汽輪發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行

1、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活離不開電力。電力部門不僅要滿足用戶對電力數(shù)量不斷增長的需 要。而且也要對電能質(zhì)量滿足要求。如同其它產(chǎn)品一樣。電能也是具有質(zhì)量優(yōu)劣之分的。電 壓是電能的直要指標(biāo)之一。 超出一定范圍的電壓會對電力用戶及電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來不 良的影響。隨著電力體制改革的逐步深入電力企業(yè)逐步實行商業(yè)化運(yùn)營。為滿足電力供應(yīng)的同時，必須為用戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的電力，以適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。現(xiàn)負(fù)荷另一最大的特點為峰谷差越來越大。電力系統(tǒng)的電壓高低和無功功率的平衡情況有關(guān)。無功功率欠缺時，電壓水平降低，無功功率有剩余時，電壓就會上升。在節(jié)、假日或 后夜低負(fù)載時，有可能出現(xiàn)無功功率過剩以致電壓

2、升高超出容許范圍的情況。這個問題隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展的不斷發(fā)展，大型機(jī)組，長距離超高壓輸電線路及供電電纜線路的大量增加，必將更趨嚴(yán)重。為把電壓降低到容許范圍內(nèi)。可以在變用站等調(diào)相機(jī)或在線路上裝設(shè) 并聯(lián)電抗器，但要增加額外的投資。如果利用發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行來吸收系統(tǒng)處時的無功功率， 則既可以節(jié)省投資，也比較方便。從理論上講，發(fā)電機(jī)本身是可以進(jìn)相運(yùn)行的。所謂進(jìn)相，即功率因數(shù)是超前的，發(fā)電機(jī) 的電流超前于端電壓，此時發(fā)電機(jī)仍向系統(tǒng)還有功功率，但吸收無功功率，勵磁電流較小， 發(fā)電機(jī)處于低勵磁情況下運(yùn)行。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時， 我們主要應(yīng)注意兩問題：靜態(tài)定性降低；端部漏磁引起定子端部溫度升高。下面分析解析以上

3、兩個問題。一、靜態(tài)穩(wěn)定性降低。發(fā)電機(jī)的輸出有功功率 Pdc和功角S的關(guān)系為：Pdc=m UE)/Xd sinS，這里，發(fā)電機(jī) 的定子電勢Eo，與勵磁電流Il有關(guān)，Il大，貝卩Eo大，J 小;則Eo小。假定發(fā)電機(jī)原來在 遲相情況下運(yùn)行，對應(yīng)的功角特性為圖中的曲線 1。此時勵磁電流Ili所對應(yīng)的電熱為Eoi，則線的幅值為Pdci=m U - Eoi/Xd。在輸出有功功 率為Pi時，運(yùn)行點為ai，所對應(yīng)的功角為S |。現(xiàn)降低功磁電流，使發(fā)生電機(jī)在低勵磁Il2時的進(jìn)相狀態(tài)下運(yùn)行，此時與IL2對應(yīng)的電勢為Eo?，對應(yīng)的特性為曲線 2，共幅值為Pdc2=m U- Eo2/x do在輸出有功功率不變的情況下

4、，運(yùn)行點變?yōu)閍2,所對應(yīng)的功角為 S 2。顯然，S 2> S 1,進(jìn)相時S角更接近90°易失去穩(wěn)定。如果發(fā)電機(jī)經(jīng)過變壓器和長輸電線再 連到系統(tǒng)母線上，靜態(tài)穩(wěn)定性將進(jìn)一步降低。從發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定出發(fā)，可以根據(jù)計算或試驗得出。有自動調(diào)整勵磁裝置的發(fā)電機(jī)，進(jìn)相對容許出力要大一些。二、端部漏磁引起定子端部溫度升咼。定子端部溫度升高，主要指的是定子邊段鐵芯齒部、齒壓板、壓圈等端部中溫度升高。它是端部漏磁增加所引起的。發(fā)電機(jī)端部的漏磁是由定子繞組端部漏磁和轉(zhuǎn)子繞組的端部漏磁合成的。它的大小，與發(fā)電機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)端部部件所用材料，氣隙大小等因素有關(guān)，還 與定子電流的大小和功率因數(shù)等因素有關(guān)。

