對水輪發(fā)電機組進相運行的研究

1、 對水輪發(fā)電機組進相運行的研究 摘要：系統(tǒng)的負荷較少時，過剩的無功功率會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓升高，甚至會超出規(guī)定值，影響電壓質(zhì)量，此時可以將發(fā)電機進相運行，吸收過剩的無功功率，降低電網(wǎng)電壓。本文以某電廠為例，對水輪發(fā)電機組進相運行進行了探討。關(guān)鍵詞：發(fā)電機；進相運行1進相運行的含義和功角關(guān)系發(fā)電機的進相運行是指發(fā)電機向系統(tǒng)發(fā)出有功功率，但從系統(tǒng)吸收無功功率的運行狀態(tài)。發(fā)電機和無窮大電網(wǎng)相連時，端電壓ug恒定。設(shè)發(fā)電機的電勢為e0，負荷電流為i，功率因數(shù)角為。若調(diào)節(jié)勵磁電流if，在ug及p不變的條件下，隨著e0的變化，功率因數(shù)角也發(fā)生變化。當增加勵磁電流時，e0變大，此時負荷電流i，滯后于端電壓ug，功

2、率因數(shù)角滯后，此時發(fā)電機向系統(tǒng)提供有功功率和無功功率，即遲相運行。反之，當減少勵磁電流，使e0減少，功率因數(shù)變成超前，此時發(fā)電機向電網(wǎng)輸出有功功率且吸收無功功率，即進相運行。2水輪發(fā)電機組進相運行的原因以某電廠為例，該電廠裝機5250mw，其中一號廠(以下簡稱老廠)機組編號1號至3號機，二號廠(以下簡稱新廠)機組編號4號至5號發(fā)電機組。2018年該地區(qū)電網(wǎng)500kv線路長度為5132km，其充電功率為5560mvar，充電無功補償度為93，較全補償約有38lmvar的差額。在負荷低谷時段，部分500kv系統(tǒng)向220kv系統(tǒng)下送較多無功功率，且為了平衡500kv電網(wǎng)過剩的無功功率，不僅需要將50

3、0kv變電站的低壓電抗器全部投入，還要求500kv電網(wǎng)部分發(fā)電機組零無功運行甚至進相運行。220kv電網(wǎng)的無功裕度在豐大方式下除了部分地區(qū)不足，其余地區(qū)均有盈余，在豐小、枯小方式下，全部地區(qū)裕度不足，在低谷時段需要投入500kv低壓電抗器、減少220kv機組無功出力甚至進相來平衡過剩無功功率。該電網(wǎng)地區(qū)電壓，在豐大方式下可以控制在220kv及以上，滿足相關(guān)規(guī)定，在豐小、枯小方式下，低谷時段需要500kv機組進相、500kv變電站高低抗投入、地區(qū)機組少發(fā)無功、變電站及時投切無功補償裝置，上限才可以控制在235kv左右。由于電網(wǎng)系統(tǒng)無功過?，F(xiàn)象突出，當系統(tǒng)有功負荷較輕時，會導(dǎo)致北部電網(wǎng)電壓較高，為

4、避免電網(wǎng)無功過剩，系統(tǒng)電壓過高現(xiàn)象，并入北部電網(wǎng)的運行機組大多處于進相運行況，從系統(tǒng)吸收部分無功，滿足系統(tǒng)電壓質(zhì)量要求。3進相運行的約束條件及相關(guān)要求3.1發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定性的限制設(shè)發(fā)電機的直流電抗等于交流電抗，即xd=xq發(fā)電機單機對無限大容量的功率為：進相運行時在輸出功率p恒定的前提下，隨著勵磁電流if的減小，發(fā)電機電動勢e0隨之減小，功率角增大，使靜態(tài)穩(wěn)定性降低。3.2定子端部鐵芯和金屬結(jié)構(gòu)件溫升的限制當發(fā)電機運行時，在端部產(chǎn)生的定子繞組的端部漏磁與轉(zhuǎn)子繞組的端部漏磁通過磁阻形成閉路，該旋轉(zhuǎn)漏磁磁場在切割靜止的定子端部及各金屬結(jié)構(gòu)件時，會在其中感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗使之發(fā)熱。遲

