發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進相運行試驗與應用

1、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進相運行試驗與應用0 前言隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，高壓輸電線路不斷增加，線間和線對地電容相應增大，引起系統(tǒng)電容電流及容性無功功率的增長。當系統(tǒng)處于低谷時段，線路產(chǎn)生的無功功率過剩，使得系統(tǒng)電壓升高。利用發(fā)電機在系統(tǒng)處于低谷期間進相運行吸收系統(tǒng)剩余無功功率，成為一種切實有效的調(diào)壓方法，在電力系統(tǒng)中已得到廣泛應用。1 發(fā)電機進相運行的概念發(fā)電機進相運行是一種同步低勵磁正常穩(wěn)定運行方式，相對于發(fā)電機靜子電流Ig滯后于靜子電壓Ug的遲相運行而言，進相運行時功率因數(shù)是超前的，即發(fā)電機靜子電流Ig超前于靜子電壓Ug。該方式運行時，發(fā)電機發(fā)出有功功率的同時，可不發(fā)或從系統(tǒng)吸收無功功率。圖 1假定發(fā)

2、電機直接接于無限大容量電力系統(tǒng)。端電壓Ug保持不變，設發(fā)電機電勢為Eq，定子電流為Ig。功率因數(shù)角為，功角為，發(fā)電機同步電抗為Xd。如果調(diào)節(jié)勵磁電流If, Eq隨之發(fā)生變化，功率因數(shù)角同時發(fā)生變化。如果增加發(fā)電機勵磁電流If,Eq變大，此時發(fā)電機負荷電流Ig產(chǎn)生去磁電樞反應，功率因數(shù)角是滯后的，即發(fā)電機定子電流Ig滯后于定子電壓Ug，發(fā)電機同時向系統(tǒng)輸送有功、無功功率。發(fā)電機這種運行狀態(tài)稱之為遲相運行狀態(tài)，如圖I (a)所示。反之，如果減小發(fā)電機勵磁電流If，使發(fā)電機電勢Eq減小，發(fā)電機負荷電流將產(chǎn)生助磁電樞反應，功率因數(shù)角變?yōu)槌埃窗l(fā)電機定子電流Ig超前于定子電壓Ug，發(fā)電機向系統(tǒng)輸送有功

3、功率，但從系統(tǒng)吸收無功功率。發(fā)電機這種運行狀態(tài)稱之為進相運行狀態(tài)，如圖1(b)所示。2 發(fā)電機進相運行優(yōu)、缺點2.1 發(fā)電機進相運行優(yōu)點與并聯(lián)電抗器調(diào)壓和同步調(diào)相機調(diào)壓相比較，發(fā)電機進相運行調(diào)壓簡便可靠，不需要額外增加設備，只需改變發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的運行狀態(tài)，即可達到平衡系統(tǒng)無功功率和調(diào)整系統(tǒng)電壓的雙重目的，既節(jié)省了設備投資，又獲得了較高的社會效益和經(jīng)濟效益。2.2 發(fā)電機進相運行缺點2.2.1 靜態(tài)穩(wěn)定性降低問題當發(fā)電機輸入功率受到一些微小的擾動，發(fā)生瞬時增大或減小時，如果不考慮勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，發(fā)電機能在瞬時擾動消失后很快恢復到原來的穩(wěn)定運行狀態(tài)，稱之為發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定。反之，稱之為靜態(tài)不

4、穩(wěn)定。電機學理論表明，發(fā)電機在進相運行時，其靜態(tài)穩(wěn)定性將會降低。隨著發(fā)電機勵磁電流的減小，進相程度增加，發(fā)電機功角逐漸增大，當功角接近于90度時，發(fā)電機將達到靜態(tài)穩(wěn)定極限。此時若再繼續(xù)減小發(fā)電機勵磁電流，發(fā)電機將進入不穩(wěn)定區(qū)，從而失去穩(wěn)定運行。實際上，發(fā)電機進相運行時，其穩(wěn)定極限還與勵磁調(diào)節(jié)器的性能有關。當發(fā)電機帶自動勵磁調(diào)節(jié)器運行時，其穩(wěn)定性將大大提高，理論穩(wěn)定極限將高于90度其進相能力也將大大提高。2.2.2 定子端部發(fā)熱問題當發(fā)電機由遲相運行轉(zhuǎn)入進相運行時，隨著勵磁電流的減小，發(fā)電機端部合成漏磁磁密度將大大增高，使定子端部鐵心平面產(chǎn)生渦流而發(fā)熱;此外，勵磁繞組漏磁場主要經(jīng)轉(zhuǎn)子護環(huán)閉合，由

