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同步發(fā)電機進(jìn)行運行淺析

  摘要:電網(wǎng)上無(wú)功變化幅度較大,調相機及無(wú)功補償設備往往不能滿(mǎn)足其全部需要,為了進(jìn)一步提高電能質(zhì)量,現代大型同步發(fā)電機組都具備一定的進(jìn)相運行能力。進(jìn)相運行過(guò)程中,往往會(huì )受到靜穩定特性、機端磁通發(fā)熱、廠(chǎng)用電壓降低等條件的制約,給安全運行帶來(lái)一定的危害,因此每臺機組的進(jìn)相深度應該通過(guò)試驗獲得,此文將從以上各方面進(jìn)行詳細闡述。 
  關(guān)鍵詞:同步發(fā)電機、進(jìn)相、靜穩定、安全。 
  1 引言 
  近些年來(lái),隨著(zhù)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(shí),無(wú)功負荷也有所增加,然而,無(wú)功用戶(hù)多為工業(yè)用電,具有明顯的時(shí)段性特點(diǎn),如夜間和節假日時(shí)段的需求就會(huì )大大降低,這種大幅度的變化將給電能質(zhì)量帶來(lái)急劇考驗,尤其是220KV及以下網(wǎng)絡(luò ),將出現大量剩余的無(wú)功,此時(shí)就需要發(fā)電機進(jìn)相運行來(lái)吸收網(wǎng)上多余的無(wú)功,維持系統穩定。這種吸收無(wú)功的能力會(huì )受到各種條件的制約,本文將逐一闡述。 
  2 同步發(fā)電機進(jìn)相運行 
  發(fā)電機正常運行時(shí),向系統提供有功的同時(shí)還提供無(wú)功,定子電流滯后于端電壓一個(gè)角度,此種狀態(tài)即遲相運行。當逐漸減少勵磁電流使發(fā)電機從向系統提供無(wú)功而變?yōu)閺南到y吸收無(wú)功,定子電流從滯后而變?yōu)槌鞍l(fā)電機端電壓一個(gè)角度,此種狀態(tài)即進(jìn)相運行。 
  3 進(jìn)相運行的制約條件 
  3.1靜穩定特性的影響 
  同步發(fā)電機進(jìn)相運行時(shí)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(guān)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)穩定性下降。其穩定極限與發(fā)電機短路比,外接電抗,自動(dòng)勵磁調節器性能等因素有關(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(shí),有功的變化將隨著(zhù)功角的增加而降低,進(jìn)入了不穩定區域,進(jìn)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(chǎng)也是以同步轉速對定子旋轉的,其漏磁場(chǎng)的一部分是經(jīng)過(guò)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(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(chǎng)主要經(jīng)護環(huán)閉合,當進(jìn)相運行時(shí),由于勵磁電流減小勵磁繞組端部漏磁場(chǎng)減弱,于是護環(huán)的飽和程度下降,減小了定子端部漏磁場(chǎng)所經(jīng)過(guò)磁路的磁組,從而使定子端部漏磁場(chǎng)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(wú)功,其最終都要受到額定容量的限制,而額定容量具體表現為有功P與無(wú)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(wú)功分量的向量和,因此,無(wú)論任何情況之下,哪怕有功很低,當無(wú)功量較大的情況下,發(fā)電機定子電流同樣會(huì )出現超限的現象,是進(jìn)相時(shí)的限制條件之一。 
  3.4廠(chǎng)用電電壓的限制 
  進(jìn)相運行時(shí),隨著(zhù)勵磁電流的降低,發(fā)電機端部電壓會(huì )明顯降低,廠(chǎng)用電電壓也相應降低,此時(shí)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(chǎng)用電電壓如果超出10%,就會(huì )影響廠(chǎng)用電安全運行。 
