偶看新闻三潭映月的传说:发电机进相运行的必要性
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/27 09:05:23
部颁规程规定:发电机不能进相运行,现场规程规定无功不得在零以下；按值班经验，发电机带无功负荷一般不低于有功的1/3。本人也处置过因操作不当，引起发电机进相运行（老式相复励）。2004年到一个新水电厂参观，发现他的发电机其功率因素是0.95以上，有时达到1。当时想,为什么发电机不会失步?....看了下面这篇文章就解答了我的疑问，这是篇好文章摧荐给各位。
[正文]
超高压远距离输电网络不断扩大，导致系统无功增多，如220 kV、330 kV和500 kV级的架空线路，每公里对地的容性无功分别为130kvar、400 kvar和1 000～1 300 kvar。加之，为弥补系统高峰负荷时的无功不足，在电网中还装设了一定数量的电容器，这些电容器有时难以适应系统调节电压的需要而及时投切。因此，在节假日或午夜等系统负荷处于低谷时，其过剩无功必导致电网电压升高，甚至超过运行电压容许的规定值，不仅影响供电的电压质量，还会使电网损耗增加，经济效益下降。发电机进相运行能吸收网络过剩的无功功率，降低系统电压。发电机进相运行是结合电力生产需要而采用的切实可行的运行技术，它可使发电机由改变运行工况而达到降压的目的。仅是利用系统现有设备增加的一种调压手段，便可扩大系统电压的调节范围，改善电网电压的运行状况。该方法操作简便，在发电机进相运行限额范围内运行可靠，其平滑无级调节电压的特点，更显示了它调节电压的灵活性，发电机进相运行是改善电网电压质量最有效而又经济的必要措施之一。
发电机进相运行的基本原理:
发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即进相运行.发电机进相运行时各电气参数是对称的，并且发电机仍保持同步转速，因而是属于发电机正常运行方式中功率因数变动时的一种运行工况，只是拓宽了发电机通常的运行范围。同样，在允许的进相运行限额范围内，只要电网需要是可以长期运行的。
同步发电机在低有功情况下可以无励磁运行，此时发电机能保持同步运行，并吸收电网无功功率，但其定子电压要下降。发电机低有功无励磁运行是依靠反应转矩维持同步运行的，其电磁功率包含两部分，即基本电磁功率和附加电磁功率，基本电磁功率是由励磁电流决定的，附加电磁功率是由转子凸极效应确定的。当运行中失去励磁时，电磁功率仅有附加电磁功率，其最大值为
对于凸极发电机Xd＞Xq，故P2m＞0；当有功功率很小时，该电磁功率足以克服制动转矩的作用而驱动发电机与电网保持同步。实践证明，凸极发电机在无励磁运行时的电磁反应功率可达到额定容量的20％左右，亦即发电机带有功20％ Pn无励磁运行时不失步。此时转子绕组无直流电流又保持同步状态，故不在转子绕组及各部件感应电流，不存在转子发热的问题。
3发电机进相运行的限制因素
发电机进相运行会受到下列因素的限制：①发电机的静稳定和动稳定限制；② 发电机的暂态和动态稳定限制；③ 低励磁不稳定的限制。
4进相运行试验研究工作内容
发电机进相运行试验研究主要工作如下。
4.1改造了各试验电厂有关无功功率等表计
发电机进相运行时，发电机吸收系统感性无功，无功功率为负，功率因数角由正变为负，功率因数具有双向性。而以前各电厂所装无功表计均为单向，且未装功率因数表，因此需改造单向无功功率因数表。
4.2发电机进相运行稳定性和电压无功研究结果
发电机进相试验应在系统低谷负荷时段电压偏高时进行，采用四川电网正常运行状态下的小方式进行计算，为了提高发电机进相深度，减小发电机机端电压对进相深度的影响，一般将电厂升压变压器接头定于4档。
在发电机进相运行试验前对其稳定极限和无功电压进行了计算。通过计算可知，每台发电机静稳定极限都是比较深的，暂态稳定极限略浅于静稳定极限，发电机进相在暂态稳定极限范围内能将系统电压降低至允许范围，降压效果是十分显著的。
4.3发电机失磁异步运行时机理、现象及处理措施
发电机在进相运行试验中，在励磁系统调试中有可能失磁，进相至较深的进相深度时也可能转入异步运行。因此，在试验前应研究发电机失磁异步运行的机理、现象及处理措施。
