发电机的进相试验原理及方案.doc

发电机的进相运行，是由于系统电压太高，影响电能质量，而采取的一种运 行方式。目的是为了让发电机吸收系统无功功率，从而达到降低系统电压作 用，这是由调度部门下令执行的。发电机能不能进相运行，取决于发电机的 无功进相能力。由于制造工艺和安装质量不一样，每台机的进相情况是不同 的。每台机都必须单独做进相试验，然后得出在不同负荷下的进相深度，再 将这些数据写入运行规程，一般情况都是这样的。在做进相试验时.先是维持 发电机有功负荷某一固定值(如空载，50%，75%，100%)，再按要求的速度 进行减磁.直到励磁调节器低励限制动作为止，记录各点的相关数据。目的是 为了在不破坏机组静态稳定性前提下，得出机组对系统调压的能力。 发电机进相运行是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态 。 属机组异常运行的一种状况。当发电机励磁系统由于 avr 原因或故 障，或人为降低发电机的励磁电流过多，使发电机由发出感性无功 功率变为吸收系统感性无功功率，定子电流由滞后于机端电压变为 超前于机端电压运行，这就是发电机的进相运行。进相运行也就是 现场经常提到的欠励磁运行（或低励磁运行）。此时，由于转子主 磁通降低，引起发电机的励磁电势降低，使发电机无法向系统送出 无功功率，进相程度取决于励磁电流降低的程度。 引起发电机进相运行的原因 引起发电机进相运行的原因是低谷运行时，发电机无功负荷原已处 于底限，当系统电压因故突然升高或有功负荷增加时，励磁电流自 动降低引起进相；avr 失灵或误动、励磁系统其他设备发生了故障、 人为操作使励磁电流降低较多等也会引起进相运行。 发电机进相运行故障的处理 处理方式如下： a）如果由于设备原因引起进相运行，只要发电机尚未出现振荡或失 步，可适当降低发电机的有功负荷，同时提高励磁电流，使发电机 脱离进相状态，然后查明励磁电流降低的原因。 b）由于设备原因不能使发电机恢复正常运行时，应及早解列。因通 常情况下，机组进相运行时，由于定子端部漏磁和由此引起的损耗 要比调相运行时增大，所以定子铁芯端部附近各金属部件温升较高， 容易发热，对系统电压也有影响。 c）制造厂允许或经过专门试验确定能进相运行的发电机，如系统需 要，在不影响电网稳定运行的前提下，可将功率因数提高到 1 或在 允许的进相状态下运行。此时，应严密监视发电机的运行工况，防 止失步，尽早使发电机恢复正常。此外，应注意高压厂用母线电压 的监视，保证其安全。由于水轮发电机是凸极式结构，其纵轴和横 轴同步电抗不相等，电磁功率中有附加分量，因而使它比汽轮发电 机有较大的进相运行能力。 发电机进相运行时为什么会引起定子端部温度升高？ 进相运行时由于助磁性的电枢反应，使发电机端部漏磁增加，端部 漏磁引起定子端部温度升高，发电机端部漏磁通为定子绕组端部漏 磁通和转子端部磁通的合成。进相运行时，由于两个磁场的相位关 系使得合成磁通较非进相运行时大，导致定子端部温度升高。 发电机进相运行时应注意什么？ 发电机进相运行时，主要应注意四个问题：(1)静态稳定性降低； (2)端部漏磁引起定子端部温度升高；(3)厂用电电压降低；(4)由于 机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加，易造 成过负荷。 发电机进相运行的必要性 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 0001 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 xdxq，故 p2m0；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：发电机的静稳定和 动稳定限制； 发电机的暂态和动态稳定限制； 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，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；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； 定子电压要下降，定子电流要 增加，输出的有功至少要小于（0.50.6）pn，定子电流接近或略 高于其额定值；定子边段铁芯和金属结构件温度会增加； 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(s0.005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（5060）pn，同时增加励磁电流， 使发电机恢复同步。 