论文部分内容阅读
摘要：现阶段电网系统常出现无功功率过剩的情况，要求大型发电机具有一定的进相运行能力。文章介绍了河源电厂1号发电机带额定有功功率时进相运行的试验情况，并对发电机的进相运行的理论条件和危险点预控进行了深入探讨和分析。
关键词：电网；有功功率；无功功率；进相运行；危险点分析；发动机进相运行限制向量图
中图分类号：TM311
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)22-0071-03
目前广东电网的边远地区普遍存在无功过剩、电压偏高的现象，在河源地区的重要电厂——河源电厂开展发电机进相运行，充分利用发电机的这一固有能力，吸收系统多余的无功，维持较好的电能质量，避免由于运行电压偏高所引起的高压设备损坏和使用寿命缩短，具有重要的现实意义。
2011年1月26日，广东河源电厂对1号发电机带额定有功功率时进相进行了试验，取得了试验预期目的。一、河源电j-1号发电机简介
河源电厂1号发电机采用发变组单元接线形式，机端接励磁变自并励励磁方式，高厂变引自发电机机端，高厂变低压侧下设6kV厂用母线，通过低压厂变下设380V厂用系统。1号发电机为哈尔滨电机厂生产型号为QFSN-600-2YHG发电机，冷却方式为水氢氢冷却，基本参数如表1所示：
二、发电机的进相运行的限制条件
(一)发电机的进相运行的理论限制条件
理论分析得知，发电机进相运行有以下限制条件：定子电流限制；转子电流限制；原动机功率限制；功率角限制(不大于90°)；静态稳定极限。
上述限制条件用向量图表示如图1所示。以OB为半径的圆弧表示定子电流限制；以AB为半径的圆弧表示转子电流限制；直线BDG表示原动机功率限制；6表示功率角；GH曲线表示静态稳定极限。也就是说，发电机只有在曲线FBDGH范围内才能稳定运行，其中进相运行区域为曲线DGHA范围。
(二)实际中发电机的进相运行需要考虑的限制条件
实际中发电机进相运行还需要考虑厂用电母线电压，以及发电机铁芯的温升情况等，尤其是厂用电母线电压限制尤为明显。河源电厂在1号发电机带有功600MW下进行进行试验时的限制条件如下：
220kV母线电压维持在220-242kV；
6kV母线电压维持在5.64-6.42kV；
380V母线电压维持在357-407V；
发电机端电压应在18.6-21kV；
发电机定子电流不应超过额定值19245A；
发电机转子电流不应超过额定值4128A；
最大进相无功值不应该超过厂家给出的边界值-190MVar；
最大进相无功值不应该超过该机组的静态稳定极限；
最大发电机(相对于等值机)功率角不应该超过90°；
发电机冷却系统工作正常，各部温升在正常范围。
三、发电机进相运行的危险点分析与预控
(一)发电机的端部温升
危险点分析：进相运行时，由于发电机磁场分布情况的改变，定子端部漏磁增大，端部发热有所增加。需防止端部温升超越限制值。试验时进相深度在厂家的出力图规定的范围内，包括定子端部在内的各部分温升正常时是不会超出允许值的。
预控措施：进相试验时通过发电机厂家预先埋设的发电机定子端部测温元件在监测界面上监视以防止超温，减少无功要逐步进行，如发现温度有快速升高的异常现象，应停止减少无功，待观察后，决定是否继续下降还是增加无功。
(二)发电机对系统的稳定问题
危险点分析：进相运行时，发电机对系统的稳定裕度是有所降低的，需要防止发电机对系统失稳。由于进相运行试验只在励磁调节器工作在自动方式(恒机端电压)下实施，其稳定极限是远超过90°的人工稳定区的。
预控措施：试验时通过专门研制的发电机进相运行监测仪及相关的软件，可以实时监测发电机对系统等值机的相对功角，而试验时以人工稳定区的90°功角作为限制，以保证进相运行的安全。当测得的相对功角大于70°后，应注意放缓减无功的速度，以防越限。
(三)辅机因电压低而跳闸
危险点分析：进相运行时，发电机机端及所带的各级厂用电电压均会下降，其限制值不会使低电压保护动作，但辅机尤其是重负荷辅机可能由于过流跳闸而影响机组的正常运行。
预控措施：试验前收集机组在不同运行时段、不同运行工况下各级电压的数据，加以分析以确定是否需要调整主变、厂用高压变、厂用低压变等变压器的抽头，使得既能达到较深的进相深度，又能保证辅机的稳定运行。在试验时规定允许的电压最低值，做到该限制后不再往下进行。试验过程中加强监视，尤其是负荷较重的辅机，必要时开出备用辅机以分担负荷。
