發電機進相運行的特性分析與操作

吳華斌

摘 要：發電機從電力系統中吸收無功率，向系統輸送有功功率，即功率因素超前就是發電機的進相運行。發電機進相運行是結合電力生產需要而采用的切實可行的運行技術，它可使發電機由改變運行工況而達到降壓的目的。經實驗得出，發電機在額定有功下進相0.95時能安全可靠運行。當電力系統在電壓偏高時，安排適當的機組進相運行，可以為電網安全經濟運行起積極的作用。根據發電機進相運行的特性和限制因素，對發電機組進相運行要嚴格按照有關要求進行。

關健詞：發電機 進相 特性 操作

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：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，總庫容1617萬m3。電站原裝機3×1250+1600 kW，設計年發電量1600萬kW·h，1984年投產發電。電站報廢重建工程從2008年開始歷時三年多時間，對水輪發電機組進行增容改造，更換調速器、勵磁裝置，主要電氣設備更新，建設計算機監控系統等。電站重建后裝機為4×1600 kW，設計年發電量1696萬kW·h。

根據慶元縣電力調度中心對系統電壓調節的要求，已經對該電站四臺發電機實施了進相試驗，確定了機組進相運行能力。在系統電壓偏高時，安排機組進相運行，為電網安全經濟運行起積極作用。

水輪發電機正常運行時，向系統提供有功功率的同時還提供無功功率，定子電流滯后于發電機端電壓一個角度，此種狀態即遲相運行，當逐漸減少勵磁電流使發電機從向系統提供無功功率轉變為從系統吸收無功功率時，定子電流從滯后而變為超前發電機端電壓一個角度，此狀態即進相運行。

1 發電機進相運行特性

當系統供給的感性無功功率多于需要時，將引起系統電壓升高，要求發電機少發無功甚至吸收無功，此時發電機可以由遲相運行轉變為進相運行。

發電機正常運行時，流經發電機轉子繞組的勵磁電流IL，在發電機內建立磁場，使定子繞組產生空載電動勢Eq，改變勵磁電流IL的大小，可使Eq產生相應變化，若忽略磁場飽和，則Eq和IL是成正比的關系。

同步發電機進相運行時較遲相運行狀態勵磁電流大幅度減少，因發電機電勢Eq和發電機勵磁電流IL是成正比的關系，IL降低，Eq亦相應降低。同步發電機的運行特性與它的空載電勢Eq的大小有關，由發電機的穩態運行等值電路向量圖可知Eq=UG+jⅠGXd；簡化向量圖可得，EqCOS&= UG+ⅠQXd；其中UG和ⅠG分別為發電機定子電壓和定子電流；Xd為發電機直流電抗；&為Eq和UG之間的夾角，也稱為發電機的功角；ⅠQ為定子電流的無功分量；因此改變勵磁電流就會影響同步發電機在電力系統中的運行特性。從功角關系看，為分析方便，假設發電機是與無窮大電力系統并聯運行，即發電機端電壓不隨負荷的變化而變化，是一個恒定值；同時假設發電機定子電阻為零，并忽略凸極效應；由于發電機發出的有功功率只與調速器開度有關，與勵磁電流的大小無關；因此發電機發出的有功功率PG為常數；則可以得出公式PG=（EqUG/Xd）Sin&=常數；在有功不變的情況下，減少勵磁電流，Eq亦相應降低，UG保持不變，功角必將相應增大，發電機靜態穩定性下降。其穩定極限與發電機短路比、外接電抗、自動勵磁調節器性能及其是否投運等有關。

進相運行時發電機定子端部漏磁較遲相運行時增大，因為漏磁增大，會引起定子鐵芯端部溫升加劇，進相運行時發電機端部電壓降低，廠用電電壓也相應降低，如果超出10%將影響廠用電運行。因此，同步發電機進相運行要通過試驗確定進相運行深度，即在供給一定有功狀態下，吸收多少無功才能保持系統靜態穩定和暫態穩定，各部件溫升不超限，并能滿足電壓的要求。

從在發電機的特性和實際運行經驗中可得出，同步發電機進相運行限制的因素有三個：

⑴水輪發電機功角應控制在60度以下（系統穩定的限制）：根據一些電站的機組進相試驗數據來看，發電機滿負荷進相0.95時，發電機功角都小于45度（如左溪電站為28.8度，大巖坑電站為41.8度）。

⑵發電機各部位溫度不應高于120℃。

⑶發電機機端電壓不應低于90%額定電壓。

2 進相操作及注意事項

發電機在制造廠設計制造時已考慮發電機額定有功下進相0.95時可以安全可靠運行。同時該站四臺發電機已經過相關的進相試驗，在額定有功功率1600KW時，無功進相450Kvar，即cosΦ=0.96，發電機各部溫度未超過限值。故該站發電機是可以在功率因素0.96進相運行。在具體進相操作時，除了以上三個運行限制的因素外，還需注意以下事項：

⑴在接到需要機組無功進相運行的命令時，如機組已在運行中，先在監控系統中把無功給定取消。

⑵修改勵磁系統的低勵限制數值，以滿足進相運行的要求（注意失磁保護不得退出運行）。

⑶需要進相運行時先帶有功目標值再調節無功目標值，勵磁系統采用手動運行方式，由遲相調至進相過程不宜過快，應緩慢調節，尤其在接近無功目標值時更應細調。機旁屏勵磁調節柜必須有人監視進相運行機組工況。

⑷一臺機已在進相運行時需要另一機組并網運行時，要將進相運行的機組調至遲相，避免發電機并網時對進相運行的發電機造成較大的沖擊。

⑸發電機進相運行時，盡量避免進行大幅度調節有功功率，如需要操作，先將進相運行的機組無功調至遲相，不可以在進相無功不變的情況下，直接調節有功改變工況，避免對進相運行的發電機造成較大的沖擊操作。

⑹進相時注意廠用電電壓并加強巡視，避免出現由廠用電壓低引起的電機過熱等影響機組正常運行的情況。

⑺進相運行時有功不要超發，注意監視定子電流不能超過額定值。

3 結語

該電站發電機已具備進相運行條件，在電力調度根據電網需要命令該電站發電機組進相運行時，運行人員在根據進相運行的有關操作要求進行操作，可保證發電機組運行正常。

參考文獻

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