1、发电机进相运行相关问题探讨徐新江 （神华河北国华沧东发电有限责任公司, 河北 沧州 061113）【摘要】：发电机进相运行已成为各地电网限制大型发电机并网运行的必备条件，进相问题越来越受到发电公司的重视，本文以沧东电厂的 600MW 发电机组进相试验实例，对发电机进相运行相关技术问题进行了阐述与探讨。【关键词】：进相运行 静态稳定 低励限制 失磁保护 1 引言随着电力系统的不断发展，装机容量的不断增加，高电压和远年距离输电线路的大量投产，使得电力系统的无功也日益增大，出现了部分地区电网无功过剩，电网电压居高不下，有时甚至超过线路额定电压的10%以上，超出了相关标准。因此，吸收电网的多余无功，降
2、低偏高电网的电压成为一项重要的工作。常用的手段一般有在电网中安装调相机、并联电抗器和使发电机组进相运行。从调相和调压的角度看前两者的投资太大，相对投资较小的并联电抗器也有上千万人民币。而发电机进相运行只需利用发电机本身内藏的固有能力就能达到高质量的要求。沧东发电厂处于河北南网末端，母线电压偏高，220kV系统平均电压为230.5kV，1号发电机端电压长期运行在20.4kV左右，发电机功率因数在0.970.99之间，发电机长期高功率因数运行，如果机组没有进相能力，对电网波动非常敏感，抵抗力大大下降，严重影响机组和系统的安全，所以沧东电厂1号机组进相运行试验势在必行。1号发电机参数：型号：QFSN
3、-600-2 额定容量：667MVA 额定功率：600MW功率因数：0.9 Xd=20.5% Xd=26.5% Xd =215.5%2发电机静态稳定的问题众所周知，在正常运行的情况下，同步发电机的机械输入功率与电磁输出功率是保持平衡的，同步发电机以同步转速运转。用功-角特性表示为：当无励磁调节时，最大输出功率 P 称为静态稳定功率极限，判别式为P/0 或者900 ，当 900 ，发电机将失步。当有励磁调节时，功率曲线特性增加了所谓的人工稳定区，最大功率值不再是出现在 =900 ，而是 900 。部颁电力系统安全稳定导则定义，按功角判据计算的静态稳定储备系数定义 Kp%应满足15%-20%，在事
4、故后运行方式和特殊运行方式下也要满足 Kp%10%，进相运行就属于特殊方式，所以进相运行是要牺牲一定稳定裕度的。一般为 700，保守的我们进相运行把功角控制在65 0以内。2 进相运行电气参量的计算为了安全进行进相试验，防止功角过大影响机组的安全稳定运行，在试验前有必要对发电机的进相值进行估算。根据电机学原理，在忽略电枢绕组电阻的情况下，隐极发电机有如下公式：在这里 U 取发电机机端电压，而 Xd 同步电抗一般给出的是常数，但随着磁场的饱和 Xd 随之减小，电机厂通过空载和短路试验测出的不饱和值也只要求与设计值误差 15%以内. 一般误差都在 10%-15%以内，我们用 10%来计算不同 P、
5、 Q 下的值，发电机同步电抗的有名值Xd=2.17*202/667=1.23 乘以 0.9 为 1.18 ，将其和发电机额定电压 20kV 代入公式， 角控制在 650 为依据，进相无功计算结果见表一： 表一：P（MW） 理论值 Q（MVAR） （ 0） 制造厂 P-Q 图 Q 值300 -198.4 65 -310400 -151.7 65 -290500 -105.1 65 -260600 -58.4 65 -220与电机厂出厂 P-Q 图允许值相比 =65 0时无功 Q 理论计算值满足要求。发电机 P-Q 图3 机端、厂用电压限制问题沧东公司 1 号机组为单元接线，机端电压标么值 Ug
6、可表示为Ug=Us+ Pg*Rt+Qg*Xt/Ug Rt ，Xt变压器的电阻、电抗Us系统电压Pg，Qg发电机有功、无功功率通常变压器的电阻 Rt 远远小电抗 Xt 值，可忽略不计，而系统电压 Us 相对变化不大，所以由上式可知 Ug 的大小取决于发电机无功 Qg 的变化，通常发电机是按迟相运行设计的，即 Qg 大于零，进相运行时 Qg 小于零，机端电压显著下降，实验结果表明，沧东电厂 1 号机组进相运行限制的主要因素就是机端电压限制。试验结果见表二表二：试验数据对比P（MW） Q（MVAR） 实测（ 0） （计算值） 机端电压20kV厂用 6kV 厂用 380V300 -77.9 45 49
7、 19.00 5.79 360400 -68.6 54 56 19.00 5.78 359500 -58.7 62 61 19.00 5.83 359600 -32.5 63 63 19.00 5.76 355低励限制整定值：P=0 Q= -77MVarP=25% Q=-77MVarP=50% Q=-77MVarP=75% Q=-52MVarP=100% Q=-24MVar注：1 号机组励磁调节器采用的瑞士 ABB 公司的 UNITORL 5000，低励限制整定值是按 P= 0，25%，50%，75%，100%整定的多折线。#1机 低 励 限 制 曲 线-90-80-70-60-50-40-3