5、端部漏磁場的分布是比較復(fù)雜的。在電機(jī)的槽部，實際上可以認(rèn)為只有磁通密度的經(jīng)向分量，而端部則包括磁通密度的經(jīng)向分量，軸向分量和切向分量。不過，定子端部邊段缺芯 的損耗和溫升，主要與磁通密度的軸向分量有關(guān)。因為這個分量沿垂直方向穿入邊段鐵芯， 齒壓板和壓圈，會在這些部件中感應(yīng)渦流。并產(chǎn)生渦流、磁滯損耗。因此，定子鐵芯或電磁 性材料制成的壓圈，轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)等部分就會通過相關(guān)大的漏磁通。因為端部漏磁場和主磁場一樣，在空間也是以同步速旋轉(zhuǎn)的，它對定子有相對運(yùn)動，故在定子端部邊段鐵芯、齒壓板、 壓圈等部件中就產(chǎn)生損耗并使之發(fā)熱。當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時，端部的發(fā)熱變得更加嚴(yán)重。因為，定子繞組端部漏磁通和轉(zhuǎn)子繞組端部

6、漏磁通的合成是相量相加，當(dāng)定子電流和端電壓相位由落后變?yōu)槌皶r，合成磁勢就會變大。我們可借用分析主磁場的簡化向量圖來分析。圖為隱極或同步發(fā)電機(jī)的電勢、磁勢簡化向量圖。A是功率因數(shù)滯后的，B是功率因數(shù)超前的。向量圖一部分說明發(fā)電機(jī)母線電壓U加上同步電抗上的壓降 jix d等于電勢E。向量圖的另一部分由 F。、Fs、F組成的是磁勢圖，它是和電勢向量圖相對應(yīng)。Fo是轉(zhuǎn)子繞組流過勵磁電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁勢，它的磁場在定子澆組里感應(yīng)電勢E0，Eo比Fo落后90 °。Fs是定子繞組流過定子電流所產(chǎn)生的定子磁勢，它的磁場在定子繞組中適應(yīng)電樞反電勢Esd、Esd比Fs落后90°。F則是Fo和F

7、s向一相加的合成磁勢，它在電路里對應(yīng)的則是端電壓U由圖中不難看出，當(dāng)Gs©滯后時，F(xiàn)o和Fs相加之后，合成的磁勢F變??；而當(dāng)Cos©超前時， Fo和Fs相加之后，合成的磁勢 F變大。這可以粗略地看出，前者定子磁勢對轉(zhuǎn)子磁勢是去 磁的，后者是助磁的。雖然在端部，定子和轉(zhuǎn)子的漏磁磁路不同，磁勢產(chǎn)生磁通的效果與主 磁場的不同，但去磁和助磁的作用，與主磁場的情況是相似。為了進(jìn)一步分析當(dāng) Cos©改變對子端部漏磁通的影響?？捎上聢D進(jìn)一步理解。圖（a）是磁勢向量圖。圖（b）是表示由這些磁勢產(chǎn)生的端部漏磁通量值大小的示意圖。假定定子磁勢引起的端部漏磁通為© ds ,取

