发电机与电网部分参数

1、发电机与电网协调关系发电机与电网协调关系主讲：白亚民主讲：白亚民1DL/T 331-2010 DL/T 331-2010 发电机与电网规划设计关键参数配合导则发电机与电网规划设计关键参数配合导则网厂分开带来新问题：某些现行标准（主要是制造标网厂分开带来新问题：某些现行标准（主要是制造标准，包括国际标准）追求降低成本，使发电机某些与准，包括国际标准）追求降低成本，使发电机某些与电网配合的性能不能满足我国电网安全稳定运行的要电网配合的性能不能满足我国电网安全稳定运行的要求，目前已经造成电网电力设备配备和运行的困难（求，目前已经造成电网电力设备配备和运行的困难（见图），为此从电网稳定运行对发电机的要

2、求进行研见图），为此从电网稳定运行对发电机的要求进行研究，在电力设备的究，在电力设备的配置设计、设备招标配置设计、设备招标等方面进行等方面进行规范。规范。223发电机电压和频率限值发电机电压和频率限值图中：图中：X轴轴频率频率 p.u.Y轴轴电压电压 p.u. IEC34-1-2004年第年第11版版对应国标对应国标GB755-2008发电机发电机电动机电动机34IEC34-3-2007年第年第6版版对应国标对应国标GB/T7064-20084标准编制的目的标准编制的目的为了适应厂网分开的电力体制改革要求，协调电源为了适应厂网分开的电力体制改革要求，协调电源和电网在规划、运行之间的矛盾，指导电

3、网规划和和电网在规划、运行之间的矛盾，指导电网规划和电网及电厂的设备采购对关键参数的技术要求，在电网及电厂的设备采购对关键参数的技术要求，在电网建设初期确立网机协调的基本条件，以提高整电网建设初期确立网机协调的基本条件，以提高整个电力系统的安全稳定运行水平，导则结合我国电个电力系统的安全稳定运行水平，导则结合我国电力规划和运行的实际情况，对电网与电源间的关键力规划和运行的实际情况，对电网与电源间的关键参数进行了相应规定。参数进行了相应规定。5发变组短路阻抗的问题发变组短路阻抗的问题电网组成系统的单个元件对系统的影响不可忽视，电网组成系统的单个元件对系统的影响不可忽视，相互间的协调和配合极为重要

4、。相互间的协调和配合极为重要。电源规划不合理可能造成输变电设备在某些地区无电源规划不合理可能造成输变电设备在某些地区无法满足系统短路电流的要求。法满足系统短路电流的要求。短路电流的抑制措施使得发电机运行范围变窄、电短路电流的抑制措施使得发电机运行范围变窄、电网无功支持能力和电压调节能力减弱，从而整个电网无功支持能力和电压调节能力减弱，从而整个电力系统的稳定性和可靠性降低。力系统的稳定性和可靠性降低。发电机新国标规定的运行电压和频率的限值范围变发电机新国标规定的运行电压和频率的限值范围变窄，若采取减小升压变短路阻抗来弥补因此带来的窄，若采取减小升压变短路阻抗来弥补因此带来的运行性能限制，又会增加

5、电网的短路电流水平。运行性能限制，又会增加电网的短路电流水平。如何选择合适的升压变短路阻抗成关键。如何选择合适的升压变短路阻抗成关键。6标准的主要内容和承担单位标准的主要内容和承担单位根据我国电网的实际情况，把电网的投资经济性与根据我国电网的实际情况，把电网的投资经济性与运行的安全稳定性综合考虑，规范了发电机和升压运行的安全稳定性综合考虑，规范了发电机和升压变关键参数的选择范围。变关键参数的选择范围。标准负责起草单位：标准负责起草单位：华东电网有限公司华东电网有限公司、华东电华东电力试验研究院有限公司力试验研究院有限公司、华北电力科学研究院有、华北电力科学研究院有限责任公司、浙江电力试验研究所

6、、东北电力科学限责任公司、浙江电力试验研究所、东北电力科学研究院、湖北电力试验研究院、广东电力试验研究研究院、湖北电力试验研究院、广东电力试验研究院、中国电能成套设备有限公司院、中国电能成套设备有限公司7讲课的主要内容讲课的主要内容对对DL/T 331-2010DL/T 331-2010做一些解释和宣贯。做一些解释和宣贯。对网机关系方面存在的与发电机有关的主要问题做对网机关系方面存在的与发电机有关的主要问题做一些阐述，相当于知识的普及。一些阐述，相当于知识的普及。发电机失磁异步运行发电机失磁异步运行发电机带励磁失步发电机带励磁失步发电机频率异常发电机频率异常发电机进相运行发电机进相运行发电机三

7、相不对称运行发电机三相不对称运行不局限在本标准内容的不局限在本标准内容的“部分规划设计参数部分规划设计参数”。8电网、发电机组及电源点电网、发电机组及电源点容量越来越大容量越来越大电网容量增加和发电机组单机容量以及电源点容量电网容量增加和发电机组单机容量以及电源点容量的增加总趋势不可改变：的增加总趋势不可改变：电网容量对发电机组容量比越大，抗单机扰动的电网容量对发电机组容量比越大，抗单机扰动的能力越强，也更稳定。电网容量小就可能有超过能力越强，也更稳定。电网容量小就可能有超过电网电网1010容量的机组并网或突然解列。容量的机组并网或突然解列。单机容量越大煤耗越低，更节能环保，超超临界单机容量越

