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发电机进相运行分析

发布时间：2009/6/8 阅读次数：2944 字体大小: 【小】【中】【大】

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发电机进相运行分析

胡继承

（国电靖远发电公司发电部，甘肃白银 730919）

一、概述

发电机的进相运行，是适应电力系统运行的需要而提出的，是针对电网或部分地区电网无功功率过剩引起运行电压过高的问题而采取的一种措施。目前，我国已进入大机组、大容量、大电网阶段，当电力负荷低谷时，运行电压超过给定的电压曲线上限的情况已日益突出。此时将发电机进相运行，发电机转子绕组闭路无励磁运行，是较实际的有效的降压方法，并且具有一定的经济效益。

要改善系统电压，需增装并联电容器，电抗器，增加有载调压变压器，增投调相机，增设自动投切装置，采取抑制谐波影响的措施，这些都需要增加投资，需具备一定的经济能力。而利用系统内现有发电机进相运行，发电机转子绕组闭路无励磁运行，以吸收电网富裕的无功功率，是不增加设备的前提下，增加系统对无功和电压的调节能力，在较大的范围内承担调节电压的任务。发电机进相运行调节灵活，在进相功率限额内运行可靠，易于满足调压要求，在技术上是可行的。

二、发电机进相运行状态分析

发电机经常的运行状态是滞相运行，而进相运行是相对滞相运行而言的。

当有功功率P和端电压U恒定时,调节励磁电流,随着发电机电势的变化,功率因数角也发生变化。正常励磁时，如增加励磁电流，发电机电势增大，此时定子电流I落后于定子电压U，也就是功率因数角是滞后的，发电机向系统发出有功功率和感性无功功率，即为通常的滞相运行。反之，减小励磁电流，发电机电势是降低的，功率因数角是超前的，此时发电机向系统发出有功功率和容性无功功率（或称吸收感性无功功率），此时发电机处于“欠励”状态。发电机的电磁参数仍然是对称的，且以同步转速旋转，因而属于正常的运行方式中功率因数变动时的一种运行工况，只是扩大了发电机的运行范围，在允许的限额内，是可以长时间运行的。

二、发电机进相运行限制因素

发电机进相运行的能力，是由其结构特点，冷却方式和参数特性的不同决定的。相连系统阻抗、电压水平，所装自动励磁调节装置的性能，对进相运行能力有显著的影响。从发电机自身考虑，主要受其静态稳定极限和定子端部及金属结构件温升允许值的限制。

（一）静稳定的限制：

1、功角特性：

E0U

Pdc=m ———— sinδ

U——发电机端电压

E0————空载电势。。

理论上静稳定极限发生在δ=90，此时电磁功率最大其值为：

E0U

Pm=m ————

2、电网系统的功角特性：

在实际电网中，发电机是经过和高压输电线路并入电网的，必须计及这些元件的电抗（略去元件的电阻、容抗）令Xs为变压器与线路电抗之和，则：

E0Us

P=m ———— sinδs

Xd∑

（1）Ｘs降低了发电机输出有功的能力

对于一个恒定的励磁电势E，当存在外部电抗Xs时，在电网同一电压水平Us下，发电机输出的有功功率比Xs=0时为小；当δ=90时，达到静稳定极限，其功率值也较Xs=0时为小。

（２）Xs增加，发电机的静稳定储备降低

在输出有功功率和励磁不变的情况下，Xs增加静稳定极限减小，因而发电机的静稳定储备也将随之降低。

3、有功恒定时静稳定极限跟随励磁电流减小而降低

对于一台给定的汽轮发电机，并入电网后，可认为Xd∑，在恒定的有功功率值时，其静稳定极限功率与励磁电流成正比。随励磁电流的减小，E0下降为不同数值，就有一组功率特性曲线如图所示，这些曲线称为内功率特性。发电机滞相运行时，随着E0的降低，稳定储备降低。若继续降低励磁电流，而令发电机进相运行时，随着进相深度的增加，电势E0愈低，稳定极限功率也减小。如维持发电机功率P1不变，则δ必然增大，到某一数值时发电机达到静稳定极限。如再减小励磁，增加进相深度，发电机会失去静稳定而转入异步。所以进相运行能力受到静稳定的限制。我公司采用自动励磁调节装置可以提高静稳定的范围。

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E01

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E02

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E03

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E04

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功角特性曲线

（二）定子端部发热的限制

1.端部漏磁引起发热

发电机端部漏磁场是引起发电机定子端部发热的内在因素。端部漏磁是由定子和转子绕组的端部漏磁合成，其大小与发电机的结构形式，端部各结构的材料，尺寸和位置有关。发电机运行时，端部磁通尽可能通过磁组最小的路径形成闭路。为此，定子端部各结构是容易通过相当大的端部漏磁的部件，由于端部漏磁也是旋转磁场，对定子则有相对运动，便在这些部件中感应涡流和磁滞损耗，引起发热。

2.端部漏磁与运行工况的关系

发电机端部漏磁与定子电流值及功率因数有关。定子端部漏磁通与转子端部漏磁通的磁路不同，各自的磁组也不同。对于定子端部某点，定子电枢反应磁势引起的漏磁通易于通过，而转子漏磁通所遇到的磁组大些，并且离气隙愈远的部位愈是如此，因此，转子磁场引起的漏磁通通过气隙进入定子端部的仅是一部分。保持电机功率不变，即保持定子电流不变，定子漏磁通为一定值，发电机由滞相转为进相运行时，定子端部合成漏磁通将逐渐增大。在COSФ=1附近，定子端部合成漏磁通的变化比较大。随着进相深度的增加，吸收的无功增加，定子端部合成漏磁通则愈大，当进相到COSФ=0时，发电机进入无励磁状态运行，合成漏磁通达到最大值，端部发热严重。所以说发电机进相运行能力要受到端部发热的限制。

(三)其它因素的限制

1. 厂用电压的限制

厂用电压引自发电机出口。在进相运行时，随着发电机端电压的降低厂用电压也相应降低，而厂用电压一般不应低于额定值的90％。如果过低就会影响厂用电动机的运行，使之发热，并影响出力，机组的稳定运行。

2. 定子电流的限制

随着进相深度的增加，发电机端电压降低，定子电流可能超过额定值，但不得超过额定的105％。

3. 低励限制

我公司采用WKKL微机型自动励磁调节装置设有低励限制保护，低励时，装置发出低励信号，低励限制继电器动作，闭锁减磁，并自动进行增励操作，直到低励消失，此时就需人为干预。从而限制了发电机进相运行的深度。

综上所述，当需要某台发电机进相运行时，应对各影响因素综合考虑分析，并测出各项数据，这样才能定出切合实际需要的进相限额。目前我公司#4机进行了进相试验，取得了进相数据。即200MW，进相-0Mvar；有功100MW，进相-40Mvar；有功0MW，进相-60Mvar。

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