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摘要：电力系统在低谷负荷时无功日益过剩，利用发电机进相运行对于平衡系统无功功率和调整系统电压来说是一种既经济又有效的方法。由于高压线路容升的原因，A电厂机组机端电压偏高，发电机运行在较高的功率因数水平下，存在进相运行的潜在可能。本文首先介绍了进相运行的基本原理和限制因素，其后重点从静稳定、端部发热、厂用电降低三个方面，对A电厂发电机进相运行的可行性进行了分析。
关键词：进相运行；静稳定；端部发热；MEL；失磁保护；可行性
1 概述
《中华人民共和国电力行业标准DL/T 970-2005》规定大型发电机应具备按照电网需求随时进相运行的能力，为系统提供较好的动态无功储备，确保电网的电压质量和经济运行。大机组进相运行可吸收电力系统中过剩的无功功率、降低电压，且易于实现，可获得显著的经济效益。
2 发电机进相运行的基本原理及其影响因素
发电机进相运行是指发电机向系统发出有功功率，并从系统吸收无功功率的低励正常运行状态。减小发电机励磁电流 ，发电机即从迟相运行转为进相运行。发电机进相运行的主要限制因素有：
2.1 静稳定性限制
静稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。图1中，曲线①、②、③、④为保持励磁电流不变得到的4条功角特性曲线（ ）。
图1 隐极同步发电机功角特性曲线（不带AVR）
①迟相运行 ②进相运行 ③静态稳定极限 ④失去静态稳定
迟相运行励磁电流为 ，发电机功角为 ；随着励磁电流下降至 ，运行方式由迟相向进相过渡，功角由 增加至 。曲线③，在 =90°时 达到静态稳定极限。由此可见，在有功不变，随励磁电流的减小，其静稳定性下降。
2.2 发电机进相运行对端部发热的影响
发电机定子端部温度升高，是指定子边段齿部、齿压板、压圈等端部部件温度升高。由于转子端部漏磁对定子有相对运行，所以在定子端部构件中感应涡流，引起磁滞损耗发热。
当发电机从迟相到进相时， 励磁电流从大变小， 定子护环铁芯由饱和变为不饱和，引起漏磁通由小变大， 致使端部结构件发热温度上升。
2.3 厂用母线电压降低的影响
大型汽轮发电机组的一次接线方式一般为单元式。根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》，厂用电电压变化范围应为其额定值的±5%。当发电机进相运行时，随着发电机励磁电流的降低，发电机吸收无功功率的增加，将使发电机出口电压下降并导致厂用母线电压下降。发电机机端电压下降的幅度大小和是否使用励磁调节器及使用何种型号的励磁调节器有关。
3 A电厂机组进相运行分析
发电机型号为QFQS-650-2型，采用水-氢-氢冷却方式，以额定功率迟相运行向华东电网输送电能。针对影响发电机进相运行的三个主要因素，对A电厂机组进相运行的可行性进行分析。
3.1 定子端部发热
从前文2.2分析可知，进相运行时定子端部发热加剧，A电厂为避免发电机端部过热的主要技术措施有：
1. 定子铁芯端部及构件处设有单独的冷却风路，采用冷却效率极高的氢气进行冷却；
2. 定子铁芯端部设有用硅钢板充制的扇形片叠装成内圆表面呈阶梯多齿状的磁屏蔽，其固定结构与绕组相接触的各环件及所有紧固件均为非导磁材料；
3. 发电机定子铁芯端部、磁屏蔽与铁芯阶梯段、压齿板都装有铂电阻测温元件，温度过高时会产生报警。
以上措施足以保证端部温度在正常允许的范围内（辽宁某电厂与A电厂为同型号规格的发电机组，辽宁电科院对该电厂组进相运行试验的结论为：端部铁芯过热和端部构件过热不是进相运行的限制因素）。
3.2 进相运行对厂用电的影响
随着华东电网容量增大，单台机组对电网电压的影响变小，即使深度进相运行，机端电压下降幅值非常之小；进相运行本身的目的在于吸收系统过剩无功，从而降低电压，在控制进相深度的情况下，对厂用电造成影响的可能性极低。为避免进相运行对厂用设备造成影响的技术措施有：
1、AVR具备低励磁限制功能，有效地限制了进相运行的深度；
2、厂用变压器调压方式为高压侧有载调压；
从以上分析可知，A电厂机组在进相运行时不会对厂用电造成影响。
3.3静稳定性分析
为防止发电机失步，AVR设有低励磁电流限制单元MEL（Minimum Excitation Limiter），发电机保护设失磁保护。
3.3.1 低励磁限制MEL
