發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)與應(yīng)用

1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)與應(yīng)用0 前言隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，高壓輸電線路不斷增加，線間和線對(duì)地電容相應(yīng)增大，引起系統(tǒng)電容電流及容性無功功率的增長。當(dāng)系統(tǒng)處于低谷時(shí)段，線路產(chǎn)生的無功功率過剩，使得系統(tǒng)電壓升高。利用發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)處于低谷期間進(jìn)相運(yùn)行吸收系統(tǒng)剩余無功功率，成為一種切實(shí)有效的調(diào)壓方法，在電力系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用。1 發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的概念發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是一種同步低勵(lì)磁正常穩(wěn)定運(yùn)行方式，相對(duì)于發(fā)電機(jī)靜子電流Ig滯后于靜子電壓Ug的遲相運(yùn)行而言，進(jìn)相運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)是超前的，即發(fā)電機(jī)靜子電流Ig超前于靜子電壓Ug。該方式運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出有功功率的同時(shí)，可不發(fā)或從系統(tǒng)吸收無功功率。圖 1假定發(fā)

2、電機(jī)直接接于無限大容量電力系統(tǒng)。端電壓Ug保持不變，設(shè)發(fā)電機(jī)電勢為Eq，定子電流為Ig。功率因數(shù)角為，功角為，發(fā)電機(jī)同步電抗為Xd。如果調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流If, Eq隨之發(fā)生變化，功率因數(shù)角同時(shí)發(fā)生變化。如果增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流If,Eq變大，此時(shí)發(fā)電機(jī)負(fù)荷電流Ig產(chǎn)生去磁電樞反應(yīng)，功率因數(shù)角是滯后的，即發(fā)電機(jī)定子電流Ig滯后于定子電壓Ug，發(fā)電機(jī)同時(shí)向系統(tǒng)輸送有功、無功功率。發(fā)電機(jī)這種運(yùn)行狀態(tài)稱之為遲相運(yùn)行狀態(tài)，如圖I (a)所示。反之，如果減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流If，使發(fā)電機(jī)電勢Eq減小，發(fā)電機(jī)負(fù)荷電流將產(chǎn)生助磁電樞反應(yīng)，功率因數(shù)角變?yōu)槌?，即發(fā)電機(jī)定子電流Ig超前于定子電壓Ug，發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸送有功

3、功率，但從系統(tǒng)吸收無功功率。發(fā)電機(jī)這種運(yùn)行狀態(tài)稱之為進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)，如圖1(b)所示。2 發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行優(yōu)、缺點(diǎn)2.1 發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)與并聯(lián)電抗器調(diào)壓和同步調(diào)相機(jī)調(diào)壓相比較，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行調(diào)壓簡便可靠，不需要額外增加設(shè)備，只需改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，即可達(dá)到平衡系統(tǒng)無功功率和調(diào)整系統(tǒng)電壓的雙重目的，既節(jié)省了設(shè)備投資，又獲得了較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。2.2 發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行缺點(diǎn)2.2.1 靜態(tài)穩(wěn)定性降低問題當(dāng)發(fā)電機(jī)輸入功率受到一些微小的擾動(dòng)，發(fā)生瞬時(shí)增大或減小時(shí)，如果不考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，發(fā)電機(jī)能在瞬時(shí)擾動(dòng)消失后很快恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，稱之為發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定。反之，稱之為靜態(tài)不

4、穩(wěn)定。電機(jī)學(xué)理論表明，發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，其靜態(tài)穩(wěn)定性將會(huì)降低。隨著發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的減小，進(jìn)相程度增加，發(fā)電機(jī)功角逐漸增大，當(dāng)功角接近于90度時(shí)，發(fā)電機(jī)將達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定極限。此時(shí)若再繼續(xù)減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)將進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，從而失去穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)際上，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，其穩(wěn)定極限還與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的性能有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機(jī)帶自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行時(shí)，其穩(wěn)定性將大大提高，理論穩(wěn)定極限將高于90度其進(jìn)相能力也將大大提高。2.2.2 定子端部發(fā)熱問題當(dāng)發(fā)電機(jī)由遲相運(yùn)行轉(zhuǎn)入進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，隨著勵(lì)磁電流的減小，發(fā)電機(jī)端部合成漏磁磁密度將大大增高，使定子端部鐵心平面產(chǎn)生渦流而發(fā)熱;此外，勵(lì)磁繞組漏磁場主要經(jīng)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)閉合，由