(四)发电机失磁、失步
危险点分析：进相运行试验时注意各项限制条件，正常情况下是不会导致发电机失磁、失步的。但由于系统故障、元件故障(例如励磁系统故障)等情况可能引起发电机失磁、失步。
预控措施：励磁调节器低励限制功能是一道重要的防线，低励限制的参数按厂家出力图的边界整定。当减无功引起失磁失步时，应按运行规程处理，降低发电机有功出力，同时增加励磁，使机组重新拉回同步；如果机组无法拉回同步，则立刻紧急停机。此时的处理参考发电机厂家提供的失磁异步运行能力曲线执行。
(五)临时接线错误导致事故
危险点分析：进相运行试验时需要将有关电压、电流量接入进相运行在线监测仪，存在一定的风险。
预控措施：接入前检查进相运行在线监测仪外部接线正确，防CT回路开路，PT回路短路。接线时注意做好记录，便于试验后逐项恢复。
四、河源电厂1号发电机带额定有功功率时进相试验
(一)试验目的
1．考察机组在额定有功时进相能力。
2．考察机组的系统性限制因素(静稳极限、端电压下降程度等)。
3．检验发电机保护及自动装置对进相运行的适应l生。
4．检验当前主变抽头位置对机组在额定有功时进相运行的适应性。
5．检验对厂用电辅机的影响。
6．考察机组进相运行时对广东电网的调相调压作用；
(二)试验条件
1.1号机组在以下条件下进行试验：将1号发电机有功调整为600MW，自动励磁调节器采用自动方式。
2．调整周围的变电站和机组发出的无功功率出力，使220kV母线电压接近240kV左右，然后使其有功、无功均维持恒定。
3．发电机在额定氢压、额定内冷水压下运行，且其冷却系统正常。
4．退出1号发变组的失磁保护。
5．自动励磁调节器的低励单元限制值设置为18kV。
(三)事故防范措施
1．指定有经验的当值人员担任增减励磁、增减有功和紧急停机的操作员，并做好安全措施，一旦发生紧急情况，按运行规程处理。
2．在整个试验过程中，应指定当班人员注意监视发电机的电压、电流、功率、励磁电流、厂用电电压、转速、绕组温度、铁芯温度、氢压、轴系振动以及辅机马达等重要参数和设备的运行情况。
3．当无功减到某点时，若机组参数发生连续摆动，则应停止再减无功，如摆幅很大，则应往回增加一些励磁。
4．当减无功引起失磁失步时，应迅速减少有功出力，然后增加励磁，使机组重新拉回同步；如果机组无法拉回同步，则立刻紧急停机。
(四)试验方法
逐步减少1号发电机无功出力，并在每减少30-50MVar的无功时测量发电机机端电压、定子三相电流、无功功率、功率因数COSφ、功角δ定子铁芯温度、励磁电压、励磁电流、220kV母线电压、厂用6kV母线A、B段电压直至二(二)中任一条件受到限制为止。三(二)试验主要记录数据试验中，主要记录数据见表2：
(五)试验结论
由表2可以看出以下结论：
1．在发出额定有功600MW时，1号发电机仅能进相带无功43MVar。限制条件时6kV厂用电母线电压降低到了原定试验限制值5.64kV以下。
2．试验过程中，发电机功角最大仅到79°，静态稳定还有裕度；机端电压最低到18.8kV，时发电机运行允许的。
3．试验过程中，自动装置及保护装置能适应进相运行。
4．由于厂用电电压减低使发电机进相受到限制，可见若调整当前变压器抽头位置可以实现进相吸收更多无功功率。
5．在6kV母线电压降至5.62kV、380V母线电压降至358V时，厂用辅机没有出现异常。
6．220kV母线电压从240kV降至235kV，可见机组进相运行时对广东电网的调相调压作用非常明显。
五、结语
当今的大型发电机冷却系统均在设计时充分考虑了安全裕度，制约发电机进相能力的主要因素无疑是厂用电母线电压，对于高厂变不是引自发电机机端的机组来说，进相深度将大大提高。采用大型发电机进相运行的方法进行电网调压、调无功操作简单、效果明显，无须增加投资，是值得广泛实施的好方法。
参考文献[1]DL／T 843-2003大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技
术条件[S]．
