摘要：C-2机组发电机考核功率为325MW,但配套系统和发电机本体的设计容量均按照340MW考虑。为满足C-3/C-4机组340MW验收考核的要求，有必要和意义在C-2机组中验证发电机在340MW工况下运行的情况。本文查阅了C-2机组发电机以及配套系统的参数，分析发电机出力的影响因子，并比较了在325MW和340MW出力点下发电机不同的表象特征，对C-2机组发电机340MW满功率试验的可行性的提出初步结论和试验注意要点，为满功率试验提供理论基础。
关键词：发电机；340MW满功率；调差率；功率因素
一、背景
根据C-2项目主合同要求，C-2项目发电机满发考核功率为325MW，同时中原公司正执行的C-3/C-4项目合同约定发电机满发考核功率为340MW。为了满足C-3/C-4项目合同要求，基于C-2机组发电机以及配套系统按照340MW出力设计，中原公司策划在C-2项目中尝试340MW功率下100小时满功率试验，为后续C-3/C-4项目的满发验收奠定基础，希望在C-2机组340MW试验中摸索经验和规律，开展经验反馈和良好实践。
C-2机组的主要情况和参数如下：
发电机是水、水、空（即双水内冷）机组，励磁方式为三机励磁系统。额定容量：400MVA；在0.85功率因数时的额定功率（循环冷却水进水温度21℃）：340MW；定子额定电压：20kV；定子额定电流：11547A；功率因数：0.85（滞后）；转子额定电流：1988A（直流）；交流励磁机电压：485V；交流励磁机电流：1800A；交流励磁机频率：100Hz。
但是，C-2机组与国内30万机组不同之处在于：
国内电网的功率因数实际上都0.9～0.95及以上，因此国内没有同类型机组运行在功率因数为0.85的情况，或者说发电机转子电流没有运行到1988A的情况，同类型发电机的铁心温升也从没有到过极限条件。
1. 国内同型机组的空气冷却器的冷却水入口温度为18℃，而C-2机组则是21℃。
2. 试验影响因素分析
二、 C-2项目主合同对于发电机额定工况下运行状态有明确的要求和规定，合同相关条款即性能测量试验条件要求为：汽机凝汽器入口处的循环水温度：21℃；电网频率：50±0.5Hz；发电机端子电压：20kV；功率因数：0.85～0.92；蒸汽发生器排污流量：0.0kg/s；汽水系统补水量：0.0kg/s。
对于发电机而言，影响发电机340MW满功率运行的电气专业影响因素有电网频率、发电机端电压以及功率因数三项。
2.1电网频率
电网频率是电网操纵决定的，并不取决与单个机组的电压调节，340MW试验过程中若出现频率不符要求时会对试验和结果产生影响，因此出现此现象可以要求终止试验或降功率运行，此时频率超出试验条件区间的时间不计入考核时间。
2.2 发电机端电压
按照国标要求发电机在±5%额定电压范围之内应能允许长期在额定功率下运行（不包括进入过激磁区域）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
当C-2机组发电机单独与电网220kV系统相连时，可以按照单机运行方式来调节发电机无功功率以维持发电机出口电压可恒定方式。如果发电机功率运行在340MW时，发电机端电压下降到-5%额定电压时，按照国标要求仍然可以长期运行。实际上制造厂没有给出此工况下的运行时间，分析此时发电机转子的电流就要过载+5%（1988A×1.05=2087.4A），这时电流的过负荷保护就要报警，此时只能运行较短时间就要采取适当的措施来降低运行功率。
当C-2机组发电机与C-1机组发电机组一同通过电网220kV系统相连时，则C-2机组发电机的端电压就随发电机无功功率的大小变化而变化，也就是发电机AVR装置要考虑调差率的问题。在这种情况下C-1和C-2的发电机都应该采用正调差率，即发电机端电压随着发电机自身的无功功率的增大而降低，这样二台机组才能并联运行。通常机组调差率是受电网要求而定的，可以通过调节调差率来调配两台机组承担的无功功率大小，实际上可以根据两台机组可提供的无功功率能力来确定分配比例。由于C-1和C-2两台发电机无功出力的能力相似，建议设定两台机组的调差率保持一致，平均负担无功功率。
2.3 发电机功率因数变化
在有功功率一定的条件下（如340MW），功率因数越小则转子电流越大。如功率因数为0.93时转子电流约为1600A～1700A，如功率因数为0.85时转子电流约为1988A。发电机转子电流增加，则发电机的磁密增加，定子铁心温度增加。满功率试验时要密切关注转子和定子铁心温度是否超过限值。
三、340MW额定工况下100小时运行能力分析
为了更好地理解发电机340MW满发试验，首先应对发电机在325MW工况与340MW工况分别进行分析。
3.1 325MW工况
C-2发电机现在运行的功率为325MW，其定子电流为11037.5A。当功率因数为0.85时从制造厂提供的发电机P-Q曲线可知，发电机有功功率为325MW时，无功功率为201.4MVAR，此时离发电机的边界线还有一段距离。因此可以长时间运行。
3.2 340MW工况
发电机有功功率为340MW时，发电机的无功功率为210.7MVAR，此时已经落在发电机的运行边界线上。制造厂给出允许长期运行的条件为340MW、20kV、COS￠=0.85以及空气冷却器进水温度为21℃。在此条件下励磁电流1988A约是励磁机额定电流的0.78倍，对于励磁机定子电流影响不大。同时，其励磁整流器、副励磁机（永磁机）以及AVR装置都是按照励磁机来匹配的，有足够的裕度。其中整流器元件的裕度在整流柜三个柜并列运行（正常运行工况）时也有足够大的裕度。
此外，满功率试验还需要考虑发电机空气冷却器与外部循环水有关温度对于发电机出力的影响。根据运行参数，空气冷却器冷却水的进水温度为21~30℃，温升为3~5℃，此时出水温度约24~35℃。定转子水系统中冷却水的外部循环冷却水的进水温度为21~30℃，出水温度的温升为8~10℃，此时出水温度约为29~40℃。但值得注意的是，由于空气冷却器外部循环水的水量调节及安装问题，可能有温升不均匀的情况，实际运行时最高温升可能约5～7K。满功率试验时需重点关注出水温度，超过限值时及时干预降低功率输出。
四、结论和建议
经过分析，现阶段可掌握的资料支持发电机在循环冷却水进水温度21℃时0.85功率因数，额定功率340MW下运行的工况。但同时需要注意以下三点：
100小时满功率试验时尽量让发电机功率因数控制在0.85～0.92之间运行（合同允许）。注意不要固定在功率因数在0.85一点上运行，避免发电机运行在P-Q曲线的边界而受到外部扰动时出现发电机过流、发电机定子温度过高以及发电机转子电流超限的情况。如遇到超出试验条件的情况，应主动采取干预措施，降低发电机输出功率，待恢复到试验条件内后重新进行满功率试验。
1. 应密切关注空气冷却器的进、出水温度，尤其是出水温度。一旦出水温度超过制造厂允许值应立即降功率运行。
2. 在进行试验前，应核查与同一电网接入点的机组的调差率参数，保证合理分配无功功率，无功处理能力强的机组承担更多的无功输出，保证电网电压的稳定。
论文作者:张艺
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年20期
论文发表时间:2020/1/9
标签：发电机论文; 功率论文; 机组论文; 功率因数论文; 工况论文; 温度论文; 转子论文; 《建筑学研究前沿》2019年20期论文;