第一篇：對(duì)廣東電網(wǎng)開(kāi)展發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行若干問(wèn)題的剖析

對(duì)廣東電網(wǎng)開(kāi)展發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行若干問(wèn)題的剖析

陳迅 吳曉宇 陳群

摘 要：當(dāng)前，在廣東電網(wǎng)開(kāi)展發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行工作中一些人對(duì)進(jìn)相運(yùn)行的機(jī)理不太清楚，認(rèn)識(shí)上存在誤區(qū)。針對(duì)這種情況，對(duì)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行了探討，并對(duì)進(jìn)相運(yùn)行與失磁失步、進(jìn)相運(yùn)行與定子鐵心端部過(guò)熱、進(jìn)相運(yùn)行與自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等關(guān)系作了分析。對(duì)廠用電電壓的限制問(wèn)題及進(jìn)相運(yùn)行的安全措施也作了討論。最后得出了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是一種安全正常工況的結(jié)論，并且認(rèn)為投入進(jìn)相運(yùn)行的難點(diǎn)不在于技術(shù)，而在于人的思想認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；進(jìn)相運(yùn)行；穩(wěn)定運(yùn)行；失磁失步；定子鐵心；工況 分類(lèi)號(hào)：TM714.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-290X(2000)01-0001-04 Analysis on several problems in carrying out generator under-excitation operation

CHEN Xun（Guangdong Power Test & Research Institute, Guangzhou 510600, China）

WU Xiao-yu（Guangdong Power Test & Research Institute, Guangzhou 510600, China）

CHEN Qun（Hubei Power Investigation & Design Institute, Wuhan,Hubei 430022, China）

Abstract：The under-excitation operation of power generators is difficult to carry out in Guangdong power grid due to some misunderstanding on it.Therefore, the stable operational region of generators is discussed along with the analysis on relationship between under-excitation operation and loss of excitation/synchronism, end temperature rise of stator-core,and automatic excitation regulators etc.The restrictive effect of auxiliary power voltage and the safety measures of under-excitation operation are also included.It is concluded that generator under-excitation operation is a stable and normal behavior, and the difficulty of its carrying-out does not lie in technology but in people’s understanding.Key words：generator;under-excitation operation;stable operation;loss of excitation /synchronism;stator-core;working conditions▲

目前，全國(guó)各個(gè)省(區(qū))都已廣泛地開(kāi)展了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行工作，并積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。但是，一方面教科書(shū)上對(duì)進(jìn)相運(yùn)行往往缺乏系統(tǒng)的介紹，另一方面人們?cè)谒枷肷蠈?duì)此認(rèn)識(shí)不足，使得已在生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用的機(jī)組卻為數(shù)不多。最成功的當(dāng)屬華中電網(wǎng)，在那里超過(guò)了9 GW的統(tǒng)調(diào)機(jī)組中約有70%已完成進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)，并由調(diào)度管理部門(mén)下發(fā)了文件，隨時(shí)可根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要和調(diào)度的指令進(jìn)相運(yùn)行。

近年來(lái)，廣東電網(wǎng)電壓普通偏高，無(wú)功功率過(guò)剩，開(kāi)展發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是解決此問(wèn)題的最佳經(jīng)濟(jì)選擇和技術(shù)選擇。但由于部分人對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的機(jī)理不太清楚，致使思想認(rèn)識(shí)上存有誤區(qū)，盲目地害怕進(jìn)相運(yùn)行，從而使該項(xiàng)工作的開(kāi)展遇到了一些阻力。鑒此，筆者就人們思想上的一些模糊認(rèn)識(shí)，展開(kāi)分析討論。發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行工況

隱極同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量圖見(jiàn)圖1。

圖1 隱極同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行容量圖

為以轉(zhuǎn)子額定電流AB為半徑所做圓弧，代表了轉(zhuǎn)子電流對(duì)發(fā)電機(jī)出力的限制：。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，這里以不計(jì)系統(tǒng)電抗Xs為例進(jìn)行說(shuō)明。

曲線為所允許的最小勵(lì)磁電流限制線，通常取額定勵(lì)磁電流的10%。在機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，由于電樞反應(yīng)的助磁作用，必然會(huì)導(dǎo)致定子鐵心端部溫度升高，限制進(jìn)相深度，弧線

(1)

可見(jiàn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)失步后，轉(zhuǎn)子將加速。由(1)式可知轉(zhuǎn)差S越大，則Mas越大，從而Pas越大。與此同時(shí)發(fā)電機(jī)的調(diào)速器為保持轉(zhuǎn)速恒定也將動(dòng)作減少原動(dòng)機(jī)出力Pm，當(dāng)下降的 Pm與上升中的Pas相等時(shí)，發(fā)電機(jī)就將結(jié)束暫態(tài)異步運(yùn)行而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行階段。2.3 穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行階段

穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行的特點(diǎn)是Pm與Pas相等，不平衡轉(zhuǎn)矩為零，因此發(fā)電機(jī)仍然可以穩(wěn)定地輸出有功功率，但卻從系統(tǒng)吸收大量的無(wú)功功率，而且轉(zhuǎn)子以一個(gè)穩(wěn)定的滑差Sk高于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

因汽輪發(fā)電機(jī)的Xd、X′d、X″d之間和Xq與X″q之間差值較大，故由(1)式可知其異步轉(zhuǎn)矩也較大，可較快進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行階段。

對(duì)于無(wú)阻尼繞組水輪發(fā)電機(jī)，由于X″d＝X′d，X″q＝Xq，由(1)式可知，其轉(zhuǎn)矩中M″d和M″q為0，Mas較小，要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的暫態(tài)運(yùn)行時(shí)間產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)差后，才能進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行。對(duì)于有阻尼繞組水輪發(fā)電機(jī)組，其特性介于前兩者之間。2.4 失磁導(dǎo)致失步后的處理

一般剛開(kāi)始失步時(shí)立即加勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)可以馬上拉回同步。如失步已久，則需減少有功功率輸出并經(jīng)多次滑極才可拉回同步。廣東省電力試驗(yàn)研究所曾做過(guò)動(dòng)模試驗(yàn)，驗(yàn)證了這一點(diǎn)；東北電網(wǎng)也曾有靠增加勵(lì)磁將一臺(tái)剛失步的運(yùn)行機(jī)組拉回了同步；根據(jù)華中電力試驗(yàn)研究所對(duì)隔河巖300 MW 水輪機(jī)組進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果顯示，在該機(jī)組處于額定功率時(shí)進(jìn)相176 Mvar情況下，完全失磁后5 s內(nèi)迅速恢復(fù)勵(lì)磁，機(jī)組可避免失步。如出力減小到160 MW 而進(jìn)相無(wú)功功率為189 Mvar時(shí)，在失磁后18 s內(nèi)重加勵(lì)磁仍可避免失步。

對(duì)于與系統(tǒng)聯(lián)系較強(qiáng)的汽輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功功率充裕時(shí)，一般在失磁失步后首先應(yīng)迅速降低有功功率，使其較快地通過(guò)暫態(tài)異步運(yùn)行而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行，減小對(duì)系統(tǒng)和機(jī)組本身的沖擊。其次應(yīng)盡快恢復(fù)勵(lì)磁，使其早些恢復(fù)同步運(yùn)行。如系統(tǒng)無(wú)功功率缺乏或機(jī)組制造上受溫升限制時(shí)，則應(yīng)考慮快速或經(jīng)一延時(shí)來(lái)切機(jī)。水輪機(jī)組因構(gòu)造上的特點(diǎn)，易產(chǎn)生大滑差、大電流而過(guò)熱，加之啟停也比較容易，故一般在失磁后，多采用切機(jī)措施。

需指出的是，實(shí)際進(jìn)相運(yùn)行時(shí)的限制區(qū)域設(shè)置往往與穩(wěn)定邊界之間保留有足夠的裕度，以防止發(fā)電機(jī)失步。即使由失磁引起失步，其對(duì)系統(tǒng)的沖擊也遠(yuǎn)小于有正常勵(lì)磁時(shí)發(fā)生失步的情況。3 定子鐵心端部溫升與進(jìn)相運(yùn)行的關(guān)系 3.1 進(jìn)相運(yùn)行導(dǎo)致溫升增加的內(nèi)因

發(fā)電機(jī)端部漏磁通是由轉(zhuǎn)子和定子的漏磁通合成的。它是一個(gè)隨轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)合成磁場(chǎng)，其大小與定子繞組的結(jié)構(gòu)、端部的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)中心環(huán)、風(fēng)扇的材料、尺寸與位置等發(fā)電機(jī)制造工藝有關(guān)。該旋轉(zhuǎn)漏磁通磁場(chǎng)在切割靜止的定子端部各金屬結(jié)構(gòu)件時(shí)，就會(huì)在其中感應(yīng)渦流和磁滯損耗，引起發(fā)熱。特別是定子端部鐵心、壓指、壓板等磁阻較小的部件，因通過(guò)的磁通非常多，當(dāng)局部冷卻強(qiáng)度不足時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)局部溫升過(guò)高的現(xiàn)象。

當(dāng)發(fā)電機(jī)由遲相運(yùn)行向進(jìn)相運(yùn)行方式變化時(shí)，端部合成漏磁通將隨之顯著增大，端部元件的溫升也將顯著升高，甚至越限，成為限制進(jìn)相運(yùn)行的條件之一。3.2 進(jìn)相運(yùn)行與溫升限制的說(shuō)明

1989年《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則(試行)》已規(guī)定新機(jī)組應(yīng)具有規(guī)定的進(jìn)相運(yùn)行能力