作者简介：卢祖河(1978-)，男，广西兴业人，深能合和电力(河源)有限公司运行主管，工程师，研究方向：火电厂运行生产。
责任编辑 赵秀娟
关键词：电网；有功功率；无功功率；进相运行；危险点分析；发动机进相运行限制向量图
中图分类号：TM311
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)22-0071-03
目前广东电网的边远地区普遍存在无功过剩、电压偏高的现象，在河源地区的重要电厂——河源电厂开展发电机进相运行，充分利用发电机的这一固有能力，吸收系统多余的无功，维持较好的电能质量，避免由于运行电压偏高所引起的高压设备损坏和使用寿命缩短，具有重要的现实意义。
2011年1月26日，广东河源电厂对1号发电机带额定有功功率时进相进行了试验，取得了试验预期目的。一、河源电j-1号发电机简介
河源电厂1号发电机采用发变组单元接线形式，机端接励磁变自并励励磁方式，高厂变引自发电机机端，高厂变低压侧下设6kV厂用母线，通过低压厂变下设380V厂用系统。1号发电机为哈尔滨电机厂生产型号为QFSN-600-2YHG发电机，冷却方式为水氢氢冷却，基本参数如表1所示：
二、发电机的进相运行的限制条件
(一)发电机的进相运行的理论限制条件
理论分析得知，发电机进相运行有以下限制条件：定子电流限制；转子电流限制；原动机功率限制；功率角限制(不大于90°)；静态稳定极限。
上述限制条件用向量图表示如图1所示。以OB为半径的圆弧表示定子电流限制；以AB为半径的圆弧表示转子电流限制；直线BDG表示原动机功率限制；6表示功率角；GH曲线表示静态稳定极限。也就是说，发电机只有在曲线FBDGH范围内才能稳定运行，其中进相运行区域为曲线DGHA范围。
(二)实际中发电机的进相运行需要考虑的限制条件
实际中发电机进相运行还需要考虑厂用电母线电压，以及发电机铁芯的温升情况等，尤其是厂用电母线电压限制尤为明显。河源电厂在1号发电机带有功600MW下进行进行试验时的限制条件如下：
220kV母线电压维持在220-242kV；
6kV母线电压维持在5.64-6.42kV；
380V母线电压维持在357-407V；
发电机端电压应在18.6-21kV；
发电机定子电流不应超过额定值19245A；
发电机转子电流不应超过额定值4128A；
最大进相无功值不应该超过厂家给出的边界值-190MVar；
最大进相无功值不应该超过该机组的静态稳定极限；
最大发电机(相对于等值机)功率角不应该超过90°；
发电机冷却系统工作正常，各部温升在正常范围。
三、发电机进相运行的危险点分析与预控
(一)发电机的端部温升
危险点分析：进相运行时，由于发电机磁场分布情况的改变，定子端部漏磁增大，端部发热有所增加。需防止端部温升超越限制值。试验时进相深度在厂家的出力图规定的范围内，包括定子端部在内的各部分温升正常时是不会超出允许值的。
预控措施：进相试验时通过发电机厂家预先埋设的发电机定子端部测温元件在监测界面上监视以防止超温，减少无功要逐步进行，如发现温度有快速升高的异常现象，应停止减少无功，待观察后，决定是否继续下降还是增加无功。
(二)发电机对系统的稳定问题
危险点分析：进相运行时，发电机对系统的稳定裕度是有所降低的，需要防止发电机对系统失稳。由于进相运行试验只在励磁调节器工作在自动方式(恒机端电压)下实施，其稳定极限是远超过90°的人工稳定区的。
预控措施：试验时通过专门研制的发电机进相运行监测仪及相关的软件，可以实时监测发电机对系统等值机的相对功角，而试验时以人工稳定区的90°功角作为限制，以保证进相运行的安全。当测得的相对功角大于70°后，应注意放缓减无功的速度，以防越限。
(三)辅机因电压低而跳闸
危险点分析：进相运行时，发电机机端及所带的各级厂用电电压均会下降，其限制值不会使低电压保护动作，但辅机尤其是重负荷辅机可能由于过流跳闸而影响机组的正常运行。
预控措施：试验前收集机组在不同运行时段、不同运行工况下各级电压的数据，加以分析以确定是否需要调整主变、厂用高压变、厂用低压变等变压器的抽头，使得既能达到较深的进相深度，又能保证辅机的稳定运行。在试验时规定允许的电压最低值，做到该限制后不再往下进行。试验过程中加强监视，尤其是负荷较重的辅机，必要时开出备用辅机以分担负荷。
