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发电机的进相运行
２００７年第４期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　职　业　圈　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ．４，２００７　（总第５６期）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ZHIYE QUAN　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙＮｏ．５６）
发电机的进相运行
（徐州垞城电力有限公司，江苏　徐州　２２１１４２）
【摘要】大容量发电机的进相运行受到电网公司的支持和奖励并且有利于降低自身厂用电，文章分析了发电机进相运行中运行应考虑的几个问题以及进相运行的利弊，介绍了垞城＃５ＣＦＢ机组在试验时重点采取的措施，以使即将进行该试验的ＣＦＢ机组能够采取很好的安全措施，保证试验的成功。
【关键词】发电机；进相；安全
【中图分类号】ＴＭ３１１　　　　　　【文献标识】Ａ【文章编号】１６７１－５９６９（２００７）０４－０１５２－０２
随着电力系统的发展、机组容量的不断扩大和超高压远距离输电线路的应用，系统有很大的电容电流。当负荷低谷时期，由于输电线的电容电流使系统产生的无功功率增加，造成电力系统特别是１１０ｋＶ以上的母线电压超过额定的上限。随着电力市场的建立和完善，发电企业已经开始实行竞价上网，电压作为电能质量的重要指标同时也作为辅助电力市场的重要部分，考核与奖励将会越来越重。传统的电压调节手段已不能满足现代电力系统运行的要求，所以增加发电机的无功调节手段势在必行。发电机的进相运行，吸收电力系统中过剩的无功功率来降低电压，是电网调节的一个强有力的调控手段。
一、发电机进相运行的效益
（一）降压效益。由于系统负荷低谷时，无功过剩，系统电压过高，采用发电机进相运行后，已成功进行进相运行机组的试验结果表明，每吸收无功功率５～１０ＭＶＡＲ，一般可使２２０ＫＶ母线电压降低１ＫＶ。根据现行的江苏电网企业考核办法及即将运行的华东电网辅助电力服务市场规则都会取得受益。
（二）节能效益。变压器、电动机等电气设备铁损与电压的平方成正比，运行电压升高使损耗增大，进相运行使运行电压降低后，可使这部分损耗消除。另外，进相运行还可以减少励磁电流，降低厂用电量。
（三）保证电力设备安全。运行电压升高，由于铁损的增加使电气设备运行温度提高，势必加速绝缘老化，缩短其使用寿命，进相运行使电气设备处于正常额定值电压运行，可确保设备在设计使用期内安全运行。
二、发电机进相运行应考虑的几个问题
（一）发电机定子铁心端部发热
发电机端部漏磁通是由转子和定子的漏磁通合成的，它是一个随转子同速旋转的旋转合成磁场。该旋转漏磁场磁通在切割静止的定子端部各金属结构件时，就会在其中感应涡流和
－１５２－
磁滞损耗，引起发热。特别是定子端部铁心、压指、压环等磁阻较小的部件，因通过的磁通多，在局部冷却强度不足时，就会出现局部温升过高的现象。发电机由滞相变为进相运行时，端部合成磁通随之显著增大，端部元件的温升也显著增大，甚至越限，成为限制发电机进相运行的条件之一。因此，要通过现场试验作出温升曲线来确定进相运行的深度。
（二）发电机的静态稳定
当发电机在某恒定的有功功率进相运行时，由于励磁电流较低，因而其静稳定的功率极限值减小降低的静稳储备系数即静稳能力降低（如图１所示）。保持有功Ｐ恒定，逐渐降低励磁电流，直至进相运行至Ｅ０２，此时励磁电流感应的电势为Ｅ０２。若增加进相深度，应继续降低励磁电流，此时感应电势Ｅ０３更低。由于保持Ｐ恒定，功率必然由δａ升至δｂ，当励磁电流降至使发电机的运行功角增大而达静稳定的临界稳定点δ＝９０。若继续降低励磁电流，则失去静稳而失步。由此发电机的进相容量受到限制。
图１　　发电机功角随励磁电流降低而增大（三）发电厂用电电压降低
发电机厂用电一般取自来自发电机出口。进相运行时，发电机由向系统发出无功变为吸收无功。由于实际系统不可能为无穷大系统，不能维持机端电压为恒定，即运行时发电机机端电压与厂用电电压要降低，厂用系统的电动机运行状态变差：出力下降，滑差增大，电流增大，可能造成电动机和厂变过流。所以一般要控制在额定电压的９０％以上。
三、垞城＃５机组试验时采取的技术措施