  綜上所述,發(fā)電機進(jìn)入進(jìn)相運行時(shí),其自身靜態(tài)穩定性能下降,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(jìn)相深度重要依據,相比定子過(guò)流和廠(chǎng)用電壓的降低更加抽象和難于監視,每臺發(fā)電機出廠(chǎng)時(shí)都配有P-Q出力曲線(xiàn),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(xiàn),同時(shí)包括進(jìn)相時(shí)的發(fā)熱限制,從理論上講,靜態(tài)穩定極限為δ=90度,即MH直線(xiàn),但考慮到10%的過(guò)負荷能力,留有一定的安全儲備,其實(shí)際靜態(tài)穩定極限為圓弧BF。實(shí)際上,大部分發(fā)電機都是經(jīng)過(guò)變壓器和線(xiàn)路接入電網(wǎng)的,故還須計及這些元件的電抗。進(jìn)相運行時(shí)的允許出力(即靜態(tài)穩定儲備系數)與自動(dòng)電壓調節器、發(fā)電機短路比及外阻抗有關(guān)。當發(fā)電機有自動(dòng)電壓調節器時(shí),其靜態(tài)穩定極限可以擴大,但擴大的范圍與自動(dòng)電壓調節器的類(lèi)型有關(guān)。如帶復式激磁的電磁式電壓校正器,可是發(fā)電機運行在人工穩定區內,穩定極限功角可超過(guò)90度;而機械型電壓調節器因有失靈區,只能運行在功角90度范圍內。 
  4 進(jìn)相運行試驗 
  發(fā)電機的進(jìn)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(jìn)相能力,必須通過(guò)試驗驗證,不能盲目進(jìn)相運行,避免造成系統振蕩及發(fā)電機設備損壞。 
  4.1試驗運行條件 
  a) 6 kV 母線(xiàn)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(guò)額定值191245 A; 
  d) 發(fā)電機轉子電流不應超過(guò)額定值4145 A; 
  e) 最大進(jìn)相無(wú)功值不應該超過(guò)廠(chǎng)家給出的邊界值; 
  f) 發(fā)電機( 相對于系統等值機) 最大功率角不超過(guò)70°; 
  g) 發(fā)電機冷卻系統工作正常, 各部溫升在正常范圍內( 如: 在正常氫壓時(shí), 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(dòng)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、勵磁系統為正常運行方式。 
  b) 為了防止機組在進(jìn)相運行時(shí)無(wú)功擺動(dòng)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(dòng)勵磁調節器低勵限制性能良好,并且能滿(mǎn)足發(fā)電機的最大進(jìn)相深度和機組穩定運行時(shí)的要求。 
  d) 發(fā)電機的定冷水系統、氫系統運行正常,各溫度、流量、壓力在正常范圍內。發(fā)電機各部溫度測點(diǎn)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(diǎn)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。如系統電壓過(guò)高,調整無(wú)效時(shí),應根據調度要求,逐漸減少無(wú)功負荷直至轉為進(jìn)相運行狀態(tài),嚴格按著(zhù)調度命令調整進(jìn)相值。(但不得超過(guò)試驗進(jìn)相深度) 
  f) 在進(jìn)相運行時(shí),發(fā)電機的定子電壓應不低于額定值的95%。 
  g) 為保證廠(chǎng)用電系統有可靠的備用電源,在進(jìn)相運行時(shí)廠(chǎng)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(jìn)相值,滿(mǎn)足廠(chǎng)用電的要求。 
  h) 進(jìn)相過(guò)程中專(zhuān)人監視發(fā)電機各點(diǎn)的溫度,不得超限運行。 
  4.3試驗結果 
  試驗選取的負荷點(diǎn)是600 MW 、480 MW 、360MW ,勵磁調節器工作在自動(dòng)方式下。試驗過(guò)程中,各負荷點(diǎn)最終進(jìn)相工況受廠(chǎng)用系統電壓限制的影響。根據試驗過(guò)程數據,2臺600MW機組在網(wǎng)運行,允許的進(jìn)相深度如下: 
  5 結論 
  同步發(fā)電機具有一定的進(jìn)相運行能力,盡管受到穩定性、溫度以及機端電壓等條件的制約,但是只要我們通過(guò)科學(xué)的試驗,合理的調整,和必要的技術(shù)措施一定能夠安全掌控發(fā)電機的進(jìn)相運行能力,進(jìn)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)量和系統穩定,在一定程度上節約電力設備投資。 
  參考文獻: 
  [1] 李振友,王文棟. 600MW機組進(jìn)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(jìn)相運行的探討[J]. 電力系統自動(dòng)化. 2007(02) 
  [3] 吳曉宇. 國產(chǎn)600 MW發(fā)電機組進(jìn)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(chǎng)1 號(2號)發(fā)電機組進(jìn)相運行試驗報告 
  作者簡(jiǎn)介:董志軍(1976-),男,助理工程師、發(fā)電廠(chǎng)電氣高級主管。



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