摘要：電網(wǎng)上無功變化幅度較大，調相機及無功補償設備往往不能滿足其全部需要，為了進一步提高電能質量，現(xiàn)代大型同步發(fā)電機組都具備一定的進相運行能力。進相運行過程中，往往會受到靜穩(wěn)定特性、機端磁通發(fā)熱、廠用電壓降低等條件的制約，給安全運行帶來一定的危害，因此每臺機組的進相深度應該通過試驗獲得，此文將從以上各方面進行詳細闡述。
關鍵詞：同步發(fā)電機、進相、靜穩(wěn)定、安全。
1 引言
近些年來，隨著電網(wǎng)容量的增加及負荷中心的分布密集，網(wǎng)上有功不斷增加的同時，無功負荷也有所增加，然而，無功用戶多為工業(yè)用電，具有明顯的時段性特點，如夜間和節(jié)假日時段的需求就會大大降低，這種大幅度的變化將給電能質量帶來急劇考驗，尤其是220KV及以下網(wǎng)絡，將出現(xiàn)大量剩余的無功，此時就需要發(fā)電機進相運行來吸收網(wǎng)上多余的無功，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。這種吸收無功的能力會受到各種條件的制約，本文將逐一闡述。
2 同步發(fā)電機進相運行
發(fā)電機正常運行時，向系統(tǒng)提供有功的同時還提供無功，定子電流滯后于端電壓一個角度，此種狀態(tài)即遲相運行。當逐漸減少勵磁電流使發(fā)電機從向系統(tǒng)提供無功而變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無功，定子電流從滯后而變?yōu)槌鞍l(fā)電機端電壓一個角度，此種狀態(tài)即進相運行。
3 進相運行的制約條件
3.1靜穩(wěn)定特性的影響
同步發(fā)電機進相運行時較遲相運行狀態(tài)勵磁電流大幅度減少，發(fā)電機電勢Eq亦相應降低，從P-δ關系看，在有功不變的情況下，功角必將相應增大，比值整步功亦相應降低，發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定性下降。其穩(wěn)定極限與發(fā)電機短路比，外接電抗，自動勵磁調節(jié)器性能等因素有關。當同步發(fā)電機勵磁降低，要維持有功出力的不變，功角將逐漸增大，當功角大于90°時，有功的變化將隨著功角的增加而降低，進入了不穩(wěn)定區(qū)域，進入失磁及異步狀態(tài)，嚴重影響機組安全。
3.2發(fā)電機定子端部件溫度的限制
定子繞組端部的漏磁場也是以同步轉速對定子旋轉的，其漏磁場的一部分是經過定子繞組端部空間，轉子護環(huán)，氣隙及定子端部鐵芯構成磁路的，因此使定子端部鐵芯平面上產生渦流而發(fā)熱，此外，勵磁繞組緊靠護環(huán)，因此它的漏磁場主要經護環(huán)閉合，當進相運行時，由于勵磁電流減小勵磁繞組端部漏磁場減弱，于是護環(huán)的飽和程度下降，減小了定子端部漏磁場所經過磁路的磁組，從而使定子端部漏磁場增大，鐵損加大，致使定子端部鐵芯嚴重受熱。
3.3定子電流的限制
發(fā)電機不論發(fā)出有功還是無功，其最終都要受到額定容量的限制，而額定容量具體表現(xiàn)為有功P與無功Q的向量和，即視在功率S=P+Q，表示為電流最大值同樣是有功分量和無功分量的向量和，因此，無論任何情況之下，哪怕有功很低，當無功量較大的情況下，發(fā)電機定子電流同樣會出現(xiàn)超限的現(xiàn)象，是進相時的限制條件之一。
3.4廠用電電壓的限制
進相運行時，隨著勵磁電流的降低，發(fā)電機端部電壓會明顯降低，廠用電電壓也相應降低，此時輔機出力將受到嚴重影響，電壓的降低將勢必造成電流的增加，以致超出額定，經驗證明，廠用電電壓如果超出10%，就會影響廠用電安全運行。
綜上所述，發(fā)電機進入進相運行時，其自身靜態(tài)穩(wěn)定性能下降，并且由于漏磁的影響，將嚴重引起發(fā)電機端部發(fā)熱。這兩項限制是發(fā)電機進相深度重要依據(jù)，相比定子過流和廠用電壓的降低更加抽象和難于監(jiān)視，每臺發(fā)電機出廠時都配有P-Q出力曲線，如圖3-1：
圖：3-1 隱極同步發(fā)電機安全運行極限