5、于勵(lì)磁電流減小，勵(lì)磁繞組端部漏磁場減弱，護(hù)環(huán)的飽和程度下降，減小了定子端部漏磁場所經(jīng)過磁路的磁阻，從而使定子端部漏磁場增大，鐵損加大，致使定子端部鐵心發(fā)熱。發(fā)熱主要集中在發(fā)電機(jī)定子邊段鐵心、壓圈、壓指等端部構(gòu)件上。當(dāng)局部冷卻不足時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)溫度過高現(xiàn)象，甚至超過允許值。早期生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)，由于其端部結(jié)構(gòu)比較簡單，沒有專門的降低端部磁密及加強(qiáng)冷卻的措施。當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，其端部溫度升高很多，甚至超過發(fā)電機(jī)的允許溫度極限，限制了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的深度。2.2.3 廠用系統(tǒng)母線電壓降低問題大型發(fā)電機(jī)組多采用發(fā)電機(jī)出口自帶廠用變壓器，經(jīng)降壓后供廠用設(shè)備用電。當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，隨著勵(lì)磁電流的降低，發(fā)電機(jī)

6、由發(fā)出無功變?yōu)槲諢o功，迫使發(fā)電機(jī)出口電壓下降，從而導(dǎo)致廠用母線電壓降低，廠用輔機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)降低，輔機(jī)出力降低，既而間接影響到發(fā)電機(jī)的功率輸出。此外，廠用電壓降低，還會(huì)使輔機(jī)電動(dòng)機(jī)電流增大，定子線圈發(fā)熱量增大，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電動(dòng)機(jī)。3發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是北京重型電機(jī)廠生產(chǎn)的三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是南京南瑞繼電保護(hù)公司生產(chǎn)的SAVR-2000型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。表 1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)3.1 試驗(yàn)?zāi)康?1) 確定發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行能力，即摸清該發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的限制條件(靜穩(wěn)極限、端部發(fā)熱、廠用電壓降低等)，為現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)

7、。(2) 校驗(yàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)能否滿足發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行要求。(3).測定發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，吸收系統(tǒng)無功功率的能力及對(duì)220kV母線的調(diào)壓效果3.2 試驗(yàn)過程及限制條件3.2.1 試驗(yàn)條件發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行，自帶廠用電。發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)不退出運(yùn)行，調(diào)整勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制值，以滿足試驗(yàn)要求。3.2.2 試驗(yàn)方法分別在有功負(fù)荷100MW,75MW,50MW三種工況下進(jìn)行試驗(yàn)，從低負(fù)荷做起，通過調(diào)整自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制環(huán)節(jié)參數(shù)，保證發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行不失去穩(wěn)定。(1) 調(diào)整有功功率為某一試驗(yàn)工況并維持不變，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)功率因數(shù)分別為0.85(額定值)、0.90、0.95、1.0，記錄這一

8、工況下各種參數(shù)值。(2) 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)，每次使功角增加30-50“為一工況，記錄各工況下各種參數(shù)值。(3 )一個(gè)工況試驗(yàn)完成后，增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，將發(fā)電機(jī)拉回遲相運(yùn)行狀態(tài)。然后再調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷，進(jìn)行下一個(gè)工況試驗(yàn)。(4 )在試驗(yàn)過程中，應(yīng)密切監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子端部鐵心及金屬構(gòu)件的溫度變化情況。當(dāng)溫度升高較快，達(dá)到限制值時(shí)，應(yīng)立即將發(fā)電機(jī)拉回遲相運(yùn)行狀態(tài)。3.2.3 現(xiàn)場試驗(yàn)執(zhí)行的限制條件(1) 220kV母線電壓不低于220kV。(2).6kV母線電壓在0.95-1.05U,之間，即5.7一6.3 kV。(3) 發(fā)電定子電壓在0.90-1.05U,之間，即9.45一

9、11.02 kV 。(4) 發(fā)電機(jī)定子電流最大值不超過IN，即6470 A。(5) 發(fā)電機(jī)功角最大值不超過700 。(6) 發(fā)電機(jī)各部分溫度的限制值:定子鐵心齒部溫度不高于1200C;定子鐵心扼部溫度不高于1300C;定子鐵心壓圈及壓指溫度不高于1300C;定子線圈層間溫度不高于1200C;定子線圈出水溫度不高于750C。3.3 試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析(1) 通過發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該發(fā)電機(jī)的端部鐵心發(fā)熱不是限制條件，在有功負(fù)荷100 MW、功角為69.10時(shí)，端部46-47槽階梯齒溫度最高為71.40C，距其限制值(鎮(zhèn)1200C)尚有較大裕度。(2) 根據(jù)發(fā)電機(jī)帶廠用分支的進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，廠用系統(tǒng)電壓不是限制條件。在有功負(fù)荷100 MW、功角為69.10時(shí)，6kV母線電壓最低為5900V，距其限制值(5700V)尚有較大裕度。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行范圍見表20表 2 發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行范圍 (3) 在上述范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)無功功率的能力為23.6-33.1Mvar,(4) 發(fā)電機(jī)在上述范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)定子電流未超過額定值。(5)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)，