8、大煤耗越低，更节能环保，超超临界等新技术适用于等新技术适用于660MW660MW以上大机组，目前最大火以上大机组，目前最大火电和核电都是电和核电都是1000MW1000MW及以上单机，水电单机最及以上单机，水电单机最大是大是700MW700MW。单个电源点越来越大，如广东台山地区火电加核单个电源点越来越大，如广东台山地区火电加核电已经电已经9000MW9000MW，三峡，三峡22400MW22400MW，目前总容量，目前总容量在在5000MW5000MW左右的电厂已经很多。左右的电厂已经很多。9网机协调的重要性网机协调的重要性大机组和大电网的协调，关系到电网的安全稳定运行，大机组和大电网的协调

9、，关系到电网的安全稳定运行，也就与发电、供电、用电企业的经济利益息息相关，也就与发电、供电、用电企业的经济利益息息相关，并影响到国计民生的稳定繁荣。并影响到国计民生的稳定繁荣。生活小例：生活小例：19901990年前后，我国电力供应紧缺，线损使年前后，我国电力供应紧缺，线损使前半夜灯泡暗，家里电压波动前半夜灯泡暗，家里电压波动170V170V240V240V，电压太低，电压太低或突然停电等可能烧毁电冰箱压缩机，为此购买电冰或突然停电等可能烧毁电冰箱压缩机，为此购买电冰箱保安器。原理是电压过低或过高跳闸，并来电后延箱保安器。原理是电压过低或过高跳闸，并来电后延时时5 5分钟合闸。分钟合闸。区域性

10、突然停电个人经历：宁夏区域性突然停电个人经历：宁夏19691969年夏。年夏。随后介绍几个历史的经验教训：美国西部大停电、台随后介绍几个历史的经验教训：美国西部大停电、台湾湾19991999全岛停电、北京全岛停电、北京19961996年初的大停电。年初的大停电。10美国西部电网崩溃情况美国西部电网崩溃情况19961996年美国西部电网年美国西部电网“7.27.2”和和“8.108.10”连续两次发生连续两次发生大面积停电事故，第一次停电时有两百万个用户受到影大面积停电事故，第一次停电时有两百万个用户受到影响，大多数用户停电达半小时之久；第二次停电更严重，响，大多数用户停电达半小时之久；第二次停

11、电更严重，影响到影响到750750万个用户，损失电量达万个用户，损失电量达4108.124108.12万度。与频万度。与频率异常有关。为此，美国率异常有关。为此，美国WSCCWSCC、NERCNERC、IEEEIEEE等做等做了很多网机关系的相关研究，至今仍然很有指导意义。了很多网机关系的相关研究，至今仍然很有指导意义。因天灾人祸，电网崩溃不可避免，为此需要尽量避免电因天灾人祸，电网崩溃不可避免，为此需要尽量避免电网大面积崩溃，尽快恢复电网供电。电厂作为电源点的网大面积崩溃，尽快恢复电网供电。电厂作为电源点的作用意义重大。作用意义重大。11台湾台湾19991999年大停电事故年大停电事故199

12、91999年夏季台湾省的大停电事故，停电用户数达年夏季台湾省的大停电事故，停电用户数达846846万，停电时间超过万，停电时间超过2020个小时，损失电量已超过上述个小时，损失电量已超过上述美国西部大停电事故。美国西部大停电事故。南北连接线的中部遭受泥石流断线，南部电力送不南北连接线的中部遭受泥石流断线，南部电力送不出去频率升高、北部负荷过重电力不足频率下降，出去频率升高、北部负荷过重电力不足频率下降，频率保护造成连锁反应，南北电网相继崩溃。频率保护造成连锁反应，南北电网相继崩溃。非常典型的频率异常处理不当，网机协调不够，扩非常典型的频率异常处理不当，网机协调不够，扩大了事故。大了事故。12难

13、忘的难忘的19961996年北京西部停电事故年北京西部停电事故19961996年年1 1月月1919日日1717时时1818分，北京城区西部突发停电分，北京城区西部突发停电事故，停电区域从中南海向西呈扇面形扩展。当时事故，停电区域从中南海向西呈扇面形扩展。当时正值下班高峰，西长安街地铁沿线全部停运，停电正值下班高峰，西长安街地铁沿线全部停运，停电冲击影响到中南海中央党政机关，中国金融中心、冲击影响到中南海中央党政机关，中国金融中心、中央广播电台、中央电视台、多家大型医院等首都中央广播电台、中央电视台、多家大型医院等首都极其重要的部门，仅金融中心的经济损失就以秒计极其重要的部门，仅金融中心的经济