5、相運行時，定子電流是減磁性電樞反應(yīng)，這種發(fā)熱一般是在允許范圍內(nèi)的。而進相運行時，定子電流是助增性電樞反應(yīng)，發(fā)電機定子端部合成漏磁增強，隨著進相功率的增大，合成漏磁逐漸增強，定子端部鐵芯等磁阻較小的部件，因通過的磁通增強，當某部件冷卻不足時，就會出現(xiàn)局部溫升過高的現(xiàn)象，甚至溫升越限。3.3廠用電電壓和系統(tǒng)電壓的限制發(fā)電機機端電壓ug可由下式表示：變壓器的電阻rt遠小于電抗xt，可忽略不計。由上式可知，當系統(tǒng)電壓u恒定、有功功率p不變時，發(fā)電機機端電壓ug的大小主要取決于無功功率qg。發(fā)電機遲相運行時，qg大于0，而發(fā)電機進相運行時，qg小于0，qg將大幅度減小，導(dǎo)致由發(fā)電機機端引出的廠用電電壓也

6、大幅下降。當發(fā)電機電壓不低于額定電壓的95、廠用電電壓不低于額定電壓的90時，可保證大容量廠用電動機的連續(xù)運行。發(fā)電機進相運行時，從系統(tǒng)中吸收無功功率，將導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓下降，如果系統(tǒng)的容量較小或無功儲備不足，還可能導(dǎo)致發(fā)電機機端升壓變壓器高壓側(cè)母線電壓及其他臨近點的電壓低于允許值，從而破壞系統(tǒng)與發(fā)電機的穩(wěn)定運行，甚至引起系統(tǒng)電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。4發(fā)電廠4號、5號發(fā)電機進相運行4.14號、5號發(fā)電機進相試驗4號機試驗結(jié)果為：有功為0mw，進相無功最高為52mvar；有功為214mw，進相無功最高為48mvar；有功為250mw，進相無功最高為42mvar。限制原因均為廠用電低至365v，威脅到

7、廠用電動機的安全運行。5號機試驗結(jié)果為：有功為0mw，進相無功最高為40mvar；有功為200mw，進相無功最高為40mvar；有功為250mw，進相無功最高為30mvar。限制原因也均為廠用電低至365v，威脅到廠用電動機的安全運行。4.24號、5號發(fā)電機進相運行情況4.2.14號、5號發(fā)電機進相運行監(jiān)測記錄4號、5號發(fā)電機進相運行時重要部件溫度的監(jiān)視記錄如表1、2所示。可以看出：4號機期間處于進相運行工況，5號機進相運行；4號最大進相深度為-38mvar時，定子端部最高溫度80攝氏度，5號最大進相深度為-30mvar時，定子端部溫度最高73攝氏度，廠用電電壓最低降至360v，參數(shù)均在正常范

8、圍內(nèi)。4號、5號機經(jīng)實際進相工況運行后，在滿足廠用電系統(tǒng)電壓不低于360v條件下，沒有發(fā)現(xiàn)發(fā)電機因進相運行而出現(xiàn)的其它異常情況，證明發(fā)電機組在上述范圍內(nèi)進相運行是安全的。4.2.24號、5號發(fā)電機進相運行安全控制要點(1)當4號、5號機全停時，母線電壓越限，值班人員立即匯報調(diào)度處理。(2)當4號、5號機開機進相運行，母線電壓按接近高限調(diào)整，盡可能減少機組進相深度。同時注意監(jiān)視定子端部溫度、廠用電母線電壓在允許范圍。(3)當4號、5號機進相運行接近最大深度，母線仍越限，值班人員立即匯報調(diào)度處理，同時監(jiān)視定子端部溫度、廠用電母線電壓在允許范圍。(4)機組定子端部不超過110攝氏度。(5)廠用電電壓不低于365v，低于365v應(yīng)立即降低機組進相深度，匯報調(diào)度。5結(jié)束語發(fā)電機進相運行，既不額外消耗能量又不需要增設(shè)輔助設(shè)備，是調(diào)整系統(tǒng)無功功率和降壓節(jié)能最經(jīng)濟、最方便的方法。但發(fā)電機在進相運行方式下，更需要加強對系統(tǒng)電壓、機端電壓以及廠用電電壓的監(jiān)視，關(guān)注定子端部溫