对广东电网开展发电机进相运行若干问题的剖析

第一篇：对广东电网开展发电机进相运行若干问题的剖析

对广东电网开展发电机进相运行若干问题的剖析

陈迅 吴晓宇 陈群

摘 要：当前，在广东电网开展发电机进相运行工作中一些人对进相运行的机理不太清楚，认识上存在误区。针对这种情况，对发电机稳定运行区域进行了探讨，并对进相运行与失磁失步、进相运行与定子铁心端部过热、进相运行与自动励磁调节器等关系作了分析。对厂用电电压的限制问题及进相运行的安全措施也作了讨论。最后得出了发电机进相运行是一种安全正常工况的结论，并且认为投入进相运行的难点不在于技术，而在于人的思想认识。

关键词：发电机；进相运行；稳定运行；失磁失步；定子铁心；工况 分类号：TM714.2 文献标识码：A 文章编号：1007-290X(2000)01-0001-04 Analysis on several problems in carrying out generator under-excitation operation

CHEN Xun（Guangdong Power Test & Research Institute, Guangzhou 510600, China）

WU Xiao-yu（Guangdong Power Test & Research Institute, Guangzhou 510600, China）

CHEN Qun（Hubei Power Investigation & Design Institute, Wuhan,Hubei 430022, China）

Abstract：The under-excitation operation of power generators is difficult to carry out in Guangdong power grid due to some misunderstanding on it.Therefore, the stable operational region of generators is discussed along with the analysis on relationship between under-excitation operation and loss of excitation/synchronism, end temperature rise of stator-core,and automatic excitation regulators etc.The restrictive effect of auxiliary power voltage and the safety measures of under-excitation operation are also included.It is concluded that generator under-excitation operation is a stable and normal behavior, and the difficulty of its carrying-out does not lie in technology but in people’s understanding.Key words：generator;under-excitation operation;stable operation;loss of excitation /synchronism;stator-core;working conditions▲

目前，全国各个省(区)都已广泛地开展了发电机进相运行工作，并积累了大量的经验。但是，一方面教科书上对进相运行往往缺乏系统的介绍，另一方面人们在思想上对此认识不足，使得已在生产中实际应用的机组却为数不多。最成功的当属华中电网，在那里超过了9 GW的统调机组中约有70%已完成进相运行试验，并由调度管理部门下发了文件，随时可根据电网运行的需要和调度的指令进相运行。

近年来，广东电网电压普通偏高，无功功率过剩，开展发电机进相运行是解决此问题的最佳经济选择和技术选择。但由于部分人对发电机进相运行的机理不太清楚，致使思想认识上存有误区，盲目地害怕进相运行，从而使该项工作的开展遇到了一些阻力。鉴此，笔者就人们思想上的一些模糊认识，展开分析讨论。发电机稳定运行工况

隐极同步发电机运行容量图见图1。

图1 隐极同步发电机运行容量图

为以转子额定电流AB为半径所做圆弧，代表了转子电流对发电机出力的限制：。为简化起见，这里以不计系统电抗Xs为例进行说明。

曲线为所允许的最小励磁电流限制线，通常取额定励磁电流的10%。在机组进相运行时，由于电枢反应的助磁作用，必然会导致定子铁心端部温度升高，限制进相深度，弧线

(1)

可见，当发电机失步后，转子将加速。由(1)式可知转差S越大，则Mas越大，从而Pas越大。与此同时发电机的调速器为保持转速恒定也将动作减少原动机出力Pm，当下降的 Pm与上升中的Pas相等时，发电机就将结束暂态异步运行而进入稳态异步运行阶段。2.3 稳态异步运行阶段

稳态异步运行的特点是Pm与Pas相等，不平衡转矩为零，因此发电机仍然可以稳定地输出有功功率，但却从系统吸收大量的无功功率，而且转子以一个稳定的滑差Sk高于定子旋转磁场的转速运行。

因汽轮发电机的Xd、X′d、X″d之间和Xq与X″q之间差值较大，故由(1)式可知其异步转矩也较大，可较快进入稳态异步运行阶段。

对于无阻尼绕组水轮发电机，由于X″d＝X′d，X″q＝Xq，由(1)式可知，其转矩中M″d和M″q为0，Mas较小，要经过较长的暂态运行时间产生较大的转差后，才能进入稳态异步运行。对于有阻尼绕组水轮发电机组，其特性介于前两者之间。2.4 失磁导致失步后的处理

一般刚开始失步时立即加励磁，发电机可以马上拉回同步。如失步已久，则需减少有功功率输出并经多次滑极才可拉回同步。广东省电力试验研究所曾做过动模试验，验证了这一点；东北电网也曾有靠增加励磁将一台刚失步的运行机组拉回了同步；根据华中电力试验研究所对隔河岩300 MW 水轮机组进行计算的结果显示，在该机组处于额定功率时进相176 Mvar情况下，完全失磁后5 s内迅速恢复励磁，机组可避免失步。如出力减小到160 MW 而进相无功功率为189 Mvar时，在失磁后18 s内重加励磁仍可避免失步。