14、损失就以秒计算。手电筒做手术、接生。大多数用户停电达几个算。手电筒做手术、接生。大多数用户停电达几个小时之久。事故停电造成的恶果让人心有余悸。小时之久。事故停电造成的恶果让人心有余悸。13网机协调的基本知识网机协调的基本知识一、安全问题：一、安全问题：电网无时无刻处于动态的调整之中，电网需要的电网无时无刻处于动态的调整之中，电网需要的有功和无功随用电设备变化，发电机和电网无功有功和无功随用电设备变化，发电机和电网无功调节设备应随时调整，使发电机发出有功和无功调节设备应随时调整，使发电机发出有功和无功之间与电网处于相对平衡状态，就保持相对稳定。之间与电网处于相对平衡状态，就保持相对稳定。突然变化

15、带来的扰动是不安全的起因。处理不好突然变化带来的扰动是不安全的起因。处理不好就扩大为电网事故。就扩大为电网事故。二、经济运行问题二、经济运行问题电网有个优化运行问题，发电机组也同样。追求电网有个优化运行问题，发电机组也同样。追求电网安全和设备安全的重要性远高于设备运行的电网安全和设备安全的重要性远高于设备运行的经济性考虑。电网要求电厂尽可能减少经济性考虑。电网要求电厂尽可能减少非计划非计划停停运，以保持相对的安全稳定状态。运，以保持相对的安全稳定状态。14要点一要点一系统扰动或发电机本身突发故障时，发电机系统扰动或发电机本身突发故障时，发电机可能进入非正常运行状态：系统振荡、电网可能进入非正常

16、运行状态：系统振荡、电网频率异常、短暂不对称运行、失磁、短路冲频率异常、短暂不对称运行、失磁、短路冲击等等，如果处理不当，不仅可能导致发电击等等，如果处理不当，不仅可能导致发电机的损坏，还可能使电网失去稳定，甚至造机的损坏，还可能使电网失去稳定，甚至造成电网崩溃事故。成电网崩溃事故。15要点二要点二根据电网需求发电机主动或被动进入的某些特殊运根据电网需求发电机主动或被动进入的某些特殊运行方式：进相运行、调峰运行、连续不对称运行等行方式：进相运行、调峰运行、连续不对称运行等等，也与电网的安全稳定运行关系密切，需要在保等，也与电网的安全稳定运行关系密切，需要在保证电网安全和发电机组设备安全前提下取

17、用适当的证电网安全和发电机组设备安全前提下取用适当的运行参数或保护定值。这就是网机关系的基本内容。运行参数或保护定值。这就是网机关系的基本内容。进相运行与电网其他无功设备一起调整无功。进相运行与电网其他无功设备一起调整无功。调峰运行适应负荷峰谷差。绿色风电在此为垃圾。调峰运行适应负荷峰谷差。绿色风电在此为垃圾。稳态负序运行电气铁路、炼钢厂稳态负序运行电气铁路、炼钢厂16需要我们了解的知识需要我们了解的知识发电机是电网的动力源，要保证电网安全和设备安发电机是电网的动力源，要保证电网安全和设备安全，还要保证经济运行（获取最大经济效益），要全，还要保证经济运行（获取最大经济效益），要知道我们能做什么

18、？还要了解发电机能做什么？知道我们能做什么？还要了解发电机能做什么？经济效益要服从安全问题。造价和安全、节能环经济效益要服从安全问题。造价和安全、节能环保低碳和安全，最好双赢，当鱼和熊掌不能兼得保低碳和安全，最好双赢，当鱼和熊掌不能兼得时，安全稳定更重要。时，安全稳定更重要。安全分清主次，在考虑电网和设备安全问题上，安全分清主次，在考虑电网和设备安全问题上，要兼顾还要有所舍弃。电网安全更重要，如机组要兼顾还要有所舍弃。电网安全更重要，如机组振荡立即跳机保机组，电网就可能崩溃。振荡立即跳机保机组，电网就可能崩溃。预先做好决策规划，做好事故预案，这是我们能预先做好决策规划，做好事故预案，这是我们能

19、做的。做的。以上内容不在今天讨论范围。以上内容不在今天讨论范围。17发电机的性能发电机的性能发电机应对电网扰动的能力发电机应对电网扰动的能力1 1、小扰动时发电机有动态稳定能力、小扰动时发电机有动态稳定能力2 2、承担三相不平衡负荷的能力、承担三相不平衡负荷的能力A A）暂态能力突发事故承受能力）暂态能力突发事故承受能力B B）稳态能力非正常运行方式）稳态能力非正常运行方式3 3、增减有功负荷（汽轮机增减输出）、增减有功负荷（汽轮机增减输出）4 4、调整无功和电压支撑（增减励磁）、调整无功和电压支撑（增减励磁）5 5、突然短路能力、突然短路能力18发电机组自身的局限发电机组自身的局限耐振荡能力

20、耐振荡能力机组越大能力越小（即允许运行参数波动范围越小）机组越大能力越小（即允许运行参数波动范围越小）调节无功能力调节无功能力受到系统和厂用电压以及静稳能力、端部发热等的制约受到系统和厂用电压以及静稳能力、端部发热等的制约承担负序负荷能力承担负序负荷能力转子表面过热不论暂态还是稳态转子表面过热不论暂态还是稳态短路电流能力短路电流能力机组越大相对能力越小（标幺值）机组越大相对能力越小（标幺值）19大型汽轮发电机失磁异步运行的故障实例大型汽轮发电机失磁异步运行的故障实例例如例如20022002年年5 5月，京津塘电网北京东距北京市中月，京津塘电网北京东距北京市中心心100100多公里的某电厂多公里