当发电机进相运行时，随着励磁电流下降，电磁转矩下降，在转子上就会出现转矩不平衡现象。试验研究结果表明，发电机失磁异步运行时，①转子表面温度不会太高，其主要原因为转子部件感应电流频率较低，集肤效应不太严重，涡流遍布于转子整体，不会使转子局部出现高温；②转子的转速不会无限制升高，这样可避免转子超速可能引起的故障或事故；③定子电压要下降，定子电流要增加，输出的有功至少要小于（0.5～0.6）Pn，定子电流接近或略高于其额定值；④定子边段铁芯和金属结构件温度会增加；⑤当转子绕组开路失磁异步运行时，转子绕组会产生瞬时过电压和过电流，在甚低滑差(S＜0.005＝下异步运行时，其感应电压是较低的，不会危及转子绕组绝缘的安全运行。转子绕组在某种外接电阻下，其感应电流可能会超过转子额定电流，但不可能达到很高的危险数值，可能最高约为1.5倍额定电流值。
根据以上试验研究结果，发电机在进相试验中若发生失磁异步运行，不应匆忙解列停机，应尽快增加励磁电流恢复同步，若不能恢复同步，则应将有功减低至（50～60）％Pn，同时增加励磁电流，使发电机恢复同步。
4.4研究厂用电电压过低对厂用负载的影响
为了研究厂用电电压过低对厂用负载的影响，在CD电厂作了厂用电压较低时的扰动试验。发电机自动励磁调节器投入运行，在有功为140 MW，进相到厂用电达到较低值时，起动一台5500 kW给水泵电机作扰动试验，其试验结果表明，厂用电在起动过程中由6.0 kV降为4.8 kV，起动时间为4.6 s，起动时不影响发电机和其它辅机的正常运行。
4.5研究发电机低负荷全失磁时的机理、现象及处理措施
在GZ电厂的G电站5号和T电站13号发电机上作了研究。G电站5号发电机是在有功为10MW下进行的，将励磁电流减至最小，然后断开励磁开关，此时发电机保持同步运行，实测其边段铁芯温升未超标，此时厂用电电压最低为5.82 kV，发电机在P=10 MW下可以无励磁运行。而T电站13号发电机是在有功为20 MW下进行的，此时电机未失步，边段铁芯温度也未超标，但却受到了厂用电电压过低（厂用电压降为5.22 kV）的限制而不能无励磁运行。
4.6研究发电机定子端部边段铁芯和金属结构件温度分布规律
在G电站5号发电机、T电站13号发电机、BZS电厂3号机定子端部边段铁芯和金属结构件处埋设热电偶，测量其温度分布。G电站5号机定子上下端定子边段铁芯和金属结构件处选择一个节距，埋设在同槽异相绕组附近，测量结果表明，最高温度在定子上压指和边段铁芯第一阶梯齿处，其主要原因是该机定子压指材料为磁性材料，该处磁阻小，漏磁通大。该处温度较高，成了发电机进相运行的限制因素。从周向看，最高温度出现在同槽异相绕组搭接槽齿部。T电站13号发电机和BZS电厂3号机定子边段铁芯和阶梯齿温度均较低，最高温度出现在第一阶梯齿，因压指材料为非磁性材料，所以压指温度并不高。
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超高压远距离输电网络不断扩大，导致系统无功增多，如220 kV、330 kV和500 kV级的架空线路，每公里对地的容性无功分别为130kvar、400 kvar和1 000～1 300 kvar。加之，为弥补系统高峰负荷时的无功不足，在电网中还装设了一定数量的电容器，这些电容器有时难以适应系统调节电压的需要而及时投切。因此，在节假日或午夜等系统负荷处于低谷时，其过剩无功必导致电网电压升高，甚至超过运行电压容许的规定值，不仅影响供电的电压质量，还会使电网损耗增加，经济效益下降。发电机进相运行能吸收网络过剩的无功功率，降低系统电压。发电机进相运行是结合电力生产需要而采用的切实可行的运行技术，它可使发电机由改变运行工况而达到降压的目的。仅是利用系统现有设备增加的一种调压手段，便可扩大系统电压的调节范围，改善电网电压的运行状况。该方法操作简便，在发电机进相运行限额范围内运行可靠，其平滑无级调节电压的特点，更显示了它调节电压的灵活性，发电机进相运行是改善电网电压质量最有效而又经济的必要措施之一。
发电机进相运行的基本原理:
发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即进相运行.发电机进相运行时各电气参数是对称的，并且发电机仍保持同步转速，因而是属于发电机正常运行方式中功率因数变动时的一种运行工况，只是拓宽了发电机通常的运行范围。同样，在允许的进相运行限额范围内，只要电网需要是可以长期运行的。
同步发电机在低有功情况下可以无励磁运行，此时发电机能保持同步运行，并吸收电网无功功率，但其定子电压要下降。发电机低有功无励磁运行是依靠反应转矩维持同步运行的，其电磁功率包含两部分，即基本电磁功率和附加电磁功率，基本电磁功率是由励磁电流决定的，附加电磁功率是由转子凸极效应确定的。当运行中失去励磁时，电磁功率仅有附加电磁功率，其最大值为
