300MW汽轮发电机进相运行浅析

300MW汽轮发电机进相运行浅析

黄仁阳

贵州华电大龙发电有限公司贵州铜仁554001

摘要：大龙电厂#1、#2汽轮机发电机组为东方电机厂生产的型号为QFSN-300-2-20B汽轮发电机。针对近年来大龙电厂所在电网系统存在低负荷时段，220kV母线电压偏高的现象。为缓解所在电网系统低负荷时无功功率过剩的问题，大龙电厂#1、#2发电机需要进相运行。根据大龙电厂发电机实际运行情况，对发电机进相运行做浅要分析。

关键词：进相运行；迟相运行；欠励限制；厂用电压

随着电力系统的发展，大型发电机组日益增多，近年来贵州系统机组装机容量的不断增加，同时输电线路的电压等级越来越高，超高压远距离输电线路和电缆线路的广泛应用，从而使电力系统电容电流增加。尤其是在节假日、午夜等负荷低谷时段，由于输电线将会出现局部地区无功过剩，造成电力系统电压升高。为满足电网电压的要求，所以发电机需要进相运行，吸收电力系统中过剩的无功功率，降低电力系统电压，保障电网电压稳定，满足电力系统电压需求。

发电机的运行状态可分为迟相运行和进相运行，从发电机的设计原理来看，发电机不管是迟相运行和进相运行都是可行的。发电机正常运行时，向系统既提供有功又提供无功，定子电流滞后于端电压的运行状态即迟相运行。发电机向系统提供有功从系统吸收无功，定子电流超前端电压的运行状态即进相运行。

虽然从理论上来看，发电机进相运行是可行的，但是在实际情况下，发电机进相运行仍是会引发一些问题。1.发电机静态稳定性降低；2.端部漏磁引起定子端部温度升高；3.厂用系统电压降低，影响厂用辅机设备的安全运行。那么，现对发电机进相运行对机组安全稳定运行带来的影响进行简要分析。

一、进相运行对发电机静态稳定性的影响

从静态稳定极限功角判据来看，发电机输出的电磁功率P=EUsinδ/(Xd+Xs)，当发电机输出功率保持不变，进相运行时随着励磁电流逐渐减小，发电机的机端电压随之减小，功角δ就会增大，从而使静态稳定性降低。当功角δ=90°时，静态稳定达到极限，当功角δ＞90°时发电机就会失去静态稳定。所以发电机的进行运行深度是有一定限制的。

二、发电机进相运行对定子端部温度变化的影响

当发电机进相运行时，由于励磁电流减小励磁绕组端部漏磁场减弱，于是护环的饱和程度下降，减小了定子端部漏磁场所经过磁路的磁组，从而使定子端部漏磁场增大，铁损加大，致使定子端部铁芯严重受热。所以理论讲，发电机进相运行深度也受到定子端部温度升高的限制。

三、发电机进相运行对厂用系统电压的影响

大龙电厂厂用电系统正常运行时，厂用电直接取自机端经高压厂用变压器供给厂用负荷，所以当发电机进相运行时，随着励磁电流的减小，机端电压随之降低，导致厂用系统电压下降，当厂用系统电压下降到一定程度时，就会影响厂用辅机设备的正常使用，所以厂用系统电压对发电机进相运行深度也是具有一定限制的。

试验在150MW，220MW，300MW三个负荷阶段进行，检测发电机最大进行深度。在进行进相实验中，由于6kV厂用母线电压的限制，在低负荷150MW进相运行时，发电机无功达-38.8MVar时，6kV厂用母线电压已低于5.8kV（6kV厂用母线电压规定不能低于5.8kV），不能满足厂用电压的需要。此时，发电机定子铁心及端部温度、铜屏蔽及压指温度都相应有所升高，温度变化并不很大，与制造厂规定的温升值定子铁心及端部120℃、铜屏蔽和压指180℃还有较大的裕度。然而此时功角δ也没有达到静态极限时的功角。因此发电机静态稳定和端部发热问题并不是限制机组进相运行深度的首要条件，而是6kV厂用母线电压才是限制机组进相运行深度的首要条件。同时，限制发电机进相运行深度还有，发电机的低励限制，低励限制不仅与无功功率值有关，而且还受发电机机端电压的影响，低励限制，低励限制值随电压值变化，并且机端电压越低，影响就越大。发电机进相运行受到低励限制的影响也较为明显。

针对大龙电厂发电机进相运行时厂用电电压下降受限的问题，在发电机进相运行时，应密切监视发电机线圈温度和定子铁芯温度的变化情况，同时保证6kV厂用母线电压不低于5.8kV，保证厂用电系统供电正常。在发电机进相运行时，启动6kV辅机时，必需经值长同意，并联系电气运行人员调整系统电压，方能进行6kV辅机设备的启动。

结论：从进相运行的实践，得出大龙电厂发电机的静稳定储备、端部漏磁发热对发电机进相运行的限额较少，限制发电机进相运行深度的主要因素在于厂用电系统电压过低的问题。通过本次发电机进相运行的实际情况看，#1发电机在150MW工况下进相-38.8MVar时，厂用6kV系统母线电压为5.79kV，不能够满足厂用6kV系统电压要求，厂用电0.4kV系统电压下降也较多，因此通过改变主变压器高压侧分接头的方法提高厂用系统电压。将#1、#2主变压器变压器高压侧分接头由Ⅲ档改为Ⅳ档，提高发电机发电机进相运行的深度，保证220kV母线电压满足电网要求，同时确保厂用电系统电压在允许范围，保障厂用辅机设备的正常运行。

总之，随着电力体制的改革，电网对电能质量的要求得越来越高，然而电压是电能质量的一项重要考核指标，随着传统的系统调压方式，已经不能满足现代电力系统运行的需要，所以发电机进相运行调节系统电压势在必行。那么，发电机能否进相运行，进相运行的深度多少，将成为发电厂生存和发展的一项资源，一种竞争手段，同时也是对电网改革的一种适应。

参考文献：

[1]刘强.大型汽轮发电机进相运行状态特性分析与研究[D].华北电力大学（河北），2007.

[2]王成亮，王宏华.同步发电机进相研究综述[J].电力自动化设备，2012，32(11):131-135.