21、的某电厂1 1台台500MW500MW汽轮发电机在汽轮发电机在带带3535万有功、发出万有功、发出1010万乏无功正常情况下，因万乏无功正常情况下，因运行人员误操作（灭磁），突然进入失磁异步运行人员误操作（灭磁），突然进入失磁异步运行状态，从发出运行状态，从发出1010万乏无功瞬间变成吸收万乏无功瞬间变成吸收4444万乏无功（万乏无功（2828万万7070万振荡），故障状态持续万振荡），故障状态持续4 4分分1010秒，全网发电机振荡。秒，全网发电机振荡。20某厂某厂500MW汽轮发电机失磁前后的有功和无功波形汽轮发电机失磁前后的有功和无功波形发电机有功发电机有功发电机无功发电机无功21故障机

22、组对电网其他机组的影响故障机组对电网其他机组的影响事后调查分析，该发电机无功在事后调查分析，该发电机无功在-278-278-666Mvar-666Mvar之之间摆动（网调的显示该机最大摆动为间摆动（网调的显示该机最大摆动为-718Mvar-718Mvar），），有功在有功在290290450MW450MW之间摆动，频率在之间摆动，频率在49.949.951.0Hz51.0Hz之间摆动，定子电流在之间摆动，定子电流在9 926.5kA26.5kA之间摆动之间摆动；500kV500kV电压在电压在498498513kV513kV之间摆动；之间摆动；6kV6kV系统电系统电压在压在4.84.85.9

23、kV5.9kV之间摆动；张家口、秦皇岛及北京之间摆动；张家口、秦皇岛及北京地区的机组，有功、无功负荷均有地区的机组，有功、无功负荷均有1 12 2万摆动。万摆动。22发电机失磁异步运行分析发电机失磁异步运行分析汽轮机还在继续拖动发电机，异步转矩等于原动机转矩汽轮机还在继续拖动发电机，异步转矩等于原动机转矩，转子绕组失去励磁电流，靠转子表面的涡流维持继续，转子绕组失去励磁电流，靠转子表面的涡流维持继续发出有功和吸收无功。发出有功和吸收无功。因发电机失磁瞬间从发送无功的正常运行状态，阶跃为因发电机失磁瞬间从发送无功的正常运行状态，阶跃为吸收无功状态，对电网造成大幅度无功负荷冲击。吸收无功状态，对电

24、网造成大幅度无功负荷冲击。有限的短时异步运行使发电机可能因此恢复励磁，从而有限的短时异步运行使发电机可能因此恢复励磁，从而避免发电机紧急掉闸对热动力设备的冲击，若不能恢复避免发电机紧急掉闸对热动力设备的冲击，若不能恢复励磁，短时的异步运行也可以使机组负荷在解列前以适励磁，短时的异步运行也可以使机组负荷在解列前以适当速度减少或转至其他机组。当速度减少或转至其他机组。失磁异步运行对电网冲击较大，无论是立即从电网解列失磁异步运行对电网冲击较大，无论是立即从电网解列还是允许快速减负荷后短时运行，都会对电网造成冲击还是允许快速减负荷后短时运行，都会对电网造成冲击。失磁异步运行的有关规定失磁异步运行的有关

25、规定汽轮发电机失磁异步运行的能力及限制，很大程度上与汽轮发电机失磁异步运行的能力及限制，很大程度上与电网容量、机组容量、有否特殊设计等有关。电网容量、机组容量、有否特殊设计等有关。通常发电机的设计本身允许作短时失磁异步运行：通常发电机的设计本身允许作短时失磁异步运行：对间接冷却的发电机在定子电压接近额定值时，可带到对间接冷却的发电机在定子电压接近额定值时，可带到0.60.6倍的额定有功功率，此时定子电流不超过倍的额定有功功率，此时定子电流不超过1.01.11.01.1倍额定值倍额定值，失磁异步运行不超过，失磁异步运行不超过20min20min；直接冷却的直接冷却的300MW300MW及以下发电

26、机组可以在失磁后及以下发电机组可以在失磁后60s60s内减负内减负荷至额定有功功率的荷至额定有功功率的6060，90s90s内降至内降至4040，在额定定子电，在额定定子电压下带压下带0.40.4倍额定有功，定子电流不超过倍额定有功，定子电流不超过1.01.11.01.1倍时，发电倍时，发电机总的失磁运行时间不超过机总的失磁运行时间不超过15min15min。600MW600MW及以上机组的允许运行时间和减负荷方式由用户与及以上机组的允许运行时间和减负荷方式由用户与制造厂协商决定。制造厂协商决定。 水轮发电机一般不宜失磁运行。水轮发电机一般不宜失磁运行。24发电机失磁异步运行的安全限制条件发电