科 学 技 术 方 案 新力热电有限公司新力热电有限公司 1 1、2 2 号发电机组进相试验方案号发电机组进相试验方案 吉林省电力有限公司电力科学研究院吉林省电力有限公司电力科学研究院 二二六年六月六年六月 密 级：机密 质量记录号：qxt.ljdkj1012002 编 号：2006-01 项目名称：新力热电有限公司1、2号发电机组进相试验方案 负责单位：吉林省电力有限公司电力科学研究院 委托单位：新力热电有限公司 项目负责人：徐景彪 主要参加人员：界金星 谢春瑰 赵利全 编 写：徐景彪 初 审：界金星 审 定： 吉林省电力有限公司电力科学研究院 马卫平 新力热电有限公司 吉林省电力调度中心 曲振军 批 准： 吉林省电力有限公司电力科学研究院 王振杰 新力热电有限公司 吉林省电力调度中心 摘摘 要要 叙述了新力热电有限公司 1、2 号发电机组进相静态稳定试验的内容、方法及步骤。 关键词：发电机 进相 静态稳定 试验 abstractabstract the all leading phase static-state stabilization testing contents, means and processes of no.1 and no.2 generator set in xinli thermoelectric power co. ltd are recited. keywords: generator leading phase static-state stabilization test 目目 录录 1 前言.1 2 主设备参数.1 3 试验仪器及测录参数.1 4 试验应具备的条件及准备工作.2 5 机组进相试验.2 6 试验组织分工.5 7 安全注意事项.5 附件 1、2号发电机组进相试验前功率圆图计算结果.5 1 前言 新力热电有限公司 1、2 号发电机均系俄罗斯生产的 1252 型发电 机，并列运行于该公司 220kv 母线上，通过 220kv 热源甲、乙线与新力一次变相联。为了 实现 1、2 号发电机进相运行，根据吉林省电力调度中心和新力热电有限公司的要求，特编 制本进相试验方案，来确定机组实际的进相调压能力及进相深度，保证机组在进相运行时 能够安全、稳定运行。 本次进相试验，主要是测录 1、2 号发电机组在迟相和进相区的稳态参数，然后根据发 电机变参数模型，计算出机组的进相稳定范围。 2 主设备参数 2.1 发电机 型 式： 1252 额定有功功率： 125 mw 额定功率因数： 0.85 额定定子电压： 10.5 kv 额定定子电流： 8086 a 额定转子电流： 1850 a 纵轴同步电抗： 203.7 定子漏电抗： 2.2 主变压器 形 式： sfp9150000/220 额定容量： 150 mva 额定电压： 24222.5/10.5 kv 短路阻抗： 13.3 2.3 pt 及 ct 变比 发电机出口 pt： 10/0.1 kv 6kv 厂用母线 pt： 6/0.1 kv 220kv 母线 pt： 2200.1 kv 发电机测量 ct： 10000/5 a 3 试验仪器及测录参数 3.1 试验仪器：etm61 型电力参数采集仪（01000204 号） 。 3.2 接入参量：发电机定子三相电压、定子三相电流、转子电流、转速信号，220kv 母线 电压，6kv 厂用母线电压。 4 试验应具备的条件及准备工作 4.1 发电机功角表及发电机双向无功功率变送器已经装好并经过检验。 4.2 励磁调节器运行正常，增、减励磁调节应准确。 4.3 6kv 厂用母线工、备电源切换正常。 4.4 汽机、锅炉能承受发电机甩负荷的冲击，发电机甩负荷后应能维持空载运行，并具备 短时间内重新并网的能力。 4.5 请新力热电有限公司根据 4.4 项条款，做好机组进相试验事故预想及措施。 4.6 请新力热电有限公司与省调确定具体试验日期和时间，并由省调通知相邻一次变电所， 确保试验过程中系统安全运行。 4.7 在发电机停机时，接好试验所用仪器。 4.8 将发电机失磁保护、调节器低励限制单元及振荡解列装置退出，机组其它保护按正常 方式投运。 4.9 机组在并网前，请值长通知试验人员，以便对录波仪的 和 il进行标定。 4.10 发电机按正常方式升压并网，并带负荷至 60mw，励磁调节器在自动通道，6kv 厂 用母线由高厂变供电运行。 4.11 如果两台机组同时运行，则当一台机组试验时，将另一台机组机的励磁调节器控制 方式改为“fcr” 运行（手动控制） 。 4.12 机组在进相试验前，要将试验机组和非试验机组的无功调至最大,具体数值视当时情 况由试验指挥来定。 。 5 机组进相试验 5.1 调节器在自动通道，将发电机有功功率保持在 60mw。 5.2 分阶段减少发电机励磁，发电机无功功率每减少 10mvar（进相区 5mvar）并稳定之 后，测录一次发电机运行参数，直至发电机无功功率不低于-36mvar、发电机定子电压不 低于 9.8kv、6kv 厂用母线电压不低于 5.9kv、380v 厂用母线电压不低于 370v 为止。 