發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的特性分析與操作

吳華斌

摘 要：發(fā)電機(jī)從電力系統(tǒng)中吸收無(wú)功率，向系統(tǒng)輸送有功功率，即功率因素超前就是發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是結(jié)合電力生產(chǎn)需要而采用的切實(shí)可行的運(yùn)行技術(shù)，它可使發(fā)電機(jī)由改變運(yùn)行工況而達(dá)到降壓的目的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出，發(fā)電機(jī)在額定有功下進(jìn)相0.95時(shí)能安全可靠運(yùn)行。當(dāng)電力系統(tǒng)在電壓偏高時(shí)，安排適當(dāng)?shù)臋C(jī)組進(jìn)相運(yùn)行，可以為電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起積極的作用。根據(jù)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的特性和限制因素，對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行要嚴(yán)格按照有關(guān)要求進(jìn)行。

關(guān)健詞：發(fā)電機(jī) 進(jìn)相 特性 操作

中圖分類號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（a）-0018-02

蘭溪橋水電站位于慶元縣縣城上游，座落在閩江水系槎溪支流松源溪上。大壩距慶元縣城7km，壩址以上集水面積235 km2，總庫(kù)容1617萬(wàn)m3。電站原裝機(jī)3×1250+1600 kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量1600萬(wàn)kW·h，1984年投產(chǎn)發(fā)電。電站報(bào)廢重建工程從2008年開(kāi)始?xì)v時(shí)三年多時(shí)間，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行增容改造，更換調(diào)速器、勵(lì)磁裝置，主要電氣設(shè)備更新，建設(shè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。電站重建后裝機(jī)為4×1600 kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量1696萬(wàn)kW·h。

根據(jù)慶元縣電力調(diào)度中心對(duì)系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的要求，已經(jīng)對(duì)該電站四臺(tái)發(fā)電機(jī)實(shí)施了進(jìn)相試驗(yàn)，確定了機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行能力。在系統(tǒng)電壓偏高時(shí)，安排機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行，為電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起積極作用。

水輪發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)提供有功功率的同時(shí)還提供無(wú)功功率，定子電流滯后于發(fā)電機(jī)端電壓一個(gè)角度，此種狀態(tài)即遲相運(yùn)行，當(dāng)逐漸減少勵(lì)磁電流使發(fā)電機(jī)從向系統(tǒng)提供無(wú)功功率轉(zhuǎn)變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無(wú)功功率時(shí)，定子電流從滯后而變?yōu)槌鞍l(fā)電機(jī)端電壓一個(gè)角度，此狀態(tài)即進(jìn)相運(yùn)行。

1 發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行特性

當(dāng)系統(tǒng)供給的感性無(wú)功功率多于需要時(shí)，將引起系統(tǒng)電壓升高，要求發(fā)電機(jī)少發(fā)無(wú)功甚至吸收無(wú)功，此時(shí)發(fā)電機(jī)可以由遲相運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)相運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流IL，在發(fā)電機(jī)內(nèi)建立磁場(chǎng)，使定子繞組產(chǎn)生空載電動(dòng)勢(shì)Eq，改變勵(lì)磁電流IL的大小，可使Eq產(chǎn)生相應(yīng)變化，若忽略磁場(chǎng)飽和，則Eq和IL是成正比的關(guān)系。

同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)較遲相運(yùn)行狀態(tài)勵(lì)磁電流大幅度減少，因發(fā)電機(jī)電勢(shì)Eq和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流IL是成正比的關(guān)系，IL降低，Eq亦相應(yīng)降低。同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性與它的空載電勢(shì)Eq的大小有關(guān)，由發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行等值電路向量圖可知Eq=UG+jⅠGXd；簡(jiǎn)化向量圖可得，EqCOS&= UG+ⅠQXd；其中UG和ⅠG分別為發(fā)電機(jī)定子電壓和定子電流；Xd為發(fā)電機(jī)直流電抗；&為Eq和UG之間的夾角，也稱為發(fā)電機(jī)的功角；ⅠQ為定子電流的無(wú)功分量；因此改變勵(lì)磁電流就會(huì)影響同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行特性。從功角關(guān)系看，為分析方便，假設(shè)發(fā)電機(jī)是與無(wú)窮大電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，即發(fā)電機(jī)端電壓不隨負(fù)荷的變化而變化，是一個(gè)恒定值；同時(shí)假設(shè)發(fā)電機(jī)定子電阻為零，并忽略凸極效應(yīng)；由于發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只與調(diào)速器開(kāi)度有關(guān)，與勵(lì)磁電流的大小無(wú)關(guān)；因此發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率PG為常數(shù)；則可以得出公式PG=（EqUG/Xd）Sin&=常數(shù)；在有功不變的情況下，減少勵(lì)磁電流，Eq亦相應(yīng)降低，UG保持不變，功角必將相應(yīng)增大，發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性下降。其穩(wěn)定極限與發(fā)電機(jī)短路比、外接電抗、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器性能及其是否投運(yùn)等有關(guān)。