5、于勵磁電流減小，勵磁繞組端部漏磁場減弱，護環(huán)的飽和程度下降，減小了定子端部漏磁場所經(jīng)過磁路的磁阻，從而使定子端部漏磁場增大，鐵損加大，致使定子端部鐵心發(fā)熱。發(fā)熱主要集中在發(fā)電機定子邊段鐵心、壓圈、壓指等端部構件上。當局部冷卻不足時，將會出現(xiàn)溫度過高現(xiàn)象，甚至超過允許值。早期生產(chǎn)的發(fā)電機，由于其端部結(jié)構比較簡單，沒有專門的降低端部磁密及加強冷卻的措施。當發(fā)電機進相運行時，其端部溫度升高很多，甚至超過發(fā)電機的允許溫度極限，限制了發(fā)電機進相運行的深度。2.2.3 廠用系統(tǒng)母線電壓降低問題大型發(fā)電機組多采用發(fā)電機出口自帶廠用變壓器，經(jīng)降壓后供廠用設備用電。當發(fā)電機進相運行時，隨著勵磁電流的降低，發(fā)電機

6、由發(fā)出無功變?yōu)槲諢o功，迫使發(fā)電機出口電壓下降，從而導致廠用母線電壓降低，廠用輔機電動機轉(zhuǎn)數(shù)降低，輔機出力降低，既而間接影響到發(fā)電機的功率輸出。此外，廠用電壓降低，還會使輔機電動機電流增大，定子線圈發(fā)熱量增大，嚴重時將燒毀電動機。3發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進相運行試驗發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是北京重型電機廠生產(chǎn)的三機勵磁系統(tǒng)，自動勵磁調(diào)節(jié)器是南京南瑞繼電保護公司生產(chǎn)的SAVR-2000型發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要技術參數(shù)見表1。表 1 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)主要技術參數(shù)3.1 試驗目的(1) 確定發(fā)電機進相運行能力，即摸清該發(fā)電機進相運行的限制條件(靜穩(wěn)極限、端部發(fā)熱、廠用電壓降低等)，為現(xiàn)場實際應用提供依據(jù)

7、。(2) 校驗發(fā)電機勵磁系統(tǒng)能否滿足發(fā)電機進相運行要求。(3).測定發(fā)電機進相運行時，吸收系統(tǒng)無功功率的能力及對220kV母線的調(diào)壓效果3.2 試驗過程及限制條件3.2.1 試驗條件發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)器運行，自帶廠用電。發(fā)電機失磁保護不退出運行，調(diào)整勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制值，以滿足試驗要求。3.2.2 試驗方法分別在有功負荷100MW,75MW,50MW三種工況下進行試驗，從低負荷做起，通過調(diào)整自動勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制環(huán)節(jié)參數(shù)，保證發(fā)電機進相運行不失去穩(wěn)定。(1) 調(diào)整有功功率為某一試驗工況并維持不變，調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流，使發(fā)電機功率因數(shù)分別為0.85(額定值)、0.90、0.95、1.0，記錄這一

8、工況下各種參數(shù)值。(2) 調(diào)節(jié)勵磁電流，使發(fā)電機進入進相運行狀態(tài)，每次使功角增加30-50“為一工況，記錄各工況下各種參數(shù)值。(3 )一個工況試驗完成后，增加發(fā)電機勵磁電流，將發(fā)電機拉回遲相運行狀態(tài)。然后再調(diào)節(jié)發(fā)電機有功負荷，進行下一個工況試驗。(4 )在試驗過程中，應密切監(jiān)視發(fā)電機定子端部鐵心及金屬構件的溫度變化情況。當溫度升高較快，達到限制值時，應立即將發(fā)電機拉回遲相運行狀態(tài)。3.2.3 現(xiàn)場試驗執(zhí)行的限制條件(1) 220kV母線電壓不低于220kV。(2).6kV母線電壓在0.95-1.05U,之間，即5.7一6.3 kV。(3) 發(fā)電定子電壓在0.90-1.05U,之間，即9.45一

9、11.02 kV 。(4) 發(fā)電機定子電流最大值不超過IN，即6470 A。(5) 發(fā)電機功角最大值不超過700 。(6) 發(fā)電機各部分溫度的限制值:定子鐵心齒部溫度不高于1200C;定子鐵心扼部溫度不高于1300C;定子鐵心壓圈及壓指溫度不高于1300C;定子線圈層間溫度不高于1200C;定子線圈出水溫度不高于750C。3.3 試驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析(1) 通過發(fā)電機的進相運行溫升試驗數(shù)據(jù)分析，該發(fā)電機的端部鐵心發(fā)熱不是限制條件，在有功負荷100 MW、功角為69.10時，端部46-47槽階梯齒溫度最高為71.40C，距其限制值(鎮(zhèn)1200C)尚有較大裕度。(2) 根據(jù)發(fā)電機帶廠用分支的進相運行試驗數(shù)據(jù)分析，廠用系統(tǒng)電壓不是限制條件。在有功負荷100 MW、功角為69.10時，6kV母線電壓最低為5900V，距其限制值(5700V)尚有較大裕度。發(fā)電機進相運行范圍見表20表 2 發(fā)電機進相運行范圍 (3) 在上述范圍內(nèi)運行時，發(fā)電機吸收系統(tǒng)無功功率的能力為23.6-33.1Mvar,(4) 發(fā)電機在上述范圍內(nèi)運行時，發(fā)電機定子電流未超過額定值。(5)發(fā)電機進相運行試驗時，