发电机励磁系统进相运行试验与应用

1、发电机励磁系统进相运行试验与应用0 前言随着电力系统的发展，高压输电线路不断增加，线间和线对地电容相应增大，引起系统电容电流及容性无功功率的增长。当系统处于低谷时段，线路产生的无功功率过剩，使得系统电压升高。利用发电机在系统处于低谷期间进相运行吸收系统剩余无功功率，成为一种切实有效的调压方法，在电力系统中已得到广泛应用。1 发电机进相运行的概念发电机进相运行是一种同步低励磁正常稳定运行方式，相对于发电机静子电流Ig滞后于静子电压Ug的迟相运行而言，进相运行时功率因数是超前的，即发电机静子电流Ig超前于静子电压Ug。该方式运行时，发电机发出有功功率的同时，可不发或从系统吸收无功功率。图 1假定发

2、电机直接接于无限大容量电力系统。端电压Ug保持不变，设发电机电势为Eq，定子电流为Ig。功率因数角为，功角为，发电机同步电抗为Xd。如果调节励磁电流If, Eq随之发生变化，功率因数角同时发生变化。如果增加发电机励磁电流If,Eq变大，此时发电机负荷电流Ig产生去磁电枢反应，功率因数角是滞后的，即发电机定子电流Ig滞后于定子电压Ug，发电机同时向系统输送有功、无功功率。发电机这种运行状态称之为迟相运行状态，如图I (a)所示。反之，如果减小发电机励磁电流If，使发电机电势Eq减小，发电机负荷电流将产生助磁电枢反应，功率因数角变为超前，即发电机定子电流Ig超前于定子电压Ug，发电机向系统输送有功

3、功率，但从系统吸收无功功率。发电机这种运行状态称之为进相运行状态，如图1(b)所示。2 发电机进相运行优、缺点2.1 发电机进相运行优点与并联电抗器调压和同步调相机调压相比较，发电机进相运行调压简便可靠，不需要额外增加设备，只需改变发电机励磁系统的运行状态，即可达到平衡系统无功功率和调整系统电压的双重目的，既节省了设备投资，又获得了较高的社会效益和经济效益。2.2 发电机进相运行缺点2.2.1 静态稳定性降低问题当发电机输入功率受到一些微小的扰动，发生瞬时增大或减小时，如果不考虑励磁调节器的调节作用，发电机能在瞬时扰动消失后很快恢复到原来的稳定运行状态，称之为发电机静态稳定。反之，称之为静态不

4、稳定。电机学理论表明，发电机在进相运行时，其静态稳定性将会降低。随着发电机励磁电流的减小，进相程度增加，发电机功角逐渐增大，当功角接近于90度时，发电机将达到静态稳定极限。此时若再继续减小发电机励磁电流，发电机将进入不稳定区，从而失去稳定运行。实际上，发电机进相运行时，其稳定极限还与励磁调节器的性能有关。当发电机带自动励磁调节器运行时，其稳定性将大大提高，理论稳定极限将高于90度其进相能力也将大大提高。2.2.2 定子端部发热问题当发电机由迟相运行转入进相运行时，随着励磁电流的减小，发电机端部合成漏磁磁密度将大大增高，使定子端部铁心平面产生涡流而发热;此外，励磁绕组漏磁场主要经转子护环闭合，由

5、于励磁电流减小，励磁绕组端部漏磁场减弱，护环的饱和程度下降，减小了定子端部漏磁场所经过磁路的磁阻，从而使定子端部漏磁场增大，铁损加大，致使定子端部铁心发热。发热主要集中在发电机定子边段铁心、压圈、压指等端部构件上。当局部冷却不足时，将会出现温度过高现象，甚至超过允许值。早期生产的发电机，由于其端部结构比较简单，没有专门的降低端部磁密及加强冷却的措施。当发电机进相运行时，其端部温度升高很多，甚至超过发电机的允许温度极限，限制了发电机进相运行的深度。2.2.3 厂用系统母线电压降低问题大型发电机组多采用发电机出口自带厂用变压器，经降压后供厂用设备用电。当发电机进相运行时，随着励磁电流的降低，发电机

6、由发出无功变为吸收无功，迫使发电机出口电压下降，从而导致厂用母线电压降低，厂用辅机电动机转数降低，辅机出力降低，既而间接影响到发电机的功率输出。此外，厂用电压降低，还会使辅机电动机电流增大，定子线圈发热量增大，严重时将烧毁电动机。3发电机励磁系统进相运行试验发电机励磁系统是北京重型电机厂生产的三机励磁系统，自动励磁调节器是南京南瑞继电保护公司生产的SAVR-2000型发电机励磁调节器。发电机励磁系统的主要技术参数见表1。表 1 发电机励磁系统主要技术参数3.1 试验目的(1) 确定发电机进相运行能力，即摸清该发电机进相运行的限制条件(静稳极限、端部发热、厂用电压降低等)，为现场实际应用提供依据

7、。(2) 校验发电机励磁系统能否满足发电机进相运行要求。(3).测定发电机进相运行时，吸收系统无功功率的能力及对220kV母线的调压效果3.2 试验过程及限制条件3.2.1 试验条件发电机自动励磁调节器运行，自带厂用电。发电机失磁保护不退出运行，调整励磁调节器低励限制值，以满足试验要求。3.2.2 试验方法分别在有功负荷100MW,75MW,50MW三种工况下进行试验，从低负荷做起，通过调整自动励磁调节器低励限制环节参数，保证发电机进相运行不失去稳定。(1) 调整有功功率为某一试验工况并维持不变，调节发电机励磁电流，使发电机功率因数分别为0.85(额定值)、0.90、0.95、1.0，记录这一

8、工况下各种参数值。(2) 调节励磁电流，使发电机进入进相运行状态，每次使功角增加30-50“为一工况，记录各工况下各种参数值。(3 )一个工况试验完成后，增加发电机励磁电流，将发电机拉回迟相运行状态。然后再调节发电机有功负荷，进行下一个工况试验。(4 )在试验过程中，应密切监视发电机定子端部铁心及金属构件的温度变化情况。当温度升高较快，达到限制值时，应立即将发电机拉回迟相运行状态。3.2.3 现场试验执行的限制条件(1) 220kV母线电压不低于220kV。(2).6kV母线电压在0.95-1.05U,之间，即5.7一6.3 kV。(3) 发电定子电压在0.90-1.05U,之间，即9.45一

9、11.02 kV 。(4) 发电机定子电流最大值不超过IN，即6470 A。(5) 发电机功角最大值不超过700 。(6) 发电机各部分温度的限制值:定子铁心齿部温度不高于1200C;定子铁心扼部温度不高于1300C;定子铁心压圈及压指温度不高于1300C;定子线圈层间温度不高于1200C;定子线圈出水温度不高于750C。3.3 试验结果数据分析(1) 通过发电机的进相运行温升试验数据分析，该发电机的端部铁心发热不是限制条件，在有功负荷100 MW、功角为69.10时，端部46-47槽阶梯齿温度最高为71.40C，距其限制值(镇1200C)尚有较大裕度。(2) 根据发电机带厂用分支的进相运行试验数据分析，厂用系统电压不是限制条件。在有功负荷100 MW、功角为69.10时，6kV母线电压最低为5900V，距其限制值(5700V)尚有较大裕度。发电机进相运行范围见表20表 2 发电机进相运行范围 (3) 在上述范围内运行时，发电机吸收系统无功功率的能力为23.6-33.1Mvar,(4) 发电机在上述范围内运行时，发电机定子电流未超过额定值。(5)发电机进相运行试验时，