對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行的研究

1、 對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行的研究 摘要：系統(tǒng)的負(fù)荷較少時(shí)，過(guò)剩的無(wú)功功率會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓升高，甚至?xí)鲆?guī)定值，影響電壓質(zhì)量，此時(shí)可以將發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，吸收過(guò)剩的無(wú)功功率，降低電網(wǎng)電壓。本文以某電廠為例，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；進(jìn)相運(yùn)行1進(jìn)相運(yùn)行的含義和功角關(guān)系發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行是指發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)發(fā)出有功功率，但從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率的運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電機(jī)和無(wú)窮大電網(wǎng)相連時(shí)，端電壓ug恒定。設(shè)發(fā)電機(jī)的電勢(shì)為e0，負(fù)荷電流為i，功率因數(shù)角為。若調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流if，在ug及p不變的條件下，隨著e0的變化，功率因數(shù)角也發(fā)生變化。當(dāng)增加勵(lì)磁電流時(shí)，e0變大，此時(shí)負(fù)荷電流i，滯后于端電壓ug，功

2、率因數(shù)角滯后，此時(shí)發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)提供有功功率和無(wú)功功率，即遲相運(yùn)行。反之，當(dāng)減少勵(lì)磁電流，使e0減少，功率因數(shù)變成超前，此時(shí)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出有功功率且吸收無(wú)功功率，即進(jìn)相運(yùn)行。2水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行的原因以某電廠為例，該電廠裝機(jī)5250mw，其中一號(hào)廠(以下簡(jiǎn)稱老廠)機(jī)組編號(hào)1號(hào)至3號(hào)機(jī)，二號(hào)廠(以下簡(jiǎn)稱新廠)機(jī)組編號(hào)4號(hào)至5號(hào)發(fā)電機(jī)組。2018年該地區(qū)電網(wǎng)500kv線路長(zhǎng)度為5132km，其充電功率為5560mvar，充電無(wú)功補(bǔ)償度為93，較全補(bǔ)償約有38lmvar的差額。在負(fù)荷低谷時(shí)段，部分500kv系統(tǒng)向220kv系統(tǒng)下送較多無(wú)功功率，且為了平衡500kv電網(wǎng)過(guò)剩的無(wú)功功率，不僅需要將50

3、0kv變電站的低壓電抗器全部投入，還要求500kv電網(wǎng)部分發(fā)電機(jī)組零無(wú)功運(yùn)行甚至進(jìn)相運(yùn)行。220kv電網(wǎng)的無(wú)功裕度在豐大方式下除了部分地區(qū)不足，其余地區(qū)均有盈余，在豐小、枯小方式下，全部地區(qū)裕度不足，在低谷時(shí)段需要投入500kv低壓電抗器、減少220kv機(jī)組無(wú)功出力甚至進(jìn)相來(lái)平衡過(guò)剩無(wú)功功率。該電網(wǎng)地區(qū)電壓，在豐大方式下可以控制在220kv及以上，滿足相關(guān)規(guī)定，在豐小、枯小方式下，低谷時(shí)段需要500kv機(jī)組進(jìn)相、500kv變電站高低抗投入、地區(qū)機(jī)組少發(fā)無(wú)功、變電站及時(shí)投切無(wú)功補(bǔ)償裝置，上限才可以控制在235kv左右。由于電網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)功過(guò)?，F(xiàn)象突出，當(dāng)系統(tǒng)有功負(fù)荷較輕時(shí)，會(huì)導(dǎo)致北部電網(wǎng)電壓較高，為

4、避免電網(wǎng)無(wú)功過(guò)剩，系統(tǒng)電壓過(guò)高現(xiàn)象，并入北部電網(wǎng)的運(yùn)行機(jī)組大多處于進(jìn)相運(yùn)行況，從系統(tǒng)吸收部分無(wú)功，滿足系統(tǒng)電壓質(zhì)量要求。3進(jìn)相運(yùn)行的約束條件及相關(guān)要求3.1發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性的限制設(shè)發(fā)電機(jī)的直流電抗等于交流電抗，即xd=xq發(fā)電機(jī)單機(jī)對(duì)無(wú)限大容量的功率為：進(jìn)相運(yùn)行時(shí)在輸出功率p恒定的前提下，隨著勵(lì)磁電流if的減小，發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)e0隨之減小，功率角增大，使靜態(tài)穩(wěn)定性降低。3.2定子端部鐵芯和金屬結(jié)構(gòu)件溫升的限制當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在端部產(chǎn)生的定子繞組的端部漏磁與轉(zhuǎn)子繞組的端部漏磁通過(guò)磁阻形成閉路，該旋轉(zhuǎn)漏磁磁場(chǎng)在切割靜止的定子端部及各金屬結(jié)構(gòu)件時(shí)，會(huì)在其中感應(yīng)出渦流，產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗使之發(fā)熱。遲

