水轮发电机运行中无功功率不足的问题及解决办法

吴朝发

【摘 要】我国水轮发电机应用项目越来越广泛，但是在水轮发电机的实际运用中还是会出现一些问题，例如无功功率不足等情况，在出现这些情况时，会影响水轮发电机组和电力系统的安全稳定运行。本文阐述无功功率不足的原因，结合原因展开分析，根据水电厂的实际情况和仿真的验证，最后验证无功功率不足与电机磁路饱和、安装气隙大小有直接关系。

【关键词】水轮发电机；无功功率；励磁电流；气隙

0 引言

就目前的发展形式而言，水轮发电机的无功出力不足是现在水电厂经常遇到的情况，对水电厂日常的生产活动产生较大的影响，如果不采取行应的办法增加无功功率，那么就会影响水电厂以后的发展情况。鉴于以上问题，我们设计相应的方正模拟实验，来充分分析并且找到产生问题的根本原因。

1 无功功率不足的原因

1.1 现场数据分析

水轮发电机组从投入使用之后开始进行严格的观察，在水轮发电机运行过程中出现无功功率不足的情况时，我们对现场的数据进行仔细地收集和分析。对发电机机组的输出电压，励磁电流，发电机的功率和出口电流等必要数据进行仔细的整理、严格的计算和严谨的分析，还应该结合发电机的型号和水轮机的型号，根据左后计算出的数据，仔细分析电机组无功功率不足的原因。通过合理的数据分析，找出产生无功功率不足的主要原因，并制定有效的方法改善这类问题，为水电厂企业的后续发展提供保障。

1.2 探究出现问题的可能行

通过现场数据和说明书的分析和计算，结合之前发电机组出现无功功率不足的原因，适当地推断水轮发电机出现该现象的具体原因。第一发电机的说明书出现了问题，发电机说明书中提供的功率、电流等出现了误差，出现了无功功率不足的假象，想要解决这一问题可以先联系发电机的制造厂，让厂家提供相应的电磁数据，根据相应的数据计算合适发电机的实际功率。产生这类问题的主要原因是厂家在确定参数时没有考虑到材料和计算误差的因素。第二就是因为磁性材料的物理性质和结构的限制，磁通量不能够无限的增大，只能够保持在一定的数值，电机的定子绕组输入电压非常高时，定子铁芯达到饱和的状态，这是就要增加电动机的励磁电流才能够增加电机的无功出力，但是在这个时候电机的热量过高，这样无功的输出功率就会受到限制。第三就是电机组内部的空隙间隔大，在实际的制作和安装的过程中，使收集到相关的数据都和真实值不相符，最后造成计算上的误差，上边这三种情况就是出现无功功率不足的主要原因。

1.3 励磁电流和机组无功功率的关系

本文针对该问题进行了相应的方针实验，发电机仿真系统进行仿真的发电机型号为SF220-36/10450，水轮机型号：HLF178M-LJ-455，机组的额定电压为15.75千伏，额定功率22万千瓦，额定励磁电流为1750安。在模拟仿真计算的过程之中，应该保证应用系统的运行电压、有功功率、无功功率的基本数值都是在额定功率下的数值，这样才能保证计算结构的客观性，所以才能更容易找到问题发生的原因。计算出数据找到原因之后，在设计具体的实验方案，有规律的调节励磁电流，让发电机的无功功率的变化带有一定的规律，然后看看水轮电机组的功率是否发生了变化，同时时刻注意定子电压的变化情况，依照三者的變化情况，找到相关的联系和规律

通过观察和相应的计算我们能够发现，励磁电流增加，定子电压就不断增加，定子电压远远高于定子额定电压，随着励磁电流的变化无功功率也在不断的增加，当励磁电流到达一定数值之后，电机组的无功功率不在发生，趋于稳定的状态。

分析具体原因，当前厂家所提供的励磁电流是以发电机电磁参数极端为主，将此作为实际励磁电流值。但是电磁参数计算的理论值会受到多种因素的影响，主要影响因素为材料选择和电磁计算的准确性方面，最终导致电磁计算结果与实际的额定励磁电流不符，产生参数与实际功能参数上的偏差。我们通常所说的水轮发电机组的励磁电流除了表示一种物理意义之外，还可以根据作用和形式的同分细分为多种形式，即形成发电机系统内部电势的励磁电流和抵消水轮发电机组无功去磁效应的励磁电流。当磁路为饱和的状态下，建立电势部分的励磁电流大小将会直接影响电枢效应，电势部分的励磁电流越大则电势效应越明显，反之，电势部分的励磁电流越小则电枢效应不明显，这种运行模式下二者之间很容易产生抵消作用，最终导致机组无功出力在定子电压增加的情况下形成明显的下降趋势，这对于机组的整体运行效果将产生直接影响。为此，在确定电站所需的实际额定励磁电流时，需要将电机的电磁理论计算作为基础，同时考虑励磁材料的性能和计算偏差的影响作用，根据以往的工作经验，留出电磁计算偏差和材料影响的部分，进而保证额定励磁电流能够满足整体机组的运行要求，达到稳定运行的目的。

因此，随着励磁电流的增加，无功功率也会随着增加，但是当励磁电流到达一定数值之后无功功率不在随着励磁电流成正比例变化。这一饱和的系数在现场测量的值和软件系统方针得到的数值并无太大差别。

1.4 真实气隙值与无功功率的关系

水轮发电机的出厂前安装的过程中，只是规范了定子和转子之间的气隙大小，并没有严格规范平均气隙的具体数值。所以在水轮发电机机组的制造过程之中，平均的气隙数值一定会出现少许的偏差。当转子的直径外侧的数值偏大是，凭据气隙的数值就会偏小，定子的漏抗值偏小，励磁电流随着减小，实际应该需要的励磁电流小于理论值，直接导致无功功率偏大。

借助于电机组实际测量的真是数据开展的计算仿真的识别，就能够尽最大的可能发映出气隙和定子漏抗以及电机组无功功率之间的关系。

2 仿真的验证

发电机的参数只改变气隙的数值，其余变量的数值还是按照原来的设计值来进行仿真模拟的计算。我们经过具体的仿真验算可以得出结论，在保证励磁电流不变的情况下，改变电机组实际气隙值，使之较设计值大时，无功功率的数值变小。我们在记录在现场检测的数值，并且将发电机的平均气隙值和标准的设计值进行比较可以发现，当发电机组的平均气隙值为33.31mm时不比原来的32.10mm偏大时，那么发电机组的定子漏坑实际值与测量值也存在偏差。励磁电流会随着气隙值和定子楼坑的增加幅度的不同而产生适当的增加。

3 结语

随着磁路的饱和与定子气隙值的偏大都和电机组的无功功率不足有直接关系。磁路趋于饱和时定子电压对于电机组的励磁电流产生去磁，最终导致无功功率不足的情况发生；电机组之内的气隙值较设计值大，引起励磁电流的异常变化，导致电机组无功功率不足。水电站可以直接和厂家协商电机组的安装方案，减少气隙值的误差，在水轮发电机运行的过程中适当增大励磁电流，这两种方法都能解决无功功率不足的问题。

【参考文献】

[1]奉小桂.关于水轮发电机运行中无功功率不足的问题分析和探讨[J].黑龙江科技信息，2017（21）.

[2]卓放，王振雄，蔡长虹，等.虚拟同步发电机有功与无功功率控制的研究进展[J].电器与能效管理技术，2017（3）：1-8.endprint