論小水電站運(yùn)行中發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的幾種狀態(tài)

趙　鑫

【摘 要】我國南方水力資源豐富，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，小水電站的興建猶如雨后春筍般多起來，筆者通過自身的實(shí)踐，闡述了小水電站發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行中四種狀態(tài)的判斷和處理方法，使運(yùn)行工作人員能更好、更安全、更經(jīng)濟(jì)的做好小水電站的運(yùn)行工作。

【關(guān)鍵詞】小水電站 并網(wǎng) 運(yùn)行狀態(tài)處理

步入2008年之后，國際油價(jià)不斷創(chuàng)新高，能源緊缺和漲價(jià)成為人們生活中常談的話題。目前，電力資源作為人們生活中最常接觸的能源，也已經(jīng)非常緊張，隨著夏季的即將到來，很多地方出現(xiàn)了拉閘限電的情況，電力能源的緊缺已經(jīng)成了制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素，怎樣才能緩解電力緊張的局面，如何更好的開發(fā)電力資源，成為我們必須面對(duì)的問題。中國地大物博，水利資源作為可再生的資源特別豐富。筆者認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)盡先開發(fā)水電，在開發(fā)大、中型水電的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)努力開發(fā)小型水電。小水電可以適應(yīng)農(nóng)村分散的、可靠性要求不高的農(nóng)業(yè)用電的要求，具有見效快，不用燃料，有的可以同農(nóng)田水利灌溉相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，是我國廉價(jià)能源之一。小水電在大電網(wǎng)達(dá)不到的地方，可以解決大電網(wǎng)所不能解決的問題。在這些地方小水電具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該大力發(fā)展，這樣就可以做到大、中、小相結(jié)合，大電網(wǎng)和小水電密切配合，經(jīng)濟(jì)、合理的解決我國農(nóng)村電氣化問題，解決日益緊張的電力供應(yīng)緊張問題。

隨著水電事業(yè)的發(fā)展，絕大多數(shù)水電站都與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，解決了過去電站孤立運(yùn)行時(shí)帶來的一系列問題，如供電可靠性差、電能質(zhì)量差、帶負(fù)載能力差等。由于小水電站，單機(jī)容量大多在5000kw以下，其保護(hù)設(shè)施差，在運(yùn)行中出現(xiàn)不正常運(yùn)行時(shí)如不及時(shí)處理可能造成發(fā)電機(jī)乃至系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。因此了解和掌握發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的幾種狀態(tài)，不僅具有很強(qiáng)的技術(shù)實(shí)用性，而且對(duì)保證并網(wǎng)發(fā)電記得安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有實(shí)際意義。

一、發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，就可向電網(wǎng)輸送電能，由于電能的發(fā)、供、用是在同一瞬間完成，因此必須保持系統(tǒng)功率的平衡，且有功的不平衡會(huì)影響電網(wǎng)的頻率，無功的不平衡會(huì)影響電網(wǎng)的電壓。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化，因此運(yùn)行人員應(yīng)按照給定的負(fù)荷曲線或調(diào)度命令，及時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)的有功和無功進(jìn)行調(diào)整。

水電站的發(fā)電機(jī)多為凸極式同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，有功負(fù)荷的調(diào)整，是由電氣值班員擔(dān)任的，借助調(diào)速器調(diào)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速裝置和機(jī)械液壓系統(tǒng)，改變水輪機(jī)的導(dǎo)葉開度，來改變進(jìn)入水輪機(jī)的動(dòng)力矩而實(shí)現(xiàn)有功負(fù)荷的調(diào)整的。發(fā)電機(jī)無功的調(diào)整，是利用改變勵(lì)磁電流來實(shí)現(xiàn)的，小水電站一般由同軸的調(diào)速直流勵(lì)機(jī)供給勵(lì)磁時(shí)，通過改變勵(lì)磁機(jī)磁場變阻器阻值來調(diào)整無功。發(fā)電機(jī)都設(shè)計(jì)和運(yùn)行在過勵(lì)狀態(tài)，即發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸送有功的同時(shí)，并向電網(wǎng)輸送感性無功功率。正常情況下，功率因數(shù)為0.8（滯后）這時(shí)發(fā)電機(jī)每發(fā)出100kw有功，同時(shí)發(fā)出700-750kVar無功。以保證系統(tǒng)對(duì)有功、無功的需求。在運(yùn)行期，電站可按調(diào)度的要求，或根據(jù)實(shí)際情況發(fā)送有、無功，讓水流豐富的電站多發(fā)有功。但多發(fā)有功的發(fā)電機(jī)要注意定子電流不得超過其允許值，同時(shí)為了運(yùn)行的穩(wěn)定性，功率因數(shù)一般不得超過0.95（滯后）運(yùn)行。

二、調(diào)相運(yùn)行狀態(tài)

所謂調(diào)相運(yùn)行就是發(fā)電機(jī)不向電網(wǎng)輸送有功，只向電網(wǎng)輸送無功。為了平衡系統(tǒng)的無功，一般電力系統(tǒng)都有專門的調(diào)相機(jī)，以補(bǔ)償系統(tǒng)無功的需要。在農(nóng)村電網(wǎng)，也可采用水輪發(fā)電機(jī)作調(diào)相運(yùn)行，如一些徑流式電站或枯水期水源不足的電站，便可用來作調(diào)相機(jī)。機(jī)組由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為調(diào)相運(yùn)行時(shí)，一般先將有功負(fù)荷減到零時(shí)，然后導(dǎo)水葉全關(guān)，但機(jī)組不與系統(tǒng)解列，由電網(wǎng)帶動(dòng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繼續(xù)勵(lì)磁，從而向系統(tǒng)發(fā)送無功功率。發(fā)電機(jī)要維持運(yùn)轉(zhuǎn)，必需消耗一定的有功，可向電網(wǎng)吸收有功維持運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁，輸出無功。發(fā)電機(jī)在作調(diào)相