27、机失磁异步运行的安全限制条件发电机在具备如下条件时通常可以进入短时异步运行：发电机在具备如下条件时通常可以进入短时异步运行：电网有足够的无功容量维持合理的电压水平；电网有足够的无功容量维持合理的电压水平； 机组能迅速减少负荷（应自动进行）到允许水平；机组能迅速减少负荷（应自动进行）到允许水平； 发电机带的厂用供电系统可以自动切换到另一个电源，如果发电机带的厂用供电系统可以自动切换到另一个电源，如果在规定的短时运行时间内不能恢复励磁，则机组应当与系统在规定的短时运行时间内不能恢复励磁，则机组应当与系统解列；解列； 失磁后是立即解列还是允许机组快速减负荷并短时运行，应失磁后是立即解列还是允许机组快

28、速减负荷并短时运行，应当根据电网和机组的实际情况综合考虑。电网调度机构应当当根据电网和机组的实际情况综合考虑。电网调度机构应当与电厂就具体机组失磁后可能的运行方式达成协议。与电厂就具体机组失磁后可能的运行方式达成协议。25汽轮发电机耐振荡能力汽轮发电机耐振荡能力振荡基本概念振荡基本概念当发电机带励磁失步时，失步表示转速离开额定值，带当发电机带励磁失步时，失步表示转速离开额定值，带励磁表示发电机发出有功和无功，但电流偏离励磁表示发电机发出有功和无功，但电流偏离50Hz50Hz，电，电网还是网还是50Hz50Hz，等于两个不同频率正弦函数相加，先从数，等于两个不同频率正弦函数相加，先从数学上看看变

29、成什么函数：学上看看变成什么函数：发出电流频率与电网不同的结果是产生差拍振荡，电流发出电流频率与电网不同的结果是产生差拍振荡，电流幅值等于原电流的两倍，振荡频率等于两个正弦函数频幅值等于原电流的两倍，振荡频率等于两个正弦函数频率之差。率之差。)sin()(2sinsinBABA26发电机发电机E电力系统电力系统Un当发电机当发电机E频率与电力系统频率与电力系统U频率不等时，产生频率不等时，产生差拍振荡。差拍振荡。振荡振荡UmaxEU，振荡，振荡UminEU，振荡，振荡的频率的频率ffEfU的差值。的差值。振荡电流最大值：振荡电流最大值： Imax= (EU ) / z振荡电流最小值：振荡电流最

30、小值： Imin= ( EU ) / z例如：当频率差为例如：当频率差为1时（如时（如5049），振荡频），振荡频率就是率就是1Hz，即每秒钟一次。特征明显。，即每秒钟一次。特征明显。27发电机发生振荡的电压和电流特征发电机发生振荡的电压和电流特征若为指针式仪表可以看到电压、电流、有功、无功等的摆动若为指针式仪表可以看到电压、电流、有功、无功等的摆动28振荡的危害振荡的危害1 1发电机端部松动发电机端部松动电流超额定值，即振荡期间有电流冲击，而绕组端部的电流超额定值，即振荡期间有电流冲击，而绕组端部的受力与电流的平方成正比，若电流小于受力与电流的平方成正比，若电流小于7070的三相短路的三相短

31、路电流，最大受力就小于三相短路时的电流，最大受力就小于三相短路时的1/21/2，仍可能破坏发，仍可能破坏发电机绕组端部的紧固性。电机绕组端部的紧固性。正常运行时定子绕组端部处于长期的正常运行时定子绕组端部处于长期的100Hz100Hz振动力作用振动力作用下，若因过流冲击产生结构松弛，固有频率也会随之改下，若因过流冲击产生结构松弛，固有频率也会随之改变，可能出现共振，即使没形成整体共振，松弛现象也变，可能出现共振，即使没形成整体共振，松弛现象也必然逐渐加重，最后是绝缘磨损和短路接地。必然逐渐加重，最后是绝缘磨损和短路接地。29振荡的危害振荡的危害2 2对转子轴的伤害对转子轴的伤害振荡时发电机发出

32、的有功功率呈周期性变化，其最振荡时发电机发出的有功功率呈周期性变化，其最大值可达额定值的大值可达额定值的2 2倍，即转子大轴上产生周期性过倍，即转子大轴上产生周期性过负荷的扭转应力变化，这种周期性应力变化的影响负荷的扭转应力变化，这种周期性应力变化的影响在金属材料上是累积的，可以造成金属材料的寿命在金属材料上是累积的，可以造成金属材料的寿命损失，积累到一定程度就产生金属疲劳断裂。损失，积累到一定程度就产生金属疲劳断裂。研究表明：汽轮发电机承受振荡的能力，主要由转研究表明：汽轮发电机承受振荡的能力，主要由转子大轴轴系寿命损失的程度决定。所以在制定有关子大轴轴系寿命损失的程度决定。所以在制定有关发

33、电机运行的标准时，限制条件是轴系的规定。发电机运行的标准时，限制条件是轴系的规定。30为什么大机组的问题更严重为什么大机组的问题更严重发电机容量越大，额定电流越大。电流产生的电磁发电机容量越大，额定电流越大。电流产生的电磁力大小与电流的平方成正比关系，电流大产生的机力大小与电流的平方成正比关系，电流大产生的机械力冲击就更大得多，而汽轮发电机受转子离心力械力冲击就更大得多，而汽轮发电机受转子离心力限制，转轴直径不能无限继续增大，转轴的强度也限制，转轴直径不能无限继续增大，转轴的强度也就不能随机组增大而增加，就使大机组耐振荡能力就不能随机组增大而增加，就使大机组耐振荡能力较弱。更易于在振荡之后产生

