摘要：電網(wǎng)上無功變化幅度較大，調(diào)相機(jī)及無功補(bǔ)償設(shè)備往往不能滿足其全部需要，為了進(jìn)一步提高電能質(zhì)量，現(xiàn)代大型同步發(fā)電機(jī)組都具備一定的進(jìn)相運(yùn)行能力。進(jìn)相運(yùn)行過程中，往往會受到靜穩(wěn)定特性、機(jī)端磁通發(fā)熱、廠用電壓降低等條件的制約，給安全運(yùn)行帶來一定的危害，因此每臺機(jī)組的進(jìn)相深度應(yīng)該通過試驗(yàn)獲得，此文將從以上各方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。 

　　關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機(jī)、進(jìn)相、靜穩(wěn)定、安全。 

　　1 引言 

　　近些年來，隨著電網(wǎng)容量的增加及負(fù)荷中心的分布密集，網(wǎng)上有功不斷增加的同時，無功負(fù)荷也有所增加，然而，無功用戶多為工業(yè)用電，具有明顯的時段性特點(diǎn)，如夜間和節(jié)假日時段的需求就會大大降低，這種大幅度的變化將給電能質(zhì)量帶來急劇考驗(yàn)，尤其是220KV及以下網(wǎng)絡(luò)，將出現(xiàn)大量剩余的無功，此時就需要發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行來吸收網(wǎng)上多余的無功，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。這種吸收無功的能力會受到各種條件的制約，本文將逐一闡述。 

　　2 同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行 

　　發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，向系統(tǒng)提供有功的同時還提供無功，定子電流滯后于端電壓一個角度，此種狀態(tài)即遲相運(yùn)行。當(dāng)逐漸減少勵磁電流使發(fā)電機(jī)從向系統(tǒng)提供無功而變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無功，定子電流從滯后而變?yōu)槌鞍l(fā)電機(jī)端電壓一個角度，此種狀態(tài)即進(jìn)相運(yùn)行。 

　　3 進(jìn)相運(yùn)行的制約條件 

　　3.1靜穩(wěn)定特性的影響 

　　同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時較遲相運(yùn)行狀態(tài)勵磁電流大幅度減少，發(fā)電機(jī)電勢Eq亦相應(yīng)降低，從P-δ關(guān)系看，在有功不變的情況下，功角必將相應(yīng)增大，比值整步功亦相應(yīng)降低，發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性下降。其穩(wěn)定極限與發(fā)電機(jī)短路比，外接電抗，自動勵磁調(diào)節(jié)器性能等因素有關(guān)。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)勵磁降低，要維持有功出力的不變，功角將逐漸增大，當(dāng)功角大于90°時，有功的變化將隨著功角的增加而降低，進(jìn)入了不穩(wěn)定區(qū)域，進(jìn)入失磁及異步狀態(tài)，嚴(yán)重影響機(jī)組安全。 

　　3.2發(fā)電機(jī)定子端部件溫度的限制 

　　定子繞組端部的漏磁場也是以同步轉(zhuǎn)速對定子旋轉(zhuǎn)的，其漏磁場的一部分是經(jīng)過定子繞組端部空間，轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)，氣隙及定子端部鐵芯構(gòu)成磁路的，因此使定子端部鐵芯平面上產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，此外，勵磁繞組緊靠護(hù)環(huán)，因此它的漏磁場主要經(jīng)護(hù)環(huán)閉合，當(dāng)進(jìn)相運(yùn)行時，由于勵磁電流減小勵磁繞組端部漏磁場減弱，于是護(hù)環(huán)的飽和程度下降，減小了定子端部漏磁場所經(jīng)過磁路的磁組，從而使定子端部漏磁場增大，鐵損加大，致使定子端部鐵芯嚴(yán)重受熱。 

　　3.3定子電流的限制 

　　發(fā)電機(jī)不論發(fā)出有功還是無功，其最終都要受到額定容量的限制，而額定容量具體表現(xiàn)為有功P與無功Q的向量和，即視在功率S=P+Q，表示為電流最大值同樣是有功分量和無功分量的向量和，因此，無論任何情況之下，哪怕有功很低，當(dāng)無功量較大的情況下，發(fā)電機(jī)定子電流同樣會出現(xiàn)超限的現(xiàn)象，是進(jìn)相時的限制條件之一。 

　　3.4廠用電電壓的限制 

　　進(jìn)相運(yùn)行時，隨著勵磁電流的降低，發(fā)電機(jī)端部電壓會明顯降低，廠用電電壓也相應(yīng)降低，此時輔機(jī)出力將受到嚴(yán)重影響，電壓的降低將勢必造成電流的增加，以致超出額定，經(jīng)驗(yàn)證明，廠用電電壓如果超出10%，就會影響廠用電安全運(yùn)行。 

　　綜上所述，發(fā)電機(jī)進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行時，其自身靜態(tài)穩(wěn)定性能下降，并且由于漏磁的影響，將嚴(yán)重引起發(fā)電機(jī)端部發(fā)熱。這兩項(xiàng)限制是發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度重要依據(jù)，相比定子過流和廠用電壓的降低更加抽象和難于監(jiān)視，每臺發(fā)電機(jī)出廠時都配有P-Q出力曲線，如圖3-1： 