（一）设备参数
型号　　　　　　　　　　　　　　　　ＱＦ－１３５－２
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发电机进相运行处理措施
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当发电机励磁系统由于AVR原因或故障，或人为降低发电机的励磁电流过多，使发电机由发出感性无功功率变为吸收系统感性无功功率，定子电流由滞后于机端电压变为超前于机端电压运行，这就是发电机的进相运行。进相运行也是现场经常提到的欠励磁运行(或低励磁运行)。此时，由于转子主磁通降低，引起发电机的励磁电势降低，使发电机无法向系统送出无功功率，进相程度取决与励磁电流的降低程度。1.引起发电机进相运行的原因：1) 低谷运行时，发电机无功负荷原已处于低限，当系统电压因故突然升高或有功负荷增加时，励磁电流自动降低引起进相(有功功率增加，功率因素增大，无功功率减小使励磁电流减小)。2) AVR失灵或误动、励磁系统其它设备发生了故障、人为操作使励磁电流降低较多等也会引起进相运行。2.发电机进相运行的处理：1) 如果由于设备原因引起进相运行，只要发电机尚未出现振荡或失步，可适当降低发电机的有功负荷，同时提高励磁电流，使发电机脱离进相状态，然后查明励磁电流降低的原因。2) 由于设备原因不能使发电机恢复正常运行时，应及早解列。机组进相运行时，定子铁心端部容易发热，对系统电压也有影响。制造厂允许或经过专门试验确定能进相运行的发电机，如系统需要，在不影响电网稳定运行的前提下，可将功率因素提高到1或在允许进相状态下运行。此时，应严密监视发电机运行工况，防止失步，尽早使发电机恢复正常。还应注意对高压厂用母线电压的监视，保证其安全。
来源：北极星电力网整理
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工程代号 密
级 专业代号
一般 602 目录号 02 太阳纸业热电厂150MW机组
发电机进相运行试验报告
山东电力研究院 山东中实易通集团有限公司 2008年2月
太阳纸业热电厂150MW机组
发电机进相运行试验报告
参加工作单位：山东电力研究院 山东中实易通集团有限公司 太阳纸业热电厂
工作人员：张维超、孙善华 等
项目负责人：张维超
工作时间：日至日
太阳纸业热电厂150MW机组
发电机进相运行试验报告 1．前言 随着山东电网装机容量的增加，输电线路的容量和距离不断扩大，线路相间和对地电容相应地增大，系统的容性负荷大量增加。在负荷低谷时，系统发出的总感性无功可能超过用户的感性无功和线路的无功损耗总和，导致电网局部电压超出容许范围，影响电网设备的安全运行。为吸收系统多余无功调整电网电压，一般采用并联电抗器或调相机的办法，但这不仅增加了设备投资，而且增加了损耗。如果降低发电机的励磁电流，使发电机由通常的定子电流滞后于机端电压（发电机向系统提供感性无功）的迟相运行，转变为由于欠励磁使发电机的定子电流超前定子电压（发电机从系统吸收感性无功）的进相运行，也可以达到同样目的。显然，这种方式比使用电抗器或调相机节约投资和能耗，而且操作也很简便。为此调度中心要求新建及改造机组在投产前做进相运行试验，利用试验结果指导机组的实际运行，确保系统电压控制在允许范围内。 太阳纸业热电厂#1发电机为空气冷却方式发电机，2008年2月，由山东电力研究院负责，电力研究院、太阳纸业热电厂双方共同对#1发电机进行了进相运行试验，以确认该机的进相运行能力。 2．试验依据的标准 GB/T
《三相同步电机试验方法》 《WX21－D85LLT型汽轮发电机技术数据及有关说明》 GB/T
《透平型汽轮发电机技术要求》 #1发电机运行规程 3．＃1发电机有关参数：
#1发电机参数 型
WX21－D85LLT 额定容量：
176.5 MVA 额定功率：
150 MW 额定电压：
15.75 kV 额定电流：
6469 A 励磁电流：
1344 A 功率因数：
0.85 接线方式：
Y 出厂编号：
1500018 出品年月：
2007.4 制 造 厂：
山东济南发电设备厂 4．试验的有关说明 通常限制发电机进相运行能力的主要因素有三个：发电机的静稳定、定子铁芯端部的温升、厂用电的降低。 为了保证试验的安全，试验时采取以下措施： 1 太阳纸业热电厂150MW机组