5.3 增加发电机励磁，将发电机调至迟相区正常运行点，将发电机有功功率调整并保持在 80mw。 5.4 缓慢增加发电机励磁至发电机无功功率不高于 50mvar、发电机定子电压不高于 11kv 并稳定之后，测录发电机运行参数。 5.5 分阶段减少发电机励磁，发电机无功功率每减少 10mvar（进相区 5mvar）并稳定之 后，测录一次发电机运行参数，直至发电机无功功率不低于-29mvar、发电机定子电压不 低于 9.8kv、6kv 厂用母线电压不低于 5.9kv、380v 厂用母线电压不低于 370v 为止。 5.6 增加发电机励磁，将发电机调至迟相区正常运行点，将发电机有功功率调整并保持在 100mw。 5.7 缓慢增加发电机励磁至发电机无功功率不高于 50mvar、发电机定子电压不高于 11kv 并稳定之后，测录发电机运行参数。 5.8 分阶段减少发电机励磁，发电机无功功率每减少 10mvar（进相区 5mvar）并稳定之 后，测录一次发电机运行参数，直至发电机无功功率不低于-20mvar、发电机定子电压不 低于 9.8kv、6kv 厂用母线电压不低于 5.9kv、380v 厂用母线电压不低于 370v 为止。 5.9 增加发电机励磁，将发电机调至迟相区正常运行点，将发电机有功功率调整并保持在 125mw。 5.10 缓慢增加发电机励磁至发电机无功功率不高于 50mvar、发电机定子电压不高于 11kv 并稳定之后，测录发电机运行参数。 5.11 分阶段减少发电机励磁，发电机无功功率每减少 10mvar（进相区 5mvar）并稳定之 后，测录一次发电机运行参数，直至发电机无功功率不低于-10mvar、发电机定子电压不 低于 9.8kv、6kv 厂用母线电压不低于 5.9kv、380v 厂用母线电压不低于 370v 为止。 5.12 增加发电机励磁，将发电机调至迟相区正常运行点。 5.13 投入发电机失磁保护、调节器低励限制单元及振荡解列装置，将另一台机组的励磁 调节器投入“自动”组运行。 5.14 拆除试验接线，试验结束。 6 试验组织分工 6.1 整个试验由省电科院统一指挥。 6.2 省电科院负责试验仪器接线，新力热电有限责任公司配合。 6.3 省电力调度中心负责试验期间的机组出力调度。 6.4 新力热电有限公司负责整个试验过程中的运行设备操作。 6.5 省电科院负责各项试验、数据处理、计算分析及编写试验报告。 7 安全注意事项 7.1 所有参加本试验的人员均应熟悉本试验方案，做到心中有数。 7.2 试验要统一指挥，各司其职，时刻注意保障人身和设备的安全。 7.3 试验中调整操作的值班员应由有经验的人员担任，该值班员应熟悉机组励磁调节器的 性能及操作。 7.4 在机组进相区内进行减磁操作过程中，当停止减励磁情况下发电机功角继续增加时， 说明发电机已达到失稳点，此时应快加励磁以维持发电机组运行稳定。 7.5 在机组进相试验过程中，如果发生机端电压、无功、励磁电流等参数摆动或其它异常 现象，应立即停止试验并恢复发电机正常运行工况，待问题查清并解决后再继续进行试验。 7.6 在整个试验过程中，应控制好发电机冷却系统的运行，注意监视发电机定子线圈及定 子铁芯温度，以保证不超过允许温升的限制。 7.7 运行当班人员做好事故预想及安全措施，并在试验地点附近的运行设备挂上“正在运 行”标志。 7.8 试验结束后拆除试验接线时，应特别注意防止 ct 开路和 pt 短路及保护误动。 7.9 安全负责人：徐景彪及当值值长。 附件 1、2号发电机组进相试验前功率圆图计算结果 计算条件：220kv系统电压：242kv；并列机出力88j20mva。 稳态参数测定试验电压控制范围，发电机9.811kv，系统 250kv。 静稳极限为70。 附表 发电机进相试验前功率圆图计算数据 进 相 静 稳 极 限 范 围进 相 电 压 控 制 范 围迟 相 电 压 控 制 范 围 p (mw) q (mvar) u (kv) i (ka) () u220 (kv) q (mvar) u (kv) i (ka) () u220 (kv) q (mvar) u (kv) i (ka) () u220 (kv) 121-18.7 10.12 6.98 70.0 239.9-18.7 10.12 6.43 70.0 239.9 55.511.0 6.98 43.3 244.70 110-22.2 10.0 8 6.43 70.0 239.83 -22.210.0 8 6.43 70.0 239.8 3 54.311.0 0 6.44 40.6 244.57 99-25.8 10.0 5 5.88 70.0 239.74 -25.810.0 5 5.88 70.0 239.7 4 53.111.0 0 5.90 37.9 244.64 88-29.4 10.0 1 5.35 70.0 239.64 -