8、0-20-1000 0.2 0.4 0.6 0.8 1横 轴 为 有 功 （ PN）1为 进 相 深 度 曲 线 ， 2为 低 励 限 制 整 定 曲 线无功（mvar）系 列 1系 列 2从进相深度的结果看，受厂用电电压的限制最大进相深度为 80MVAR，但有人提出这不是发电机真正进相的能力，应该把厂用电倒到备用电源进行试验，个人认为没有此必要，发电厂发电机的进相是按照调度要求并统一执行方式的，调度是按照正常运行方式下达指令的，调度也不要求必须要倒厂用电进行进相试验，所以作为我们电厂大可不必。4 温升问题进相运行发电机端部温升会显著增加，当发电机进相运行时，原来起到去磁作用的电枢反映将会逐渐
9、减弱并向增磁方向变化，铁芯中的磁场密度将会显著增加，漏磁通显著增大，特别是端部的合成漏磁通也显著，端部铁芯元件的温升也将显著升高，比其他部位温升要高。发电机的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，其大小与定子绕组的结构、端部的结构和转子护环中心换、风扇的材料、尺寸及位置等发电机制造工艺有关。该旋转漏磁通磁场在切割静止的定子端部各金属构件时，就会产生涡流和磁滞损耗，引起发热。下面是进相时测得的温升：表三：有功 P测试点（） 300MW 400MW 500MW 600MW发电机绕组温度 52 59 62 68发电机铁芯温度 67 74 78 79定子水出水
10、42 43 44 45定子水出水 46 51 55 60可以看出，不同 P 值下进相时温度变化明显上升，但温升最高点温度远远低于标准规定值。5 低励与失磁保护配合问题沧东电厂发变组保护采用的是美国 beckwith 公司生产的 M-3425A 型，失磁保护采用常见的静稳圆、异步圆判据原理。低励限制和失磁保护，在动作程序上低励限制应先于失磁保护动作，为此，两者之间存在定值配合的问题。失磁保护一般是在（R-X）阻抗圆平面进行整定的，而低励限制是在（P-Q）平面进行计算的。为正确协调和反映两者间的参数配合关系，现将阻抗静稳圆归算到 P-Q 同一平面上。把系统阻抗折算到 20KV 侧一次有名值（取最大
11、系统阻抗 0.34）：Xs=0.034*202/100=0.136把发电机阻抗折算到 20KV 侧一次有名值（Xs=2.15）Xd=2.15*202/667=1.23计算失磁保护静态稳定阻抗圆的圆心和半径为：圆心： O1=（0.136-1.23）/2= -0.547半径： R1=（0.136+1.23）/2= 0.683则圆的方程可表示为：R2+（X+0.547） 2=0.6832 即： 1/0.17（R+2 X 2）+6.47X-1=0考虑到：， ，化简后可得：2XRZIUXIUsin5.88*U4+6.47* U3*ISin- U 2 I2=0将 P=U*ICos，Q=U*ISin 代入公
12、式整理的：P2+（Q-3.235U 2） 2=（4.054U 2） 2将发电机出口电压 20kV 带入方程可化为：P2+（Q-1294） 2=（1621） 2由方程绘图如下：（P-Q）图中圆内为静态稳定区域，低励限制 P-Q 曲线见下图。静 态 稳 定 圆 低 励 限 制 与 失 磁 保 护 配 合 图 示从图中可以看出，励磁系统中的低励限制曲线在发电机静态稳定圆内。当发电机进相运行时，如果发电机励磁电流降低较多时，首先由励磁系统中的低励限制单元动作，将发电机励磁电流限制在一定范围内。如发电机励磁电流继续降低，发电机失去静态稳定，机端测量阻抗首先先进入静态稳定圆，再进入异步边界圆后失磁保护动作
13、，由失磁保护动作切除发电机。所以1 号机组低励限制和失磁保护得到了很好的配合。6 励磁调节器手动时进相问题手动运行方式下，励磁电流恒定，当增加发电机出力时，如果运行人员手动调节励磁没有跟上，就会造成机端电压下降，发电机减磁，从而加快失步的速度。所以励磁手动运行时，运行人员应加强监盘，及时不断进行无功调整，AGC 自动加减负荷功能最好退出。7 进相运行时对热工保护和甩负荷试验的要求为了安全起见，机组要在完成了甩负荷试验并且正确整定和投入了各种热工保护后，才能进行进相试验。8 结束语当前，利用发电机固有进相运行能力来解决电网无功过剩、电压偏高的问题是最佳的经济和技术的选择，进相运行是一种安全、可靠
14、灵活的运行工况，其进相深度虽受各种因素的限制，沧东电厂通过试验确定出机组进相深度，结合 P-Q 曲线、失磁保护，合理整定低励限制曲线，依据试验结果编写机组进相运行规程，进相运行必将对吸收电网过剩无功、控制电压偏高方面做出应有的贡献。参考文献：1王维俭 电气主设备继电保护原理与应用 第二版 2005 年2李基成 现代同步发电机励磁系统设计及应用 2002 年作者简介：1作者简介：徐新江，1976 年出生，男，工程师，本科学历，神华河北国华沧东发电有限责任公司生产技术工作。2 联系方式：河北省沧州市黄骅港开发区神华国华沧电生产技术部，电话：0317-5765200，邮箱：,邮编：061113。a)