发电机进相运行试验报告 4.1 静稳定 为保证发电机的静稳定，在试验中监视发电机的功角不超过70°，且只进行励磁调节器自动下的进相运行试验。当自动励磁调节器投入运行时，大大提高了发电机的静态稳定极限，增强稳定运行的能力。 4.2 定子铁芯端部发热 ＃1发电机铁芯端部安装了磁屏蔽，大大减少了端部漏磁的影响，但是由于设计制造原因，端部未安装测温元件，厂家保证端部温度不超温。 4.3 厂用电限制 进相运行时，随着发电机励磁电流的减小，发电机端电压降低，厂用电压也会降低。进相运行试验时我们要求发电机电压不低于14.2kV，6kV母线电压不能低于5.7kV，400V母线电压不能低于360V，低于上述值时进相深度不能继续加大，并增加励磁以减小进相深度。 5．试验过程简介 5.1 试验接线 5.1.1从TSI系统中引出转子键相信号（一转一个脉冲）与定子电压信号接入8808波形记录仪，监测发电机的功角。 5.1.2 使用盘表中的双向无功表，作为进相深度监测表计。 5.1.3 核实发电机内各测温元件正常。 5.1.4 核实6 kV、400 V、220 kV各段电压表计精度满足测量要求（0.5级）。 5.1.5 利用DCS系统中的信号监测发电机及电网的各电气参数。 5.2 继电保护的更改 解除低励限制。 5.3 厂用电由高厂变运行；220kV系统保持正常运行方式。 5.4 试验步骤 在发电机并网前，利用8808波形记录仪测量发电机转子键相信号与定子电压的相位角，将初始角设Z为零。 发电机并网带负荷正常运行后，试验分有功为75MW、112.5MW、150MW三种工况进行，其中75MW和112.5MW试验工况在高厂变带厂用电下进行，150MW试验工况在高备变带厂用电下进行。 试验时，#1发电机Z于自动励磁的方式下、运行人员在试验过程中保持被试机组的有功、进风温度、空冷器进水温度、进水压力不变。 5.4.1 厂用电由高厂变供给的进相深度及温升试验（75MW、112.5MW） 首先，调节发电机迟相运行有功为75MW，然后开始进相深度试验。 试验时运行人员应手动降低励磁，使发电机由迟相至进相过渡，然后继续缓慢降低发电机励磁电流，直至进行到满足限制进相运行的条件（功角不大于70度、定子铁芯及端部结构件温升不超过厂家规定、不超过厂家P-Q图要求）为止，然后维持发电机的有2 太阳纸业热电厂150MW机组
发电机进相运行试验报告 功、无功不变，进行温升试验。 此时应监视定子端部铁芯温度、功角、220 kV系统母线电压、6kV、400V母线电压变化。每30分钟记录一次定子各部分温度（定子线圈温度，定子铁芯温度，进、出风温度）、定子电压、定子电流、转子电压、转子电流、COSφ、功角。当定子铁芯两次记录间隔的温度差不大于1℃后，可以认为铁芯温度已稳定。试验完毕后将机组恢复至迟相运行。 有功为112.5MW进相深度试验过程与75MW下的完全相同。 5.4.2厂用电由高备变供给的进相深度试验（150MW） 机组恢复至迟相后，将厂用电切换到高备变运行。 调节发电机迟相运行有功为150MW，运行人员手动降低励磁，直至进行到满足限制进相运行的条件（功角不大于70度、定子铁芯及端部结构件温升不超过厂家规定、不超过厂家P-Q图要求、发电机电压不低于14.2kV，6kV母线电压不能低于5.7kV，400V母线电压不能低于360V）为止。试验完毕后机组恢复至迟相运行。 6．试验结果： 表 1
#1发电机进相运行试验结果 试验安排负荷值（MW） 初始无功（MVar） 初始功角（°） 功率因数（COSφ） 发电机定子电压（kV） 发电机定子电流（kA） 发电机励磁电压（V） 进相试发电机励磁电流（A） 验初始220kV母线电压（kV） 值 6kV A母线电压（kV） 6Kv B母线电压（kV） 400V A母线电压（V） 400V B母线电压（V） 定子线圈最高温度（℃） 铁芯最高温度（℃） 发电机进风温度（℃） 最大吸收无功（MVar） 功角（°） 功率因数（COSφ） 进相试发电机定子电压（kV） 验结果发电机定子电流（kA） 发电机励磁电压（V） 值 发电机励磁电流（A）
220kV母线电压（kV） 6kV A母线电压（kV） 6kV B母线电压（kV） 400V A母线电压（V） 高厂变带厂用电 75 37.2 28.4 0.90 15.2
756.6 228.8 6.03 6.04 381.0 380.0 59.5 56.7 23.0 -13.4 43.3 -0.98 14.5