這是典型的發(fā)電機出力限制曲線，同時包括進相時的發(fā)熱限制，從理論上講，靜態(tài)穩(wěn)定極限為δ=90度，即MH直線，但考慮到10%的過負荷能力，留有一定的安全儲備，其實際靜態(tài)穩(wěn)定極限為圓弧BF。實際上，大部分發(fā)電機都是經過變壓器和線路接入電網(wǎng)的，故還須計及這些元件的電抗。進相運行時的允許出力（即靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)）與自動電壓調節(jié)器、發(fā)電機短路比及外阻抗有關。當發(fā)電機有自動電壓調節(jié)器時，其靜態(tài)穩(wěn)定極限可以擴大，但擴大的范圍與自動電壓調節(jié)器的類型有關。如帶復式激磁的電磁式電壓校正器，可是發(fā)電機運行在人工穩(wěn)定區(qū)內，穩(wěn)定極限功角可超過90度；而機械型電壓調節(jié)器因有失靈區(qū)，只能運行在功角90度范圍內。
4 進相運行試驗
發(fā)電機的進相深度，受到種種條件的制約，特性不同，出力情況不同，為了機組安全，每臺發(fā)電機的進相能力，必須通過試驗驗證，不能盲目進相運行，避免造成系統(tǒng)振蕩及發(fā)電機設備損壞。
4.1試驗運行條件
a） 6 kV 母線電壓維持在不低于5.8 kV；
b） 發(fā)電機端電壓應在19.5 kV；
c） 發(fā)電機定子電流不應超過額定值191245 A；
d） 發(fā)電機轉子電流不應超過額定值4145 A；
e） 最大進相無功值不應該超過廠家給出的邊界值；
f） 發(fā)電機（ 相對于系統(tǒng)等值機） 最大功率角不超過70°；
g） 發(fā)電機冷卻系統(tǒng)工作正常， 各部溫升在正常范圍內（ 如： 在正常氫壓時， 定子鐵心溫度不大于120 ℃ ， 定子繞組溫度不大于85℃ ）；
h） 汽輪發(fā)電機組軸系振動在正常范圍內。
4.2試驗注意事項
a） 發(fā)變組所有保護必須投入，升壓站、勵磁系統(tǒng)為正常運行方式。
b） 為了防止機組在進相運行時無功擺動較大，機組的有功負荷不得低于額定負荷的50%。
c） 發(fā)電機的微機自動勵磁調節(jié)器低勵限制性能良好，并且能滿足發(fā)電機的最大進相深度和機組穩(wěn)定運行時的要求。
d） 發(fā)電機的定冷水系統(tǒng)、氫系統(tǒng)運行正常，各溫度、流量、壓力在正常范圍內。發(fā)電機各部溫度測點回路正常，表計指示正確并不超限。運行人員必須熟悉發(fā)電機各溫度測點的位置以及溫度的限額。
e） 在正常情況下，發(fā)電機的功率因素在滯相0.98以下。如系統(tǒng)電壓過高，調整無效時，應根據(jù)調度要求，逐漸減少無功負荷直至轉為進相運行狀態(tài)，嚴格按著調度命令調整進相值。（但不得超過試驗進相深度）
f） 在進相運行時，發(fā)電機的定子電壓應不低于額定值的95%。
g） 為保證廠用電系統(tǒng)有可靠的備用電源，在進相運行時廠用電仍由工作電源供電，并且工作分支電壓不低于額定值的95%，若低于此值則減少進相值，滿足廠用電的要求。
h） 進相過程中專人監(jiān)視發(fā)電機各點的溫度，不得超限運行。
4.3試驗結果
試驗選取的負荷點是600 MW 、480 MW 、360MW ，勵磁調節(jié)器工作在自動方式下。試驗過程中，各負荷點最終進相工況受廠用系統(tǒng)電壓限制的影響。根據(jù)試驗過程數(shù)據(jù)，2臺600MW機組在網(wǎng)運行，允許的進相深度如下：
5 結論
同步發(fā)電機具有一定的進相運行能力，盡管受到穩(wěn)定性、溫度以及機端電壓等條件的制約，但是只要我們通過科學的試驗，合理的調整，和必要的技術措施一定能夠安全掌控發(fā)電機的進相運行能力，進而既能讓發(fā)電機本身特性得以充分、合理利用，提高電網(wǎng)供電質量和系統(tǒng)穩(wěn)定，在一定程度上節(jié)約電力設備投資。
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作者簡介：董志軍（1976-），男，助理工程師、發(fā)電廠電氣高級主管。
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