汽轮发电机的进相运行

1、 发电机进相运行现代生产和现代生活离不开电力。电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需要。而且也要对电能质量满足要求。如同其它产品一样。电能也是具有质量优劣之分的。电压是电能的直要指标之一。超出一定范围的电压会对电力用户及电网的安全经济运行带来不良的影响。随着电力体制改革的逐步深入电力企业逐步实行商业化运营。为满足电力供应的同时，必须为用户提供优质可靠的电力，以适应社会经济发展的需要。现负荷另一最大的特点为峰谷差越来越大。电力系统的电压高低和无功功率的平衡情况有关。无功功率欠缺时，电压水平降低，无功功率有剩余时，电压就会上升。在节、假日或后夜低负载时，有可能出现无功功率过剩以致电压升高超出

2、容许范围的情况。这个问题随着电力系统的不断发展的不断发展，大型机组，长距离超高压输电线路及供电电缆线路的大量增加，必将更趋严重。为把电压降低到容许范围内。可以在变用站等调相机或在线路上装设并联电抗器，但要增加额外的投资。如果利用发电机进相运行来吸收系统处时的无功功率，则既可以节省投资，也比较方便。从理论上讲，发电机本身是可以进相运行的。所谓进相，即功率因数是超前的，发电机的电流超前于端电压，此时发电机仍向系统还有功功率，但吸收无功功率，励磁电流较小，发电机处于低励磁情况下运行。发电机进相运行时，我们主要应注意两问题：静态定性降低；端部漏磁引起定子端部温度升高。下面分析解析以上两个问题。一、静态

3、稳定性降低。发电机的输出有功功率Pdc和功角的关系为：Pdc=m·UEo/xd· sin，这里，发电机的定子电势Eo，与励磁电流IL有关，IL大，则Eo大，IL小；则Eo小。假定发电机原来在迟相情况下运行，对应的功角特性为图中的曲线1。 此时励磁电流IL1所对应的电热为Eo1，则线的幅值为Pdcl=m·U·Eo1/xd。在输出有功功率为Pl时，运行点为al，所对应的功角为l。现降低功磁电流，使发生电机在低励磁IL2时的进相状态下运行，此时与IL2对应的电势为Eo2，对应的特性为曲线2，共幅值为Pdc2=m·U·Eo2/xd。在输出有功

4、功率不变的情况下，运行点变为a2，所对应的功角为2。显然，2>1，进相时角更接近90°；易失去稳定。如果发电机经过变压器和长输电线再连到系统母线上，静态稳定性将进一步降低。从发电机的静态稳定出发，可以根据计算或试验得出。有自动调整励磁装置的发电机，进相对容许出力要大一些。二、端部漏磁引起定子端部温度升高。定子端部温度升高，主要指的是定子边段铁芯齿部、齿压板、压圈等端部中温度升高。它是端部漏磁增加所引起的。发电机端部的漏磁是由定子绕组端部漏磁和转子绕组的端部漏磁合成的。它的大小，与发电机的类型、结构端部部件所用材料，气隙大小等因素有关，还与定子电流的大小和功率因数等因素有关。端部

5、漏磁场的分布是比较复杂的。在电机的槽部，实际上可以认为只有磁通密度的经向分量，而端部则包括磁通密度的经向分量，轴向分量和切向分量。不过，定子端部边段缺芯的损耗和温升，主要与磁通密度的轴向分量有关。因为这个分量沿垂直方向穿入边段铁芯，齿压板和压圈，会在这些部件中感应涡流。并产生涡流、磁滞损耗。因此，定子铁芯或电磁性材料制成的压圈，转子护环等部分就会通过相关大的漏磁通。因为端部漏磁场和主磁场一样，在空间也是以同步速旋转的，它对定子有相对运动，故在定子端部边段铁芯、齿压板、压圈等部件中就产生损耗并使之发热。当发电机进相运行时，端部的发热变得更加严重。因为，定子绕组端部漏磁通和转子绕组端部漏磁通的合成