对于与系统联系较强的汽轮发电机组，当系统无功功率充裕时，一般在失磁失步后首先应迅速降低有功功率，使其较快地通过暂态异步运行而进入稳态异步运行，减小对系统和机组本身的冲击。其次应尽快恢复励磁，使其早些恢复同步运行。如系统无功功率缺乏或机组制造上受温升限制时，则应考虑快速或经一延时来切机。水轮机组因构造上的特点，易产生大滑差、大电流而过热，加之启停也比较容易，故一般在失磁后，多采用切机措施。

需指出的是，实际进相运行时的限制区域设置往往与稳定边界之间保留有足够的裕度，以防止发电机失步。即使由失磁引起失步，其对系统的冲击也远小于有正常励磁时发生失步的情况。3 定子铁心端部温升与进相运行的关系 3.1 进相运行导致温升增加的内因

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，其大小与定子绕组的结构、端部的结构和转子护环中心环、风扇的材料、尺寸与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结构件时，就会在其中感应涡流和磁滞损耗，引起发热。特别是定子端部铁心、压指、压板等磁阻较小的部件，因通过的磁通非常多，当局部冷却强度不足时，就会出现局部温升过高的现象。

当发电机由迟相运行向进相运行方式变化时，端部合成漏磁通将随之显著增大，端部元件的温升也将显著升高，甚至越限，成为限制进相运行的条件之一。3.2 进相运行与温升限制的说明

1989年《电力系统电压和无功电力技术导则(试行)》已规定新机组应具有规定的进相运行能力

［1］，也就是说在制造上应考虑能耐受此时的温升。90年代及以后出厂的新机组，制造厂一般已从结构上作了改进，说明书中一般已注明可满足进相运行的要求。对于厂家说明书中未做此项说明的(许多老机组均属此类)，应按《发电机运行规程》第47条通过试验来确定其可进相的深度。4 投入自动励磁调节器与进相运行的关系

自动励磁调节器并不是进相运行的必要条件，但却可使功角特性的电磁功率幅值显著地增大，使稳定极限扩大到“人工稳定区”——即θ>90°的区域。从稳定的角度来说大大地提高了进相能力。调节器的性能越好，整定得好，则稳定极限便越大，进相运行的深度就越深。5 厂用电电压的限制问题

这是一个规程中未特别提到而在实际进相运行中又常常起到主要限制作用的因素。华北的大同电厂、华中的隔河岩电厂等均如此。设某单元机组接线如图2所示，则以标幺值表示的机端电压可近似由下式表示：

(2)

图2 单元机组

通常变压器的电阻RT远小于电抗XT，可忽略不计，而系统电压U 相对波动不大。由(2)式可知，UG的大小主要取决于QG的变化。通常发电机都是按迟相运行设计的，此时QG>0，故当进相运行使QG<0时，由(2)式可知，UG将大幅度下降，故由此接出的厂用电电压也将大幅度下降，其允许电压下限就成为进相运行的限制值。进相运行与失磁保护的配合考虑

失磁保护一般是由静稳边界条件加上一个裕量来整定的，它是否与所需的进相运行相匹配需经过试验来确定。进相运行的安全措施

一则由于机组在设计时一般均未考虑到进相运行，二则进相运行时所受到的限制因素有多种，而且在不同方式条件下，起作用的因素也不同，这就决定了进相深度的限制判据应是由多种因素组成的综合判据，由于这种判据比较复杂，运行人员难以掌握，故一般常采用在线监测仪来自动完成对有关量的监测和报警。例如广东省电力试验研究所开发出的发电机进相运行在线监测仪就可较好地完成该项任务。

此外，机组还应事先经过系统而全面的试验以验证其一、二次设备对进相运行的适应性后，才可正式投入进相运行。8 结论

a)当前电网普遍存在电压高、无功功率过剩的问题，利用发电机的固有进相运行能力，则是解决该问题的最佳经济选择与技术选择。

b)发电机进相运行是一种安全正常的工况，其进相深度受到多种因素的限制，不同的工况、机型和安装地点，起作用的因素也不同。

c)目前运行机组在设计上均未考虑进相运行，故拟开展进相运行的机组应安装进相运行在线监测装置，并经过专门试验检验。

d)当前机组实际投入进相运行的难点不在于技术，而在于有关人员思想认识。另外，要顺利开展此项工作，还必须有运行管理部门的实质性介入。■

作者简介：陈迅(1958—)，男，湖南安仁人，高级工程师，工学硕士，研究方向为高压直流

输电。

作者单位：陈迅（广东省电力试验研究所，广东 广州510600）

吴晓宇（广东省电力试验研究所，广东 广州510600）

陈群（湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉430022）参考文献：

［1］SD 325—1989，电力系统电压和无功电力技术导则(试行)［S］