34、大轴断裂问题。较弱。更易于在振荡之后产生大轴断裂问题。单机容量占电网容量的比重越大，振荡对电网其他单机容量占电网容量的比重越大，振荡对电网其他机组的冲击也越大。处理不当更可能造成连锁反应。机组的冲击也越大。处理不当更可能造成连锁反应。31振荡电流造成的发电机附加发热问题振荡电流造成的发电机附加发热问题发电机定子允许过流公式：发电机定子允许过流公式：容量在容量在1200MVA1200MVA及以下，电机允许的过电流时间与过电及以下，电机允许的过电流时间与过电流倍数以下式表示：流倍数以下式表示： （I I2 2-1-1）t t=37.5s=37.5s研究表明：设发电机变压器组高压侧短路电流约为研究表

35、明：设发电机变压器组高压侧短路电流约为额定电流的额定电流的2.52.5倍，如果振荡电流幅值等于高压侧短倍，如果振荡电流幅值等于高压侧短路电流，则定子绕组发热允许时间为路电流，则定子绕组发热允许时间为17.617.6秒。即持秒。即持续十几秒的振荡造成的绕组过热在允许值内。续十几秒的振荡造成的绕组过热在允许值内。32振荡的应对措施振荡的应对措施300MW300MW及以上大机组需要限制带励磁失步的时间，通常及以上大机组需要限制带励磁失步的时间，通常用振荡周期考核，目前规定在振荡电流低于三相短路电用振荡周期考核，目前规定在振荡电流低于三相短路电流的流的7070以下时，允许振荡以下时，允许振荡5 520

36、20个振荡周期，要求制造个振荡周期，要求制造厂提供此判据，主要依据是轴系的强度设计。有时需要厂提供此判据，主要依据是轴系的强度设计。有时需要进行计算机的仿真计算。进行计算机的仿真计算。当振荡起因为发变组内部故障时，应当振荡起因为发变组内部故障时，应立即立即与电网解列，与电网解列，即清除振荡源，保机组也保电网。即清除振荡源，保机组也保电网。延迟几个振荡周期是为保电网，机组则承担有限损失。延迟几个振荡周期是为保电网，机组则承担有限损失。33频率异常是电网的常见故障。频率异常是电网的常见故障。电能主要指标：电压、波形、频率电能主要指标：电压、波形、频率国内外多次电网崩溃事故与发电机与电网之间的频国内

37、外多次电网崩溃事故与发电机与电网之间的频率不一致引起。率不一致引起。19991999年夏季台湾全岛大停电是典型事故。年夏季台湾全岛大停电是典型事故。南北负荷和电源分布差异。南北负荷和电源分布差异。当连接线断了以后，电源区域负荷不足电网频率过高只当连接线断了以后，电源区域负荷不足电网频率过高只能甩一些发电机；而负荷区域失去足够电压支撑只能能甩一些发电机；而负荷区域失去足够电压支撑只能“低周减载低周减载”，结果是崩溃。，结果是崩溃。频率异常问题是网机协调关系既要保电网又要保设频率异常问题是网机协调关系既要保电网又要保设备的典型问题。目前研究比较成熟，有结论性意见备的典型问题。目前研究比较成熟，有结

38、论性意见。34发电机组频率异常的影响发电机组频率异常的影响同步发电机本身对频率的适应性很宽，偏离额定值使运同步发电机本身对频率的适应性很宽，偏离额定值使运行效率下降，但短期的偏离不足以威胁设备安全。行效率下降，但短期的偏离不足以威胁设备安全。美国的电力系统采用美国的电力系统采用60Hz60Hz工频，我国为工频，我国为50Hz50Hz工频，在引工频，在引进美国大型发电机制造技术时，初期的进美国大型发电机制造技术时，初期的300MW300MW和和600MW600MW汽轮发电机建立在汽轮发电机建立在60Hz60Hz基础上。长期偏离额定基础上。长期偏离额定频率运行属非标准设计，可能出问题。频率运行属非

39、标准设计，可能出问题。山东石横电厂山东石横电厂330MW330MW全氢冷汽轮发电机是引进西屋技术第一全氢冷汽轮发电机是引进西屋技术第一台机，运行中引线因共振过大造成疲劳断裂。专家分析是原机台机，运行中引线因共振过大造成疲劳断裂。专家分析是原机可以避开可以避开60Hz60Hz电流系统的共振，但电流系统的共振，但50Hz50Hz没有避开。经查国际没有避开。经查国际上同样情况的多台发电机均出事。上同样情况的多台发电机均出事。偏离额定频率短时运行的限制因素在于汽轮机末级叶片偏离额定频率短时运行的限制因素在于汽轮机末级叶片，必须避免叶片产生谐振。，必须避免叶片产生谐振。35表表 频率异常允许运行时间频率