6、是相量相加，当定子电流和端电压相位由落后变为超前时，合成磁势就会变大。我们可借用分析主磁场的简化向量图来分析。图为隐极或同步发电机的电势、磁势简化向量图。A是功率因数滞后的，B是功率因数超前的。向量图一部分说明发电机母线电压U加上同步电抗上的压降jixd等于电势E。 向量图的另一部分由F0、Fs、F组成的是磁势图，它是和电势向量图相对应。F0是转子绕组流过励磁电流产生的转子磁势，它的磁场在定子浇组里感应电势E0，E0比F0落后90°。Fs是定子绕组流过定子电流所产生的定子磁势，它的磁场在定子绕组中适应电枢反电势Esd、Esd比Fs落后90°。F则是F0和Fs向一相加的合成磁

7、势，它在电路里对应的则是端电压U。由图中不难看出，当C0S滞后时，F0和Fs相加之后，合成的磁势F变小；而当C0S超前时，F0和FS相加之后，合成的磁势F变大。这可以粗略地看出，前者定子磁势对转子磁势是去磁的，后者是助磁的。虽然在端部，定子和转子的漏磁磁路不同，磁势产生磁通的效果与主磁场的不同，但去磁和助磁的作用，与主磁场的情况是相似。为了进一步分析当C0S改变对子端部漏磁通的影响。可由下图进一步理解。图（a）是磁势向量图。图（b）是表示由这些磁势产生的端部漏磁通量值大小的示意图。假定定子磁势引起的端部漏磁通为ds，取一定的比例尺就可用AC表示，而转子磁势产生的进入定子端部区域的漏磁通，由于需

8、经过磁阻较大的气隙，其量较小故用转子全部漏磁通的一部分do表示，在AB线上截取一段AD入AB代表它（入<1）。于是，整个定子端部区域的合成漏磁通dh为上述二个向量相加，假设发电机端电压不变，于是合成磁势F不变，即图中的BC不变；又设定子电流不变，于是定子磁势Fs也不变，即图中的AC不变。仅改变励磁电流，即改变转子磁势F0时。如图（C），则A定的轨迹应是以C点为圆心AC为半经的圆。D点的轨迹也是一个圆，其圆心在0点半经为OD。O点是由点作平行于AC的OD，使之与BC相交而得。由图中可以看出，C0S=1时，合成的漏磁通比C0S滞后时的大，C0S超前时，比C0S滞后时的合成漏磁通更大，即CD2

9、>CD1>CD.这从理论上说明了发电机进相运行时端部漏磁会增加并导致定子端部温度升高.为了减少端部漏磁场大型机组护环采用了非导磁合金钢材料.所以护环对定子端部发热影响这里不在多述。 据我国的某些电厂对汽轮发电机的进相检验得知，进相时定子端部的温升分布是不均匀的，汽轮发电机的端部最高温升往往出现在压圈上。对于大多数发电机来说，在静态稳定的限额内运行时，定子端部发热是不严重的。京能电厂的；四台发电机均为QFSN-200-2型二极三相汽轮发电机，采用封闭式自循环通风系统，定子绕组及引出线采用水内冷，转子绕组采用氢内冷。定子铁芯和其它结构采用氢表面冷却。机内转子两端带轴流式风扇。沿转子轴向

10、分为九个风区，四个冷风区，五个热风区四角布置有四台竖式氢气冷却器。机内氢气由氢冷却器冷却。这种轴向分段通风系统，风扇后冷风分为两个部分，一部分冷风从电机的两端进入气隙，另一部分冷却风经过定子绕组的端部进入使定子端部得到很好的冷却。且采用进相运行大多在低负荷的夜晚和冬季。冷却器水温较低。能充分满足冷却要求。我厂配合内科院对1#4#机做了进相试验。根据国内外惯例，对发电机本身的稳定限制条件，一般规定为发电机功角不超70°，主要是考虑到发电机进相运行区时具有一定的承受负荷波动的能力。试验结果表明我厂1#4#机在有功 P（MW）机组Q（Mvar）(o)C0S2001-3465°-0

11、.9842-4670-0.9744-1661-0.9971801-4165-0.9752-5470°-0.9583-3964-0.9764-2860-0.9871401-4158-0.9582-4661.2-0.9503-4661-0.9504-3557-0.9701001-3347-0.9502-3448.8-0.9503-3348-0.9504-3348-0.950负荷140mw能下能满足进相功率因数-0.97的要求还应指出，由于进相运行时发电机出口母线电压降低，厂用母线电压也必然降低，因此，进相运行时，必需注意厂用电的安全运行。综上所述，在理解了发电机进相运行的特点后，运行人员在发电机进相调整注意以下