527.3 227.8 5.77 5.78 363 112.5 51.6 33.0 0.91 15.37
957.8 229.7 6.07 6.07 381 380 68.2 60.0 24.6 -0.4 47.3 -1 14.69
741.8 228.4 5.79 5.79 359 150 68.3 35.0 0.90 15.64
.1 6.07 6.08 380 382 85.5 69.9 27.6 -30.9 64.0 －0.98 14.31
880.9 227.1 5.97 5.98 374 3 太阳纸业热电厂150MW机组
发电机进相运行试验报告 差值 400V B母线电压（V） 定子线圈最高温度（℃） 铁芯最高温度（℃） 发电机进风温度（℃） 220kV母线压降（kV） 发电机电压压降（kV） 6kV A母线压降（kV） 6kV B母线压降（kV） 400V A母线压降（V） 400V B母线压降（V） 定子线圈温升（K） 铁芯温升（K） 220kV母线每降1kV需吸收无功（MVar） 361 58.8 56.5 23.2 1.0 0.70 0.26 0.26 18 19 35.6 33.3 41.8 359 68.4 60.3 24.8 1.3 0.68 0.28 0.28 22 21 43.6 35.5 40.0 376 84.5 69.1 27.6 3.0 1.33 0.1 0.1 6 6 56.9 41.5 33.1
7．试验结果分析 发电机进相运行的能力与电机型号、参数、定子铁芯端部结构及其材质、电机于电网中的位Z、自动励磁调节器的性能与是否投入等诸因素有关。降压能力与电网容量和潮流分布有关。 从本次实测结果可以看到，在150MW下进相30.9MVar时发电机端部的磁密最高，最高温度为69.1℃，温升为41.6K，离温度限额120℃有很大距离，因此该机在进相时不受端部结构件发热的限制。 从试验数据可以看出三种工况（75MW、112.5MW、150MW）进相到最大深度时发电机的功角分别为43.3°、47.3°和64.0°，均不超过70°，因此该机在进相时不受静稳定的限制。 从试验结果可以看出：该机进相深度受厂用电电压降低条件限制。厂用电由高厂变带的工况是400V电压降限制住进相深度，此时220kV母线电压下降1kV以上。 8．结论 太阳纸业热电厂#1发电机进相深度主要受机端电压和厂用电电压降低条件限制。在正常运行时，如果进相深度不能满足运行要求，可调整6kV或400V厂变分接头将运行电压提高，以提高机组的进相深度。 试验各工况点进相深度为：75MW负荷工况下为－13.4MVar、112.5MW负荷工况下为－0.4MVar、150MW负荷工况下为－30.9MVar。220kV母线电压每降1kV平均吸收无功功率为38.3MVar，即－38.3MVar／kV。今后机组进相运行时以试验结果为限。
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发电机进相运行事故处理预案
文章来源：本站原创
作者：佚名
发布时间：日
发电机进相运行事故处理预案
一、发电机进相运行现象:
1、发电机无功变为负值。
2、定子端部构件温度升高。
二、发电机进相运行处理:
1、维持系统电压正常，保证系统稳定性，网上电压低时，禁止进相运行。
2、进相运行时，维持发电机出口电压在&5%Un范围内，防止发电机静稳极限降低。
3、保证定冷水温、水压、流量、氢压、氢气纯度在额定参数范围内。
4、监视定子温升不超规定，尤其是定子端部温度不超过120度。
5、发电机在任何有功负荷状态下进相运行，功率因数都不能低于0.95（超前）
6、不同有功负荷状态下不得超过发电机的出力曲线及V形曲线的限额。
7、如果温度、温升将要超过规定值，应减小进相深度，适当手动增加励磁电流，使功率因数高于0.95（超前），保持各点温升不超限。
8、发电机进相运行期间，各部分温度、温升超过运行限额，手动增加无功负荷。
9、发电机进相运行期间，发电机定子电压、定子电流不能超过运行限额，否则联系调度减少有功。
10、发电机进相运行期间，6kV厂用母线电压不能低于5.9kV，否则停止继续降低无功负荷。
11、发电机进相运行期间，出现失步振荡现象时，应立即增加励磁电流直至迟相运行。必要时减小有功负荷，仍不能拉入同步时，按照值长命令解列机组。
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