对于凸极发电机Xd＞Xq，故P2m＞0；当有功功率很小时，该电磁功率足以克服制动转矩的作用而驱动发电机与电网保持同步。实践证明，凸极发电机在无励磁运行时的电磁反应功率可达到额定容量的20％左右，亦即发电机带有功20％ Pn无励磁运行时不失步。此时转子绕组无直流电流又保持同步状态，故不在转子绕组及各部件感应电流，不存在转子发热的问题。
3发电机进相运行的限制因素
发电机进相运行会受到下列因素的限制：①发电机的静稳定和动稳定限制；② 发电机的暂态和动态稳定限制；③ 低励磁不稳定的限制。
4进相运行试验研究工作内容
发电机进相运行试验研究主要工作如下。
4.1改造了各试验电厂有关无功功率等表计
发电机进相运行时，发电机吸收系统感性无功，无功功率为负，功率因数角由正变为负，功率因数具有双向性。而以前各电厂所装无功表计均为单向，且未装功率因数表，因此需改造单向无功功率因数表。
4.2发电机进相运行稳定性和电压无功研究结果
发电机进相试验应在系统低谷负荷时段电压偏高时进行，采用四川电网正常运行状态下的小方式进行计算，为了提高发电机进相深度，减小发电机机端电压对进相深度的影响，一般将电厂升压变压器接头定于4档。
在发电机进相运行试验前对其稳定极限和无功电压进行了计算。通过计算可知，每台发电机静稳定极限都是比较深的，暂态稳定极限略浅于静稳定极限，发电机进相在暂态稳定极限范围内能将系统电压降低至允许范围，降压效果是十分显著的。
4.3发电机失磁异步运行时机理、现象及处理措施
发电机在进相运行试验中，在励磁系统调试中有可能失磁，进相至较深的进相深度时也可能转入异步运行。因此，在试验前应研究发电机失磁异步运行的机理、现象及处理措施。
当发电机进相运行时，随着励磁电流下降，电磁转矩下降，在转子上就会出现转矩不平衡现象。试验研究结果表明，发电机失磁异步运行时，①转子表面温度不会太高，其主要原因为转子部件感应电流频率较低，集肤效应不太严重，涡流遍布于转子整体，不会使转子局部出现高温；②转子的转速不会无限制升高，这样可避免转子超速可能引起的故障或事故；③定子电压要下降，定子电流要增加，输出的有功至少要小于（0.5～0.6）Pn，定子电流接近或略高于其额定值；④定子边段铁芯和金属结构件温度会增加；⑤当转子绕组开路失磁异步运行时，转子绕组会产生瞬时过电压和过电流，在甚低滑差(S＜0.005＝下异步运行时，其感应电压是较低的，不会危及转子绕组绝缘的安全运行。转子绕组在某种外接电阻下，其感应电流可能会超过转子额定电流，但不可能达到很高的危险数值，可能最高约为1.5倍额定电流值。
根据以上试验研究结果，发电机在进相试验中若发生失磁异步运行，不应匆忙解列停机，应尽快增加励磁电流恢复同步，若不能恢复同步，则应将有功减低至（50～60）％Pn，同时增加励磁电流，使发电机恢复同步。
4.4研究厂用电电压过低对厂用负载的影响
为了研究厂用电电压过低对厂用负载的影响，在CD电厂作了厂用电压较低时的扰动试验。发电机自动励磁调节器投入运行，在有功为140 MW，进相到厂用电达到较低值时，起动一台5500 kW给水泵电机作扰动试验，其试验结果表明，厂用电在起动过程中由6.0 kV降为4.8 kV，起动时间为4.6 s，起动时不影响发电机和其它辅机的正常运行。
4.5研究发电机低负荷全失磁时的机理、现象及处理措施
在GZ电厂的G电站5号和T电站13号发电机上作了研究。G电站5号发电机是在有功为10MW下进行的，将励磁电流减至最小，然后断开励磁开关，此时发电机保持同步运行，实测其边段铁芯温升未超标，此时厂用电电压最低为5.82 kV，发电机在P=10 MW下可以无励磁运行。而T电站13号发电机是在有功为20 MW下进行的，此时电机未失步，边段铁芯温度也未超标，但却受到了厂用电电压过低（厂用电压降为5.22 kV）的限制而不能无励磁运行。
4.6研究发电机定子端部边段铁芯和金属结构件温度分布规律
在G电站5号发电机、T电站13号发电机、BZS电厂3号机定子端部边段铁芯和金属结构件处埋设热电偶，测量其温度分布。G电站5号机定子上下端定子边段铁芯和金属结构件处选择一个节距，埋设在同槽异相绕组附近，测量结果表明，最高温度在定子上压指和边段铁芯第一阶梯齿处，其主要原因是该机定子压指材料为磁性材料，该处磁阻小，漏磁通大。该处温度较高，成了发电机进相运行的限制因素。从周向看，最高温度出现在同槽异相绕组搭接槽齿部。T电站13号发电机和BZS电厂3号机定子边段铁芯和阶梯齿温度均较低，最高温度出现在第一阶梯齿，因压指材料为非磁性材料，所以压指温度并不高。