40、异常允许运行时间36对频率异常允许运行时间和频率的说明对频率异常允许运行时间和频率的说明耐频率异常能力由汽轮机而不是发电机决定。耐频率异常能力由汽轮机而不是发电机决定。汽轮机的问题集中在末级叶片的固有频率，每台汽汽轮机的问题集中在末级叶片的固有频率，每台汽轮机取决于设计要求，不可能一致。轮机取决于设计要求，不可能一致。由于产生的是机械方面的影响，效果是累积的，故由于产生的是机械方面的影响，效果是累积的，故规定了每种频率范围下每次允许时间，还要规定累规定了每种频率范围下每次允许时间，还要规定累计时间。计时间。上表产生基础：美国西部大电网大停电事故以后，上表产生基础：美国西部大电网大停电事故以后，

41、西北系统协调委员会（西北系统协调委员会（WSCC)WSCC)、北美电力可靠性委、北美电力可靠性委员会（员会（NERC), IEEE, CIGRENERC), IEEE, CIGRE和和EPRIEPRI等组织进行了等组织进行了大量网机关系问题研究，其中防止频率异常造成电大量网机关系问题研究，其中防止频率异常造成电网事故的研究结果。网事故的研究结果。37对频率异常运行的有关规定说明对频率异常运行的有关规定说明已经形成标准，如：已经形成标准，如：DL/T 970-2005DL/T 970-2005大型汽轮发电机非正常和特殊运行及维护大型汽轮发电机非正常和特殊运行及维护导则导则JB/T10499-20

42、05JB/T10499-2005透平型发电机非正常运行工况设计和应透平型发电机非正常运行工况设计和应用导则用导则因为涉及制造，故适用大型（因为涉及制造，故适用大型（300MW300MW以上）新机组。以上）新机组。发电机应装设低频保护，保护动作于信号并有低频累计发电机应装设低频保护，保护动作于信号并有低频累计时间显示。低频保护的跳闸设定应与制造厂协商并符合时间显示。低频保护的跳闸设定应与制造厂协商并符合相关标准。相关标准。运行中措施是调度和运行人员在管理层面的，如紧急情运行中措施是调度和运行人员在管理层面的，如紧急情况下的低周减载。况下的低周减载。38发电机进相运行问题发电机进相运行问题发电机进

43、相运行的基本概念：发电机进相运行的基本概念：正常运行时发电机发出的电流波形滞后于电压波形，正常运行时发电机发出的电流波形滞后于电压波形，即向系统发出无功，当减少发电机励磁电流，即改变即向系统发出无功，当减少发电机励磁电流，即改变coscos，使相位角逐步减少，当相位角降到零时，电压，使相位角逐步减少，当相位角降到零时，电压就与电流同相位了，再继续减少励磁，电流相位就超就与电流同相位了，再继续减少励磁，电流相位就超前于电压，这时发电机就从向系统发出无功功率的迟前于电压，这时发电机就从向系统发出无功功率的迟相运行变成从系统吸收无功功率的进相运行。调节系相运行变成从系统吸收无功功率的进相运行。调节系

44、统无功目的是调节系统电压，维持系统稳定运行。统无功目的是调节系统电压，维持系统稳定运行。39电网对发电机进相运行的需求电网对发电机进相运行的需求发电机与电力系统运行关系密切。电网管理部门要求发电机与电力系统运行关系密切。电网管理部门要求发电机应当具备按照电网需求在数分钟内发电机应当具备按照电网需求在数分钟内随时进入随时进入进相运行的能力（进相运行的能力（电网运行准则电网运行准则DL/T1040-DL/T1040-20072007）。）。发电机在设计时已具备了带额定负荷进相运行范围可发电机在设计时已具备了带额定负荷进相运行范围可以达到超前功率因数以达到超前功率因数0.950.95的能力。但不等于

45、在实际运行的能力。但不等于在实际运行中有这样大的进相能力，还有许多设计时无法预料的中有这样大的进相能力，还有许多设计时无法预料的运行因素限制进相能力。运行因素限制进相能力。40典型的发电机运行典型的发电机运行P PQ Q图图41为什么要进行进相试验？为什么要进行进相试验？制造时仅能考虑励磁调节性能和定子端部附加发热情况，实际进制造时仅能考虑励磁调节性能和定子端部附加发热情况，实际进相运行时还必须考虑与电力系统的关系，如静稳定、系统电压和相运行时还必须考虑与电力系统的关系，如静稳定、系统电压和厂用电压的变化。只有通过进相试验才能确定对发电机和系统都厂用电压的变化。只有通过进相试验才能确定对发电机

46、和系统都是安全的进相范围，通常比发电机设计范围小一些。是安全的进相范围，通常比发电机设计范围小一些。发电厂并网运行安全性评价发电厂并网运行安全性评价把把进相运行试验进相运行试验纳入评审必备项纳入评审必备项目，要求电厂向调度部门提交有资格的试验部门按规定进行的进目，要求电厂向调度部门提交有资格的试验部门按规定进行的进相试验报告，以此安全满足系统调整无功功率运行的要求相试验报告，以此安全满足系统调整无功功率运行的要求。42进相运行试验需要考虑的问题进相运行试验需要考虑的问题定子端部的附加发热问题，必要时需要预埋温度测点。定子端部的附加发热问题，必要时需要预埋温度测点。励磁系统可以满足发电机静稳定的

