发电机进相运行的特性分析与操作

吴华斌

摘 要：发电机从电力系统中吸收无功率，向系统输送有功功率，即功率因素超前就是发电机的进相运行。发电机进相运行是结合电力生产需要而采用的切实可行的运行技术，它可使发电机由改变运行工况而达到降压的目的。经实验得出，发电机在额定有功下进相0.95时能安全可靠运行。当电力系统在电压偏高时，安排适当的机组进相运行，可以为电网安全经济运行起积极的作用。根据发电机进相运行的特性和限制因素，对发电机组进相运行要严格按照有关要求进行。

关健词：发电机 进相 特性 操作

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（a）-0018-02

兰溪桥水电站位于庆元县县城上游，座落在闽江水系槎溪支流松源溪上。大坝距庆元县城7km，坝址以上集水面积235 km2，总库容1617万m3。电站原装机3×1250+1600 kW，设计年发电量1600万kW·h，1984年投产发电。电站报废重建工程从2008年开始历时三年多时间，对水轮发电机组进行增容改造，更换调速器、励磁装置，主要电气设备更新，建设计算机监控系统等。电站重建后装机为4×1600 kW，设计年发电量1696万kW·h。

根据庆元县电力调度中心对系统电压调节的要求，已经对该电站四台发电机实施了进相试验，确定了机组进相运行能力。在系统电压偏高时，安排机组进相运行，为电网安全经济运行起积极作用。

水轮发电机正常运行时，向系统提供有功功率的同时还提供无功功率，定子电流滞后于发电机端电压一个角度，此种状态即迟相运行，当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功功率转变为从系统吸收无功功率时，定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度，此状态即进相运行。

1 发电机进相运行特性

当系统供给的感性无功功率多于需要时，将引起系统电压升高，要求发电机少发无功甚至吸收无功，此时发电机可以由迟相运行转变为进相运行。

发电机正常运行时，流经发电机转子绕组的励磁电流IL，在发电机内建立磁场，使定子绕组产生空载电动势Eq，改变励磁电流IL的大小，可使Eq产生相应变化，若忽略磁场饱和，则Eq和IL是成正比的关系。

同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少，因发电机电势Eq和发电机励磁电流IL是成正比的关系，IL降低，Eq亦相应降低。同步发电机的运行特性与它的空载电势Eq的大小有关，由发电机的稳态运行等值电路向量图可知Eq=UG+jⅠGXd；简化向量图可得，EqCOS&= UG+ⅠQXd；其中UG和ⅠG分别为发电机定子电压和定子电流；Xd为发电机直流电抗；&为Eq和UG之间的夹角，也称为发电机的功角；ⅠQ为定子电流的无功分量；因此改变励磁电流就会影响同步发电机在电力系统中的运行特性。从功角关系看，为分析方便，假设发电机是與无穷大电力系统并联运行，即发电机端电压不随负荷的变化而变化，是一个恒定值；同时假设发电机定子电阻为零，并忽略凸极效应；由于发电机发出的有功功率只与调速器开度有关，与励磁电流的大小无关；因此发电机发出的有功功率PG为常数；则可以得出公式PG=（EqUG/Xd）Sin&=常数；在有功不变的情况下，减少励磁电流，Eq亦相应降低，UG保持不变，功角必将相应增大，发电机静态稳定性下降。其稳定极限与发电机短路比、外接电抗、自动励磁调节器性能及其是否投运等有关。

进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大，因为漏磁增大，会引起定子铁芯端部温升加剧，进相运行时发电机端部电压降低，厂用电电压也相应降低，如果超出10%将影响厂用电运行。因此，同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度，即在供给一定有功状态下，吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定，各部件温升不超限，并能满足电压的要求。

从在发电机的特性和实际运行经验中可得出，同步发电机进相运行限制的因素有三个：

⑴水轮发电机功角应控制在60度以下（系统稳定的限制）：根据一些电站的机组进相试验数据来看，发电机满负荷进相0.95时，发电机功角都小于45度（如左溪电站为28.8度，大岩坑电站为41.8度）。

⑵发电机各部位温度不应高于120℃。

⑶发电机机端电压不应低于90%额定电压。

2 进相操作及注意事项

发电机在制造厂设计制造时已考虑发电机额定有功下进相0.95时可以安全可靠运行。同时该站四台发电机已经过相关的进相试验，在额定有功功率1600KW时，无功进相450Kvar，即cosΦ=0.96，发电机各部温度未超过限值。故该站发电机是可以在功率因素0.96进相运行。在具体进相操作时，除了以上三个运行限制的因素外，还需注意以下事项：

⑴在接到需要机组无功进相运行的命令时，如机组已在运行中，先在监控系统中把无功给定取消。

⑵修改励磁系统的低励限制数值，以满足进相运行的要求（注意失磁保护不得退出运行）。

⑶需要进相运行时先带有功目标值再调节无功目标值，励磁系统采用手动运行方式，由迟相调至进相过程不宜过快，应缓慢调节，尤其在接近无功目标值时更应细调。机旁屏励磁调节柜必须有人监视进相运行机组工况。

⑷一台机已在进相运行时需要另一机组并网运行时，要将进相运行的机组调至迟相，避免发电机并网时对进相运行的发电机造成较大的冲击。

⑸发电机进相运行时，尽量避免进行大幅度调节有功功率，如需要操作，先将进相运行的机组无功调至迟相，不可以在进相无功不变的情况下，直接调节有功改变工况，避免对进相运行的发电机造成较大的冲击操作。

⑹进相时注意厂用电电压并加强巡视，避免出现由厂用电压低引起的电机过热等影响机组正常运行的情况。

⑺进相运行时有功不要超发，注意监视定子电流不能超过额定值。

3 结语

该电站发电机已具备进相运行条件，在电力调度根据电网需要命令该电站发电机组进相运行时，运行人员在根据进相运行的有关操作要求进行操作，可保证发电机组运行正常。

参考文献

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[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会.GB/T1029-2005 三相同步电机试验方法[S].中国标准出版社，2005.

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