要求发电机进相运行，要注意的情况：
10.1是厂用母线的电压，不能低于额定电压的10%，如6.3KV母线电压不得降至5.7KV以下,400V母线电压不得降至361V，对于发电机出口电压一般不需考虑，因此时发电机出口电压一般是比较高的。
10.2是要加强对发电机本体的监视，确保发电机铁芯各部有超温现象能及时发现。此种情况下要加强对发电机端部铁芯及线圈的监视，防止超温现象的发生。三是要确保发电机冷却系统运行正常。
10.3进相运行时间根据该公司厂规定及发电机各部温升情况决定。另一种情况，即发电机滞相运行因某种原因突然失去无功，但失磁保护未动，此时发电机进入异步、进相运行状态。其特点是失磁前有功越高，故障后吸收无功越多，发电机超流。如果短时间励磁能恢复则可以继续运行，如果不能恢复应解列。
参考文献
[1]王宇军.浅谈影响汽轮发电机进相运行的因素. 科技咨询,2007.
[2]张文辉.300MW汽轮发电机进相运行试验. 山东电力高等专科学校学报,2010.
论文作者:张仁海
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/9
标签：发电机论文; 定子论文; 电压论文; 电网论文; 励磁论文; 该公司论文; 功率论文; 《基层建设》2017年第11期论文;