47、要求。励磁系统可以满足发电机静稳定的要求。系统的结构：系统的结构：输电线路离负荷中心的距离，线路本身的无功需要，无功补偿装置情况输电线路离负荷中心的距离，线路本身的无功需要，无功补偿装置情况电厂附近的负荷特点（炼钢厂、电铁、工业用电）电厂附近的负荷特点（炼钢厂、电铁、工业用电）电厂的同型机组、同样出线结构的数量，有否后续机组电厂的同型机组、同样出线结构的数量，有否后续机组发电机有无负荷开关发电机有无负荷开关高厂变有载调压与备用变高厂变有载调压与备用变电厂其他机组的该机进相试验时的调整电厂其他机组的该机进相试验时的调整密切关注该机所带厂用电压的变化密切关注该机所带厂用电压的变化记录高压出线系统电

48、压的变化记录高压出线系统电压的变化电厂应根据发电机进相试验绘制指导实际进相运行的出力电厂应根据发电机进相试验绘制指导实际进相运行的出力图，并编制相应的运行规程，根据电网的需要进相运行。图，并编制相应的运行规程，根据电网的需要进相运行。43进相试验时具体规定进相试验时具体规定厂用电压的限制则主要取决于系统配置。厂用电压的限制则主要取决于系统配置。实际进相运行能力由进相试验（通常在实际进相运行能力由进相试验（通常在0.5P0.5PNN1.0P1.0PNN间间取取3 34 4点）确定安全的进相范围，进相试验的限值如下：点）确定安全的进相范围，进相试验的限值如下：定子端部发热不得超过定子端部发热不得超

49、过GB/T 7064GB/T 7064规定的温度限值；规定的温度限值；发电机静稳定发电机静稳定励磁调节器应投入，确保发电机不会励磁调节器应投入，确保发电机不会发生振荡，应监视发电机功角变化。发生振荡，应监视发电机功角变化。 的控制数值由电的控制数值由电网调度根据电网运行的稳定性和励磁调节器的性能决网调度根据电网运行的稳定性和励磁调节器的性能决定，为留安全裕度控制定，为留安全裕度控制 不超过不超过7070；厂用电压，通常控制在不低于额定电压的厂用电压，通常控制在不低于额定电压的95%95%90% 90% 。44定子绕组端部发热问题定子绕组端部发热问题45发电机实际进相运行有关的问题发电机实际进相

50、运行有关的问题新建或设备改造的发电机定子端部压指、屏蔽环、新建或设备改造的发电机定子端部压指、屏蔽环、边段铁心等处应预埋设检温计。边段铁心等处应预埋设检温计。励磁系统应采用可以在线调整低励限制定值的微励磁系统应采用可以在线调整低励限制定值的微机型励磁装置。机型励磁装置。运行应监视发电机双向无功功率和功率因数。根运行应监视发电机双向无功功率和功率因数。根据要求的进相深度，当静稳定成为限制进相因素据要求的进相深度，当静稳定成为限制进相因素时，应监视功角进相运行。时，应监视功角进相运行。 进相试验时进相试验时不能以启备变带厂用电不能以启备变带厂用电为准，因为不为准，因为不满足满足“按电网要求按电网要

51、求随时随时进相运行进相运行”的要求。这条的要求。这条已经写进国家电网公司已经写进国家电网公司发电厂反事故措施发电厂反事故措施。46次同步谐振次同步谐振 SSRSSR次同步谐振次同步谐振 SSRSSR即即 subsynchronous resonancesubsynchronous resonance指由于汽轮发电机组与具有串联补偿电容的输电系统间指由于汽轮发电机组与具有串联补偿电容的输电系统间的耦合作用而产生的机电振荡行为，因为系统对该振荡的耦合作用而产生的机电振荡行为，因为系统对该振荡所呈现的弱阻尼、无阻尼、甚至负阻尼特性，使这种振所呈现的弱阻尼、无阻尼、甚至负阻尼特性，使这种振荡的振幅呈逐

52、渐增大的趋势。振荡频率低于电网频率，荡的振幅呈逐渐增大的趋势。振荡频率低于电网频率，称为次同步谐振。称为次同步谐振。47近年发生的次同步谐振问题近年发生的次同步谐振问题大型汽轮发电机组远距离输电带来的问题。大型汽轮发电机组远距离输电带来的问题。伊敏、托克托、锦界等电厂，输电线路超过伊敏、托克托、锦界等电厂，输电线路超过400400公里公里，配置串联补偿电容可以减少线路的无功从而增大，配置串联补偿电容可以减少线路的无功从而增大传输功率，但有的在试运中发生次同步振荡事故，传输功率，但有的在试运中发生次同步振荡事故，发电机解列，有的甚至造成发电机组损坏。发电机解列，有的甚至造成发电机组损坏。发生次同步谐振与电网和发电机参数及其串补装置发生次同步谐振与电网和发电机参数及其串补装置的设计有关。的设计有关。出口土耳其出口土耳其600MW600MW汽轮发电机组损坏事故