　　圖：3-1 隱極同步發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行極限 

　　這是典型的發(fā)電機(jī)出力限制曲線，同時包括進(jìn)相時的發(fā)熱限制，從理論上講，靜態(tài)穩(wěn)定極限為δ=90度，即MH直線，但考慮到10%的過負(fù)荷能力，留有一定的安全儲備，其實(shí)際靜態(tài)穩(wěn)定極限為圓弧BF。實(shí)際上，大部分發(fā)電機(jī)都是經(jīng)過變壓器和線路接入電網(wǎng)的，故還須計(jì)及這些元件的電抗。進(jìn)相運(yùn)行時的允許出力（即靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)）與自動電壓調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)短路比及外阻抗有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機(jī)有自動電壓調(diào)節(jié)器時，其靜態(tài)穩(wěn)定極限可以擴(kuò)大，但擴(kuò)大的范圍與自動電壓調(diào)節(jié)器的類型有關(guān)。如帶復(fù)式激磁的電磁式電壓校正器，可是發(fā)電機(jī)運(yùn)行在人工穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，穩(wěn)定極限功角可超過90度；而機(jī)械型電壓調(diào)節(jié)器因有失靈區(qū)，只能運(yùn)行在功角90度范圍內(nèi)。 

　　4 進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn) 

　　發(fā)電機(jī)的進(jìn)相深度，受到種種條件的制約，特性不同，出力情況不同，為了機(jī)組安全，每臺發(fā)電機(jī)的進(jìn)相能力，必須通過試驗(yàn)驗(yàn)證，不能盲目進(jìn)相運(yùn)行，避免造成系統(tǒng)振蕩及發(fā)電機(jī)設(shè)備損壞。 

　　4.1試驗(yàn)運(yùn)行條件 

　　a） 6 kV 母線電壓維持在不低于5.8 kV； 

　　b） 發(fā)電機(jī)端電壓應(yīng)在19.5 kV； 

　　c） 發(fā)電機(jī)定子電流不應(yīng)超過額定值191245 A； 

　　d） 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過額定值4145 A； 

　　e） 最大進(jìn)相無功值不應(yīng)該超過廠家給出的邊界值； 

　　f） 發(fā)電機(jī)（ 相對于系統(tǒng)等值機(jī)） 最大功率角不超過70°； 

　　g） 發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)工作正常， 各部溫升在正常范圍內(nèi)（ 如： 在正常氫壓時， 定子鐵心溫度不大于120 ℃ ， 定子繞組溫度不大于85℃ ）； 

　　h） 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振動在正常范圍內(nèi)。 

　　4.2試驗(yàn)注意事項(xiàng) 

　　a） 發(fā)變組所有保護(hù)必須投入，升壓站、勵磁系統(tǒng)為正常運(yùn)行方式。 

　　b） 為了防止機(jī)組在進(jìn)相運(yùn)行時無功擺動較大，機(jī)組的有功負(fù)荷不得低于額定負(fù)荷的50%。 

　　c） 發(fā)電機(jī)的微機(jī)自動勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制性能良好，并且能滿足發(fā)電機(jī)的最大進(jìn)相深度和機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時的要求。 

　　d） 發(fā)電機(jī)的定冷水系統(tǒng)、氫系統(tǒng)運(yùn)行正常，各溫度、流量、壓力在正常范圍內(nèi)。發(fā)電機(jī)各部溫度測點(diǎn)回路正常，表計(jì)指示正確并不超限。運(yùn)行人員必須熟悉發(fā)電機(jī)各溫度測點(diǎn)的位置以及溫度的限額。 

　　e） 在正常情況下，發(fā)電機(jī)的功率因素在滯相0.98以下。如系統(tǒng)電壓過高，調(diào)整無效時，應(yīng)根據(jù)調(diào)度要求，逐漸減少無功負(fù)荷直至轉(zhuǎn)為進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)格按著調(diào)度命令調(diào)整進(jìn)相值。（但不得超過試驗(yàn)進(jìn)相深度） 

　　f） 在進(jìn)相運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)的定子電壓應(yīng)不低于額定值的95%。 

　　g） 為保證廠用電系統(tǒng)有可靠的備用電源，在進(jìn)相運(yùn)行時廠用電仍由工作電源供電，并且工作分支電壓不低于額定值的95%，若低于此值則減少進(jìn)相值，滿足廠用電的要求。 

　　h） 進(jìn)相過程中專人監(jiān)視發(fā)電機(jī)各點(diǎn)的溫度，不得超限運(yùn)行。 

　　4.3試驗(yàn)結(jié)果 

　　試驗(yàn)選取的負(fù)荷點(diǎn)是600 MW 、480 MW 、360MW ，勵磁調(diào)節(jié)器工作在自動方式下。試驗(yàn)過程中，各負(fù)荷點(diǎn)最終進(jìn)相工況受廠用系統(tǒng)電壓限制的影響。根據(jù)試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)，2臺600MW機(jī)組在網(wǎng)運(yùn)行，允許的進(jìn)相深度如下： 

　　5 結(jié)論 

　　同步發(fā)電機(jī)具有一定的進(jìn)相運(yùn)行能力，盡管受到穩(wěn)定性、溫度以及機(jī)端電壓等條件的制約，但是只要我們通過科學(xué)的試驗(yàn)，合理的調(diào)整，和必要的技術(shù)措施一定能夠安全掌控發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行能力，進(jìn)而既能讓發(fā)電機(jī)本身特性得以充分、合理利用，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定，在一定程度上節(jié)約電力設(shè)備投資。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1] 李振友，王文棟. 600MW機(jī)組進(jìn)相試驗(yàn)相關(guān)技術(shù)探討[J]. 河北電力技術(shù). 2008（S1） 

　　[2] 嚴(yán)偉，陳俊，沈全榮. 大型隱極發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的探討[J]. 電力系統(tǒng)自動化. 2007（02） 

　　[3] 吳曉宇. 國產(chǎn)600 MW發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)及分析[J]. 廣東電力. 2006（08） 

　　[ 4] 江蘇省電力試驗(yàn)研究所.江蘇國電常州電廠1 號（2號）發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)報告 

　　作者簡介：董志軍（1976-），男，助理工程師、發(fā)電廠電氣高級主管。