8、一定的比例尺就可用 AC表示，而轉(zhuǎn)子磁勢產(chǎn)生的進(jìn)入定子端部區(qū)域的漏磁通，由于需經(jīng) 過磁阻較大的氣隙，其量較小故用轉(zhuǎn)子全部漏磁通的一部分© do表示，在AB線上截取一段AD入AB代表它（入1）。于是，整個定子端部區(qū)域的合成漏磁通© dh為上述二個向量相加，假設(shè)發(fā)電機(jī)端電壓不變，于是合成磁勢F不變，即圖中的BC不變；又設(shè)定子電流不變，于是定子磁勢Fs也不變，即圖中的AC不變。僅改變勵磁電流，即改變轉(zhuǎn)子磁勢 Fo時。如圖（C）, 則A定的軌跡應(yīng)是以 C點為圓心AC為半經(jīng)的圓。D點的軌跡也是一個圓，其圓心在 o點半 經(jīng)為OD O點是由點作平行于 AC的OD使之與BC相交而得。由圖中

9、可以看出，Cos© =1時, 合成的漏磁通比 Cos ©滯后時的大，Cos ©超前時，比Cbs©滯后時的合成漏磁通更大，即CD2>CD>CD.這從理論上說明了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時端部漏磁會增加并導(dǎo)致定子端部溫度升高 為了減少端部漏磁場大型機(jī)組護(hù)環(huán)采用了非導(dǎo)磁合金鋼材料.所以護(hù)環(huán)對定子端部發(fā)熱影響這里不在多述。Cb)據(jù)我國的某些電廠對汽輪發(fā)電機(jī)的進(jìn)相檢驗得知，進(jìn)相時定子端部的溫升分布是不均勻的，汽輪發(fā)電機(jī)的端部最高溫升往往出現(xiàn)在壓圈上。對于大多數(shù)發(fā)電機(jī)來說，在靜態(tài)穩(wěn)定的限額內(nèi)運(yùn)行時，定子端部發(fā)熱是不嚴(yán)重的。京能電廠的；四臺發(fā)電機(jī)均為QFSN-200

10、-2型二極三相汽輪發(fā)電機(jī)， 采用封閉式自循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)，定子繞組及引出線采用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷。定子鐵芯和其它結(jié)構(gòu)采用氫表面冷卻。機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子兩端帶軸流式風(fēng)扇。沿轉(zhuǎn)子軸向分為九個風(fēng)區(qū)，四個冷風(fēng)區(qū)，五個熱風(fēng)區(qū)四角布置有四臺豎式氫氣冷卻器。機(jī)內(nèi)氫氣由氫冷卻器冷卻。這種軸向分段通風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)扇后冷風(fēng)分為兩個部分，一部分冷風(fēng)從電機(jī)的兩端 進(jìn)入氣隙，另一部分冷卻風(fēng)經(jīng)過定子繞組的端部進(jìn)入使定子端部得到很好的冷卻。且采用進(jìn)相運(yùn)行大多在低負(fù)荷的夜晚和冬季。冷卻器水溫較低。能充分滿足冷卻要求。我廠配合內(nèi)科院對1#4#機(jī)做了進(jìn)相試驗。根據(jù)國內(nèi)外慣例，對發(fā)電機(jī)本身的穩(wěn)定限 制條件，一般規(guī)定為發(fā)電機(jī)功角不超 70&#

11、176;,主要是考慮到發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行區(qū)時具有一定的 承受負(fù)荷波動的能力。試驗結(jié)果表明我廠 1#4#機(jī)在有功P（ MW）機(jī)組Q( Mvar)3 (O)C0s $2001-3465°-0.9842-4670-0.9744-1661-0.9971801-4165-0.9752-5470°-0.9583-3964-0.9764-2860-0.9871401-4158-0.9582-4661.2-0.9503-4661-0.9504-3557-0.9701001-3347-0.9502-3448.8-0.9503-3348-0.9504-3348-0.950負(fù)荷140mw能下能滿足進(jìn)相功率因數(shù)-0.97的要求還應(yīng)指出，由于進(jìn)相運(yùn)行時發(fā)電機(jī)出口母 線電壓降低，廠用母線電壓也必然降低，因此，進(jìn)相運(yùn)行時，必需注意廠用電的安全運(yùn)行。綜上所述，在理解了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的特點后，運(yùn)行人員在發(fā)電機(jī)進(jìn)相調(diào)整注意以下幾