水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中無功功率不足的問題及解決辦法

吳朝發(fā)

【摘 要】我國水輪發(fā)電機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目越來越廣泛，但是在水輪發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)用中還是會出現(xiàn)一些問題，例如無功功率不足等情況，在出現(xiàn)這些情況時，會影響水輪發(fā)電機(jī)組和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文闡述無功功率不足的原因，結(jié)合原因展開分析，根據(jù)水電廠的實(shí)際情況和仿真的驗(yàn)證，最后驗(yàn)證無功功率不足與電機(jī)磁路飽和、安裝氣隙大小有直接關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)；無功功率；勵磁電流；氣隙

0 引言

就目前的發(fā)展形式而言，水輪發(fā)電機(jī)的無功出力不足是現(xiàn)在水電廠經(jīng)常遇到的情況，對水電廠日常的生產(chǎn)活動產(chǎn)生較大的影響，如果不采取行應(yīng)的辦法增加無功功率，那么就會影響水電廠以后的發(fā)展情況。鑒于以上問題，我們設(shè)計(jì)相應(yīng)的方正模擬實(shí)驗(yàn)，來充分分析并且找到產(chǎn)生問題的根本原因。

1 無功功率不足的原因

1.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析

水輪發(fā)電機(jī)組從投入使用之后開始進(jìn)行嚴(yán)格的觀察，在水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)無功功率不足的情況時，我們對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)地收集和分析。對發(fā)電機(jī)機(jī)組的輸出電壓，勵磁電流，發(fā)電機(jī)的功率和出口電流等必要數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)的整理、嚴(yán)格的計(jì)算和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，還應(yīng)該結(jié)合發(fā)電機(jī)的型號和水輪機(jī)的型號，根據(jù)左后計(jì)算出的數(shù)據(jù)，仔細(xì)分析電機(jī)組無功功率不足的原因。通過合理的數(shù)據(jù)分析，找出產(chǎn)生無功功率不足的主要原因，并制定有效的方法改善這類問題，為水電廠企業(yè)的后續(xù)發(fā)展提供保障。

1.2 探究出現(xiàn)問題的可能行

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)和說明書的分析和計(jì)算，結(jié)合之前發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)無功功率不足的原因，適當(dāng)?shù)赝茢嗨啺l(fā)電機(jī)出現(xiàn)該現(xiàn)象的具體原因。第一發(fā)電機(jī)的說明書出現(xiàn)了問題，發(fā)電機(jī)說明書中提供的功率、電流等出現(xiàn)了誤差，出現(xiàn)了無功功率不足的假象，想要解決這一問題可以先聯(lián)系發(fā)電機(jī)的制造廠，讓廠家提供相應(yīng)的電磁數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算合適發(fā)電機(jī)的實(shí)際功率。產(chǎn)生這類問題的主要原因是廠家在確定參數(shù)時沒有考慮到材料和計(jì)算誤差的因素。第二就是因?yàn)榇判圆牧系奈锢硇再|(zhì)和結(jié)構(gòu)的限制，磁通量不能夠無限的增大，只能夠保持在一定的數(shù)值，電機(jī)的定子繞組輸入電壓非常高時，定子鐵芯達(dá)到飽和的狀態(tài)，這是就要增加電動機(jī)的勵磁電流才能夠增加電機(jī)的無功出力，但是在這個時候電機(jī)的熱量過高，這樣無功的輸出功率就會受到限制。第三就是電機(jī)組內(nèi)部的空隙間隔大，在實(shí)際的制作和安裝的過程中，使收集到相關(guān)的數(shù)據(jù)都和真實(shí)值不相符，最后造成計(jì)算上的誤差，上邊這三種情況就是出現(xiàn)無功功率不足的主要原因。

1.3 勵磁電流和機(jī)組無功功率的關(guān)系

本文針對該問題進(jìn)行了相應(yīng)的方針實(shí)驗(yàn)，發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真的發(fā)電機(jī)型號為SF220-36/10450，水輪機(jī)型號：HLF178M-LJ-455，機(jī)組的額定電壓為15.75千伏，額定功率22萬千瓦，額定勵磁電流為1750安。在模擬仿真計(jì)算的過程之中，應(yīng)該保證應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行電壓、有功功率、無功功率的基本數(shù)值都是在額定功率下的數(shù)值，這樣才能保證計(jì)算結(jié)構(gòu)的客觀性，所以才能更容易找到問題發(fā)生的原因。計(jì)算出數(shù)據(jù)找到原因之后，在設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)方案，有規(guī)律的調(diào)節(jié)勵磁電流，讓發(fā)電機(jī)的無功功率的變化帶有一定的規(guī)律，然后看看水輪電機(jī)組的功率是否發(fā)生了變化，同時時刻注意定子電壓的變化情況，依照三者的變化情況，找到相關(guān)的聯(lián)系和規(guī)律