運(yùn)行時(shí)，一般是吸收1kw有功發(fā)出6-8kVar無功。

三、進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)

當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由于故障，或認(rèn)為降低發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流過多，使發(fā)電機(jī)由感性無功功率變?yōu)槲障到y(tǒng)感性無功功率，定子電流由滯后于極端電壓變?yōu)槌坝跈C(jī)端電壓運(yùn)行，這就是發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行。進(jìn)相運(yùn)行也是現(xiàn)場經(jīng)常提到的欠勵(lì)運(yùn)行。此時(shí)，由于轉(zhuǎn)子主磁通降低，引發(fā)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電勢(shì)降低，使發(fā)電機(jī)無法向系統(tǒng)送出無功功率，進(jìn)相程度取決于勵(lì)磁電流降低的程度。發(fā)電機(jī)發(fā)生了進(jìn)相運(yùn)行要根據(jù)不同情況處理：（1）如果由于設(shè)備原因引起進(jìn)相運(yùn)行，只要發(fā)電機(jī)尚未出現(xiàn)振蕩或失步，可適當(dāng)降低發(fā)電機(jī)的有功負(fù)荷，同時(shí)提高勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)脫離進(jìn)相狀態(tài)，然后查明勵(lì)磁電流降低的原因。（2）由于設(shè)備原因不能使發(fā)電機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)及早解列。（3）制造廠允許或經(jīng)過專門試驗(yàn)確定能進(jìn)相運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，如系統(tǒng)需要，在不影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，可將功率因數(shù)提高到1或在允許的進(jìn)相狀態(tài)下運(yùn)行。

四、失磁運(yùn)行狀態(tài)

同步發(fā)電機(jī)失去直流勵(lì)磁，稱為失磁。發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行中，若勵(lì)磁開關(guān)誤跳或勵(lì)磁回路斷線，導(dǎo)致勵(lì)磁消失，這時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)電磁力矩將趨近于0，而輸入的機(jī)械力矩M不變，這將使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步速。由于發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并列運(yùn)行，其定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速不變，則與轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生了轉(zhuǎn)差。即定子磁場將以轉(zhuǎn)差速度切割轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子線圈和轉(zhuǎn)子表面感應(yīng)出交變電勢(shì)與電流，其定子磁場與感應(yīng)電流相互作用，根據(jù)電磁力定律又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)力矩，稱為異步力矩，這與三相異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的電磁力矩相似，只不過異步機(jī)中產(chǎn)生的是驅(qū)動(dòng)電磁力矩。發(fā)電機(jī)輸入的外力矩在克服異步力矩的過程中作功，這兩個(gè)力矩又將處于新的平衡。失磁后，經(jīng)過同步振蕩進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)在異步運(yùn)行狀態(tài)下，以低滑差s與電網(wǎng)并列運(yùn)行，從系統(tǒng)吸取無功功率建立磁場，向系統(tǒng)輸送一定的有功功率，是一種特殊的運(yùn)行方式。另外，發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行時(shí)還會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生局部高溫，定子中也將出現(xiàn)脈動(dòng)電流，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。由于很多小水電站都未安裝失磁保護(hù)，在并網(wǎng)運(yùn)行中，若發(fā)生失磁，運(yùn)行人員可根據(jù)以下一些現(xiàn)象判斷：如勵(lì)磁電流為0；定子電流指示升高，指針擺動(dòng)；功率表指示降低，指針擺動(dòng)；功率因數(shù)表由滯后變?yōu)槌?。?dāng)判明故障后，應(yīng)迅速關(guān)閉進(jìn)水閘門，并將發(fā)電機(jī)解列并做相應(yīng)處理。

水電站的發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后將會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行、調(diào)相運(yùn)行、進(jìn)相運(yùn)行、失磁運(yùn)行，其運(yùn)行狀態(tài)的變化及能量關(guān)系的轉(zhuǎn)化與單機(jī)運(yùn)行時(shí)有較大的不同。前三種如按其需要進(jìn)行調(diào)節(jié)都屬正常運(yùn)行狀態(tài)，但其相應(yīng)參數(shù)要控制在規(guī)定范圍內(nèi)。失磁運(yùn)行屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)，又容易被運(yùn)行人員忽視，因發(fā)電機(jī)可能還在向電網(wǎng)輸送有功。因此要求運(yùn)行人員了解和掌握發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的基本運(yùn)行狀態(tài)，懂得在運(yùn)行過程中的電勢(shì)平衡與力矩平衡，在實(shí)際工作中加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，按系統(tǒng)需要發(fā)送有功、無功，為電力系統(tǒng)提供高品質(zhì)的電力能源。

由于我們現(xiàn)實(shí)中的的小水電站的運(yùn)行管理人員水平參差不齊，往往很多人經(jīng)過匆忙的上崗培訓(xùn)就進(jìn)入小水電的管理運(yùn)行工作了，所以我想在平時(shí)的工作中以及工作之余，我們要提高思想認(rèn)識(shí)，不僅要加強(qiáng)對(duì)基本電氣理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而且要學(xué)有所用，為水電站的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘龍德.電氣運(yùn)行.中國電力出版社.

(作者單位：浙江省東陽市東方紅水庫管理處電站）