(四)发电机失磁、失步
危险点分析：进相运行试验时注意各项限制条件，正常情况下是不会导致发电机失磁、失步的。但由于系统故障、元件故障(例如励磁系统故障)等情况可能引起发电机失磁、失步。
预控措施：励磁调节器低励限制功能是一道重要的防线，低励限制的参数按厂家出力图的边界整定。当减无功引起失磁失步时，应按运行规程处理，降低发电机有功出力，同时增加励磁，使机组重新拉回同步；如果机组无法拉回同步，则立刻紧急停机。此时的处理参考发电机厂家提供的失磁异步运行能力曲线执行。
(五)临时接线错误导致事故
危险点分析：进相运行试验时需要将有关电压、电流量接入进相运行在线监测仪，存在一定的风险。
预控措施：接入前检查进相运行在线监测仪外部接线正确，防CT回路开路，PT回路短路。接线时注意做好记录，便于试验后逐项恢复。
四、河源电厂1号发电机带额定有功功率时进相试验
(一)试验目的
1．考察机组在额定有功时进相能力。
2．考察机组的系统性限制因素(静稳极限、端电压下降程度等)。
3．检验发电机保护及自动装置对进相运行的适应l生。
4．检验当前主变抽头位置对机组在额定有功时进相运行的适应性。
5．检验对厂用电辅机的影响。
6．考察机组进相运行时对广东电网的调相调压作用；
(二)试验条件
1.1号机组在以下条件下进行试验：将1号发电机有功调整为600MW，自动励磁调节器采用自动方式。
2．调整周围的变电站和机组发出的无功功率出力，使220kV母线电压接近240kV左右，然后使其有功、无功均维持恒定。
3．发电机在额定氢压、额定内冷水压下运行，且其冷却系统正常。
4．退出1号发变组的失磁保护。
5．自动励磁调节器的低励单元限制值设置为18kV。
(三)事故防范措施
1．指定有经验的当值人员担任增减励磁、增减有功和紧急停机的操作员，并做好安全措施，一旦发生紧急情况，按运行规程处理。
2．在整个试验过程中，应指定当班人员注意监视发电机的电压、电流、功率、励磁电流、厂用电电压、转速、绕组温度、铁芯温度、氢压、轴系振动以及辅机马达等重要参数和设备的运行情况。
3．当无功减到某点时，若机组参数发生连续摆动，则应停止再减无功，如摆幅很大，则应往回增加一些励磁。
4．当减无功引起失磁失步时，应迅速减少有功出力，然后增加励磁，使机组重新拉回同步；如果机组无法拉回同步，则立刻紧急停机。
(四)试验方法
逐步减少1号发电机无功出力，并在每减少30-50MVar的无功时测量发电机机端电压、定子三相电流、无功功率、功率因数COSφ、功角δ定子铁芯温度、励磁电压、励磁电流、220kV母线电压、厂用6kV母线A、B段电压直至二(二)中任一条件受到限制为止。三(二)试验主要记录数据试验中，主要记录数据见表2：
(五)试验结论
由表2可以看出以下结论：
1．在发出额定有功600MW时，1号发电机仅能进相带无功43MVar。限制条件时6kV厂用电母线电压降低到了原定试验限制值5.64kV以下。
2．试验过程中，发电机功角最大仅到79°，静态稳定还有裕度；机端电压最低到18.8kV，时发电机运行允许的。
3．试验过程中，自动装置及保护装置能适应进相运行。
4．由于厂用电电压减低使发电机进相受到限制，可见若调整当前变压器抽头位置可以实现进相吸收更多无功功率。
5．在6kV母线电压降至5.62kV、380V母线电压降至358V时，厂用辅机没有出现异常。
6．220kV母线电压从240kV降至235kV，可见机组进相运行时对广东电网的调相调压作用非常明显。
五、结语
当今的大型发电机冷却系统均在设计时充分考虑了安全裕度，制约发电机进相能力的主要因素无疑是厂用电母线电压，对于高厂变不是引自发电机机端的机组来说，进相深度将大大提高。采用大型发电机进相运行的方法进行电网调压、调无功操作简单、效果明显，无须增加投资，是值得广泛实施的好方法。
参考文献[1]DL／T 843-2003大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技
术条件[S]．
作者简介：卢祖河(1978-)，男，广西兴业人，深能合和电力(河源)有限公司运行主管，工程师，研究方向：火电厂运行生产。
责任编辑 赵秀娟