通過觀察和相應(yīng)的計(jì)算我們能夠發(fā)現(xiàn)，勵磁電流增加，定子電壓就不斷增加，定子電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于定子額定電壓，隨著勵磁電流的變化無功功率也在不斷的增加，當(dāng)勵磁電流到達(dá)一定數(shù)值之后，電機(jī)組的無功功率不在發(fā)生，趨于穩(wěn)定的狀態(tài)。

分析具體原因，當(dāng)前廠家所提供的勵磁電流是以發(fā)電機(jī)電磁參數(shù)極端為主，將此作為實(shí)際勵磁電流值。但是電磁參數(shù)計(jì)算的理論值會受到多種因素的影響，主要影響因素為材料選擇和電磁計(jì)算的準(zhǔn)確性方面，最終導(dǎo)致電磁計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的額定勵磁電流不符，產(chǎn)生參數(shù)與實(shí)際功能參數(shù)上的偏差。我們通常所說的水輪發(fā)電機(jī)組的勵磁電流除了表示一種物理意義之外，還可以根據(jù)作用和形式的同分細(xì)分為多種形式，即形成發(fā)電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部電勢的勵磁電流和抵消水輪發(fā)電機(jī)組無功去磁效應(yīng)的勵磁電流。當(dāng)磁路為飽和的狀態(tài)下，建立電勢部分的勵磁電流大小將會直接影響電樞效應(yīng)，電勢部分的勵磁電流越大則電勢效應(yīng)越明顯，反之，電勢部分的勵磁電流越小則電樞效應(yīng)不明顯，這種運(yùn)行模式下二者之間很容易產(chǎn)生抵消作用，最終導(dǎo)致機(jī)組無功出力在定子電壓增加的情況下形成明顯的下降趨勢，這對于機(jī)組的整體運(yùn)行效果將產(chǎn)生直接影響。為此，在確定電站所需的實(shí)際額定勵磁電流時，需要將電機(jī)的電磁理論計(jì)算作為基礎(chǔ)，同時考慮勵磁材料的性能和計(jì)算偏差的影響作用，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，留出電磁計(jì)算偏差和材料影響的部分，進(jìn)而保證額定勵磁電流能夠滿足整體機(jī)組的運(yùn)行要求，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

因此，隨著勵磁電流的增加，無功功率也會隨著增加，但是當(dāng)勵磁電流到達(dá)一定數(shù)值之后無功功率不在隨著勵磁電流成正比例變化。這一飽和的系數(shù)在現(xiàn)場測量的值和軟件系統(tǒng)方針得到的數(shù)值并無太大差別。

1.4 真實(shí)氣隙值與無功功率的關(guān)系

水輪發(fā)電機(jī)的出廠前安裝的過程中，只是規(guī)范了定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙大小，并沒有嚴(yán)格規(guī)范平均氣隙的具體數(shù)值。所以在水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的制造過程之中，平均的氣隙數(shù)值一定會出現(xiàn)少許的偏差。當(dāng)轉(zhuǎn)子的直徑外側(cè)的數(shù)值偏大是，憑據(jù)氣隙的數(shù)值就會偏小，定子的漏抗值偏小，勵磁電流隨著減小，實(shí)際應(yīng)該需要的勵磁電流小于理論值，直接導(dǎo)致無功功率偏大。

借助于電機(jī)組實(shí)際測量的真是數(shù)據(jù)開展的計(jì)算仿真的識別，就能夠盡最大的可能發(fā)映出氣隙和定子漏抗以及電機(jī)組無功功率之間的關(guān)系。

2 仿真的驗(yàn)證

發(fā)電機(jī)的參數(shù)只改變氣隙的數(shù)值，其余變量的數(shù)值還是按照原來的設(shè)計(jì)值來進(jìn)行仿真模擬的計(jì)算。我們經(jīng)過具體的仿真驗(yàn)算可以得出結(jié)論，在保證勵磁電流不變的情況下，改變電機(jī)組實(shí)際氣隙值，使之較設(shè)計(jì)值大時，無功功率的數(shù)值變小。我們在記錄在現(xiàn)場檢測的數(shù)值，并且將發(fā)電機(jī)的平均氣隙值和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)組的平均氣隙值為33.31mm時不比原來的32.10mm偏大時，那么發(fā)電機(jī)組的定子漏坑實(shí)際值與測量值也存在偏差。勵磁電流會隨著氣隙值和定子樓坑的增加幅度的不同而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)脑黾印?/p>

3 結(jié)語

隨著磁路的飽和與定子氣隙值的偏大都和電機(jī)組的無功功率不足有直接關(guān)系。磁路趨于飽和時定子電壓對于電機(jī)組的勵磁電流產(chǎn)生去磁，最終導(dǎo)致無功功率不足的情況發(fā)生；電機(jī)組之內(nèi)的氣隙值較設(shè)計(jì)值大，引起勵磁電流的異常變化，導(dǎo)致電機(jī)組無功功率不足。水電站可以直接和廠家協(xié)商電機(jī)組的安裝方案，減少氣隙值的誤差，在水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過程中適當(dāng)增大勵磁電流，這兩種方法都能解決無功功率不足的問題。

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