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同步發(fā)電機進行運行淺析

  摘要:電網(wǎng)上無功變化幅度較大,調(diào)相機及無功補償設(shè)備往往不能滿足其全部需要,為了進一步提高電能質(zhì)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(yīng)該通過試驗獲得,此文將從以上各方面進行詳細闡述。 
  關(guān)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(zhì)量帶來急劇考驗,尤其是220KV及以下網(wǎng)絡(luò),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(yīng)降低,從P-δ關(guān)系看,在有功不變的情況下,功角必將相應(yīng)增大,比值整步功亦相應(yīng)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(diào)節(jié)器性能等因素有關(guān)。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(zhuǎn)速對定子旋轉(zhuǎn)的,其漏磁場的一部分是經(jīng)過定子繞組端部空間,轉(zhuǎn)子護環(huán),氣隙及定子端部鐵芯構(gòu)成磁路的,因此使定子端部鐵芯平面上產(chǎn)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(jīng)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(jīng)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(yīng)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(jīng)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(jīng)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(diào)節(jié)器、發(fā)電機短路比及外阻抗有關(guān)。當發(fā)電機有自動電壓調(diào)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(diào)節(jié)器的類型有關(guān)。如帶復(fù)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(nèi),穩(wěn)定極限功角可超過90度;而機械型電壓調(diào)節(jié)器因有失靈區(qū),只能運行在功角90度范圍內(nèi)。 
  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(shè)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(yīng)在19.5 kV; 
  c) 發(fā)電機定子電流不應(yīng)超過額定值191245 A; 
  d) 發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過額定值4145 A; 
  e) 最大進相無功值不應(yīng)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(nèi)( 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(nèi)。 
  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(diào)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(nèi)。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(diào)整無效時,應(yīng)根據(jù)調(diào)度要求,逐漸減少無功負荷直至轉(zhuǎn)為進相運行狀態(tài),嚴格按著調(diào)度命令調(diào)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(yīng)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(jié)果 
  試驗選取的負荷點是600 MW 、480 MW 、360MW ,勵磁調(diào)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(jié)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(diào)整,和必要的技術(shù)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(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定,在一定程度上節(jié)約電力設(shè)備投資。 
  參考文獻: 
  [1] 李振友,王文棟. 600MW機組進相試驗相關(guān)技術(shù)探討[J]. 河北電力技術(shù). 2008(S1) 
  [2] 嚴偉,陳俊,沈全榮. 大型隱極發(fā)電機進相運行的探討[J]. 電力系統(tǒng)自動化. 2007(02) 
  [3] 吳曉宇. 國產(chǎn)600 MW發(fā)電機組進相運行試驗及分析[J]. 廣東電力. 2006(08) 
  [ 4] 江蘇省電力試驗研究所.江蘇國電常州電廠1 號(2號)發(fā)電機組進相運行試驗報告 
  作者簡介:董志軍(1976-),男,助理工程師、發(fā)電廠電氣高級主管。