［1］，也就是說(shuō)在制造上應(yīng)考慮能耐受此時(shí)的溫升。90年代及以后出廠的新機(jī)組，制造廠一般已從結(jié)構(gòu)上作了改進(jìn)，說(shuō)明書(shū)中一般已注明可滿(mǎn)足進(jìn)相運(yùn)行的要求。對(duì)于廠家說(shuō)明書(shū)中未做此項(xiàng)說(shuō)明的(許多老機(jī)組均屬此類(lèi))，應(yīng)按《發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程》第47條通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定其可進(jìn)相的深度。4 投入自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與進(jìn)相運(yùn)行的關(guān)系

自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器并不是進(jìn)相運(yùn)行的必要條件，但卻可使功角特性的電磁功率幅值顯著地增大，使穩(wěn)定極限擴(kuò)大到“人工穩(wěn)定區(qū)”——即θ>90°的區(qū)域。從穩(wěn)定的角度來(lái)說(shuō)大大地提高了進(jìn)相能力。調(diào)節(jié)器的性能越好，整定得好，則穩(wěn)定極限便越大，進(jìn)相運(yùn)行的深度就越深。5 廠用電電壓的限制問(wèn)題

這是一個(gè)規(guī)程中未特別提到而在實(shí)際進(jìn)相運(yùn)行中又常常起到主要限制作用的因素。華北的大同電廠、華中的隔河巖電廠等均如此。設(shè)某單元機(jī)組接線如圖2所示，則以標(biāo)幺值表示的機(jī)端電壓可近似由下式表示：

(2)

圖2 單元機(jī)組

通常變壓器的電阻RT遠(yuǎn)小于電抗XT，可忽略不計(jì)，而系統(tǒng)電壓U 相對(duì)波動(dòng)不大。由(2)式可知，UG的大小主要取決于QG的變化。通常發(fā)電機(jī)都是按遲相運(yùn)行設(shè)計(jì)的，此時(shí)QG>0，故當(dāng)進(jìn)相運(yùn)行使QG<0時(shí)，由(2)式可知，UG將大幅度下降，故由此接出的廠用電電壓也將大幅度下降，其允許電壓下限就成為進(jìn)相運(yùn)行的限制值。進(jìn)相運(yùn)行與失磁保護(hù)的配合考慮

失磁保護(hù)一般是由靜穩(wěn)邊界條件加上一個(gè)裕量來(lái)整定的，它是否與所需的進(jìn)相運(yùn)行相匹配需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。進(jìn)相運(yùn)行的安全措施

一則由于機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)一般均未考慮到進(jìn)相運(yùn)行，二則進(jìn)相運(yùn)行時(shí)所受到的限制因素有多種，而且在不同方式條件下，起作用的因素也不同，這就決定了進(jìn)相深度的限制判據(jù)應(yīng)是由多種因素組成的綜合判據(jù)，由于這種判據(jù)比較復(fù)雜，運(yùn)行人員難以掌握，故一般常采用在線監(jiān)測(cè)儀來(lái)自動(dòng)完成對(duì)有關(guān)量的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。例如廣東省電力試驗(yàn)研究所開(kāi)發(fā)出的發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)儀就可較好地完成該項(xiàng)任務(wù)。

此外，機(jī)組還應(yīng)事先經(jīng)過(guò)系統(tǒng)而全面的試驗(yàn)以驗(yàn)證其一、二次設(shè)備對(duì)進(jìn)相運(yùn)行的適應(yīng)性后，才可正式投入進(jìn)相運(yùn)行。8 結(jié)論

a)當(dāng)前電網(wǎng)普遍存在電壓高、無(wú)功功率過(guò)剩的問(wèn)題，利用發(fā)電機(jī)的固有進(jìn)相運(yùn)行能力，則是解決該問(wèn)題的最佳經(jīng)濟(jì)選擇與技術(shù)選擇。

b)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是一種安全正常的工況，其進(jìn)相深度受到多種因素的限制，不同的工況、機(jī)型和安裝地點(diǎn)，起作用的因素也不同。

c)目前運(yùn)行機(jī)組在設(shè)計(jì)上均未考慮進(jìn)相運(yùn)行，故擬開(kāi)展進(jìn)相運(yùn)行的機(jī)組應(yīng)安裝進(jìn)相運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)裝置，并經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)檢驗(yàn)。

d)當(dāng)前機(jī)組實(shí)際投入進(jìn)相運(yùn)行的難點(diǎn)不在于技術(shù)，而在于有關(guān)人員思想認(rèn)識(shí)。另外，要順利開(kāi)展此項(xiàng)工作，還必須有運(yùn)行管理部門(mén)的實(shí)質(zhì)性介入?！?/p>

作者簡(jiǎn)介：陳迅(1958—)，男，湖南安仁人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)楦邏褐绷?/p>

輸電。

作者單位：陳迅（廣東省電力試驗(yàn)研究所，廣東 廣州510600）

吳曉宇（廣東省電力試驗(yàn)研究所，廣東 廣州510600）

陳群（湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢430022）參考文獻(xiàn)：

［1］SD 325—1989，電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則(試行)［S］