進(jìn)相運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)定子端部漏磁較遲相運(yùn)行時(shí)增大，因?yàn)槁┐旁龃?，?huì)引起定子鐵芯端部溫升加劇，進(jìn)相運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)端部電壓降低，廠用電電壓也相應(yīng)降低，如果超出10%將影響廠用電運(yùn)行。因此，同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行要通過(guò)試驗(yàn)確定進(jìn)相運(yùn)行深度，即在供給一定有功狀態(tài)下，吸收多少無(wú)功才能保持系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定，各部件溫升不超限，并能滿足電壓的要求。

從在發(fā)電機(jī)的特性和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中可得出，同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行限制的因素有三個(gè)：

⑴水輪發(fā)電機(jī)功角應(yīng)控制在60度以下（系統(tǒng)穩(wěn)定的限制）：根據(jù)一些電站的機(jī)組進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷進(jìn)相0.95時(shí)，發(fā)電機(jī)功角都小于45度（如左溪電站為28.8度，大巖坑電站為41.8度）。

⑵發(fā)電機(jī)各部位溫度不應(yīng)高于120℃。

⑶發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不應(yīng)低于90%額定電壓。

2 進(jìn)相操作及注意事項(xiàng)

發(fā)電機(jī)在制造廠設(shè)計(jì)制造時(shí)已考慮發(fā)電機(jī)額定有功下進(jìn)相0.95時(shí)可以安全可靠運(yùn)行。同時(shí)該站四臺(tái)發(fā)電機(jī)已經(jīng)過(guò)相關(guān)的進(jìn)相試驗(yàn)，在額定有功功率1600KW時(shí)，無(wú)功進(jìn)相450Kvar，即cosΦ=0.96，發(fā)電機(jī)各部溫度未超過(guò)限值。故該站發(fā)電機(jī)是可以在功率因素0.96進(jìn)相運(yùn)行。在具體進(jìn)相操作時(shí)，除了以上三個(gè)運(yùn)行限制的因素外，還需注意以下事項(xiàng)：

⑴在接到需要機(jī)組無(wú)功進(jìn)相運(yùn)行的命令時(shí)，如機(jī)組已在運(yùn)行中，先在監(jiān)控系統(tǒng)中把無(wú)功給定取消。

⑵修改勵(lì)磁系統(tǒng)的低勵(lì)限制數(shù)值，以滿足進(jìn)相運(yùn)行的要求（注意失磁保護(hù)不得退出運(yùn)行）。

⑶需要進(jìn)相運(yùn)行時(shí)先帶有功目標(biāo)值再調(diào)節(jié)無(wú)功目標(biāo)值，勵(lì)磁系統(tǒng)采用手動(dòng)運(yùn)行方式，由遲相調(diào)至進(jìn)相過(guò)程不宜過(guò)快，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)，尤其在接近無(wú)功目標(biāo)值時(shí)更應(yīng)細(xì)調(diào)。機(jī)旁屏勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜必須有人監(jiān)視進(jìn)相運(yùn)行機(jī)組工況。

⑷一臺(tái)機(jī)已在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)需要另一機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，要將進(jìn)相運(yùn)行的機(jī)組調(diào)至遲相，避免發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)對(duì)進(jìn)相運(yùn)行的發(fā)電機(jī)造成較大的沖擊。

⑸發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，盡量避免進(jìn)行大幅度調(diào)節(jié)有功功率，如需要操作，先將進(jìn)相運(yùn)行的機(jī)組無(wú)功調(diào)至遲相，不可以在進(jìn)相無(wú)功不變的情況下，直接調(diào)節(jié)有功改變工況，避免對(duì)進(jìn)相運(yùn)行的發(fā)電機(jī)造成較大的沖擊操作。

⑹進(jìn)相時(shí)注意廠用電電壓并加強(qiáng)巡視，避免出現(xiàn)由廠用電壓低引起的電機(jī)過(guò)熱等影響機(jī)組正常運(yùn)行的情況。

⑺進(jìn)相運(yùn)行時(shí)有功不要超發(fā)，注意監(jiān)視定子電流不能超過(guò)額定值。

3 結(jié)語(yǔ)

該電站發(fā)電機(jī)已具備進(jìn)相運(yùn)行條件，在電力調(diào)度根據(jù)電網(wǎng)需要命令該電站發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員在根據(jù)進(jìn)相運(yùn)行的有關(guān)操作要求進(jìn)行操作，可保證發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常。

參考文獻(xiàn)

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