5、相運(yùn)行時(shí)，定子電流是減磁性電樞反應(yīng)，這種發(fā)熱一般是在允許范圍內(nèi)的。而進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，定子電流是助增性電樞反應(yīng)，發(fā)電機(jī)定子端部合成漏磁增強(qiáng)，隨著進(jìn)相功率的增大，合成漏磁逐漸增強(qiáng)，定子端部鐵芯等磁阻較小的部件，因通過(guò)的磁通增強(qiáng)，當(dāng)某部件冷卻不足時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)局部溫升過(guò)高的現(xiàn)象，甚至溫升越限。3.3廠用電電壓和系統(tǒng)電壓的限制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓ug可由下式表示：變壓器的電阻rt遠(yuǎn)小于電抗xt，可忽略不計(jì)。由上式可知，當(dāng)系統(tǒng)電壓u恒定、有功功率p不變時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓ug的大小主要取決于無(wú)功功率qg。發(fā)電機(jī)遲相運(yùn)行時(shí)，qg大于0，而發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，qg小于0，qg將大幅度減小，導(dǎo)致由發(fā)電機(jī)機(jī)端引出的廠用電電壓也

6、大幅下降。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓不低于額定電壓的95、廠用電電壓不低于額定電壓的90時(shí)，可保證大容量廠用電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率，將導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓下降，如果系統(tǒng)的容量較小或無(wú)功儲(chǔ)備不足，還可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)端升壓變壓器高壓側(cè)母線電壓及其他臨近點(diǎn)的電壓低于允許值，從而破壞系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至引起系統(tǒng)電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。4發(fā)電廠4號(hào)、5號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行4.14號(hào)、5號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)4號(hào)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果為：有功為0mw，進(jìn)相無(wú)功最高為52mvar；有功為214mw，進(jìn)相無(wú)功最高為48mvar；有功為250mw，進(jìn)相無(wú)功最高為42mvar。限制原因均為廠用電低至365v，威脅到

7、廠用電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。5號(hào)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果為：有功為0mw，進(jìn)相無(wú)功最高為40mvar；有功為200mw，進(jìn)相無(wú)功最高為40mvar；有功為250mw，進(jìn)相無(wú)功最高為30mvar。限制原因也均為廠用電低至365v，威脅到廠用電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。4.24號(hào)、5號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行情況4.2.14號(hào)、5號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行監(jiān)測(cè)記錄4號(hào)、5號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)重要部件溫度的監(jiān)視記錄如表1、2所示?？梢钥闯觯?號(hào)機(jī)期間處于進(jìn)相運(yùn)行工況，5號(hào)機(jī)進(jìn)相運(yùn)行；4號(hào)最大進(jìn)相深度為-38mvar時(shí)，定子端部最高溫度80攝氏度，5號(hào)最大進(jìn)相深度為-30mvar時(shí)，定子端部溫度最高73攝氏度，廠用電電壓最低降至360v，參數(shù)均在正常范

8、圍內(nèi)。4號(hào)、5號(hào)機(jī)經(jīng)實(shí)際進(jìn)相工況運(yùn)行后，在滿足廠用電系統(tǒng)電壓不低于360v條件下，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)因進(jìn)相運(yùn)行而出現(xiàn)的其它異常情況，證明發(fā)電機(jī)組在上述范圍內(nèi)進(jìn)相運(yùn)行是安全的。4.2.24號(hào)、5號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行安全控制要點(diǎn)(1)當(dāng)4號(hào)、5號(hào)機(jī)全停時(shí)，母線電壓越限，值班人員立即匯報(bào)調(diào)度處理。(2)當(dāng)4號(hào)、5號(hào)機(jī)開(kāi)機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，母線電壓按接近高限調(diào)整，盡可能減少機(jī)組進(jìn)相深度。同時(shí)注意監(jiān)視定子端部溫度、廠用電母線電壓在允許范圍。(3)當(dāng)4號(hào)、5號(hào)機(jī)進(jìn)相運(yùn)行接近最大深度，母線仍越限，值班人員立即匯報(bào)調(diào)度處理，同時(shí)監(jiān)視定子端部溫度、廠用電母線電壓在允許范圍。(4)機(jī)組定子端部不超過(guò)110攝氏度。(5)廠用電電壓不低于365v，低于365v應(yīng)立即降低機(jī)組進(jìn)相深度，匯報(bào)調(diào)度。5結(jié)束語(yǔ)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，既不額外消耗能量又不需要增設(shè)輔助設(shè)備，是調(diào)整系統(tǒng)無(wú)功功率和降壓節(jié)能最經(jīng)濟(jì)、最方便的方法。但發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行方式下，更需要加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)電壓、機(jī)端電壓以及廠用電電壓的監(jiān)視，關(guān)注定子端部溫