进相运行深度应控制在低励磁限制曲线的上方，低励限制曲线距静稳边界应该留有一定的稳定裕度，异步阻抗圆在静稳边界的下方，且与低励限制曲线不能相交。随着进相加深，低励磁限制曲线首先会起调节控制作用，保证静稳储备。如果低励磁限制未动作或曲线设置不合理，发电机运行点随着进相加深就会进入失磁异步阻抗圆，满足失磁保护判据而动作。
A电厂AVR的低励限制（MEL）特性曲线（图2所示），由发电机制造厂家提供的P-Q图，经华东电网公司根据电网对无功功率的要求，并考虑了10%的裕度修正而得到，其与失磁保护满足配合要求。
4结论
发电机进相运行属于发电机的一种正常运行方式，虽然它会对发电机的静态稳定性、端部发热和机端电压产生一定的影响，本文已对三个限制因素逐一进行了分析，得出的结论是： A电厂机组具备适度进相运行的能力，具有一定的电压调节能力。但目前尚无进相运行试验所得的进行运行出力图，需在具备条件时通过进相试验进行绘制。
参考文献
[1] 周德贵，巩北宁.同步发电机运行技术与实践（第一版）北京：中国电力出版社 2004
[2] 李光琦.电力系统暂态分析（第二版）.北京：中国电力出版社 2007
[3] 《中华人民共和国电力行业标准DL/T 970-2005》
作者简介：许宏伟（1983-）男 陕西 工程师 大学本科 从事核电厂电气维修、调试、生产计划工作。
关键词：进相运行；静稳定；端部发热；MEL；失磁保护；可行性
1 概述
《中华人民共和国电力行业标准DL/T 970-2005》规定大型发电机应具备按照电网需求随时进相运行的能力，为系统提供较好的动态无功储备，确保电网的电压质量和经济运行。大机组进相运行可吸收电力系统中过剩的无功功率、降低电压，且易于实现，可获得显著的经济效益。
2 发电机进相运行的基本原理及其影响因素
发电机进相运行是指发电机向系统发出有功功率，并从系统吸收无功功率的低励正常运行状态。减小发电机励磁电流 ，发电机即从迟相运行转为进相运行。发电机进相运行的主要限制因素有：
2.1 静稳定性限制
静稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到初始运行状态的能力。图1中，曲线①、②、③、④为保持励磁电流不变得到的4条功角特性曲线（ ）。
图1 隐极同步发电机功角特性曲线（不带AVR）
①迟相运行 ②进相运行 ③静态稳定极限 ④失去静态稳定
迟相运行励磁电流为 ，发电机功角为 ；随着励磁电流下降至 ，运行方式由迟相向进相过渡，功角由 增加至 。曲线③，在 =90°时 达到静态稳定极限。由此可见，在有功不变，随励磁电流的减小，其静稳定性下降。
2.2 发电机进相运行对端部发热的影响
发电机定子端部温度升高，是指定子边段齿部、齿压板、压圈等端部部件温度升高。由于转子端部漏磁对定子有相对运行，所以在定子端部构件中感应涡流，引起磁滞损耗发热。
当发电机从迟相到进相时， 励磁电流从大变小， 定子护环铁芯由饱和变为不饱和，引起漏磁通由小变大， 致使端部结构件发热温度上升。
2.3 厂用母线电压降低的影响
大型汽轮发电机组的一次接线方式一般为单元式。根据《火力发电厂厂用电设计技术规定》，厂用电电压变化范围应为其额定值的±5%。当发电机进相运行时，随着发电机励磁电流的降低，发电机吸收无功功率的增加，将使发电机出口电压下降并导致厂用母线电压下降。发电机机端电压下降的幅度大小和是否使用励磁调节器及使用何种型号的励磁调节器有关。
3 A电厂机组进相运行分析
发电机型号为QFQS-650-2型，采用水-氢-氢冷却方式，以额定功率迟相运行向华东电网输送电能。针对影响发电机进相运行的三个主要因素，对A电厂机组进相运行的可行性进行分析。
3.1 定子端部发热
从前文2.2分析可知，进相运行时定子端部发热加剧，A电厂为避免发电机端部过热的主要技术措施有：
1. 定子铁芯端部及构件处设有单独的冷却风路，采用冷却效率极高的氢气进行冷却；
2. 定子铁芯端部设有用硅钢板充制的扇形片叠装成内圆表面呈阶梯多齿状的磁屏蔽，其固定结构与绕组相接触的各环件及所有紧固件均为非导磁材料；
3. 发电机定子铁芯端部、磁屏蔽与铁芯阶梯段、压齿板都装有铂电阻测温元件，温度过高时会产生报警。
以上措施足以保证端部温度在正常允许的范围内（辽宁某电厂与A电厂为同型号规格的发电机组，辽宁电科院对该电厂组进相运行试验的结论为：端部铁芯过热和端部构件过热不是进相运行的限制因素）。
3.2 进相运行对厂用电的影响
随着华东电网容量增大，单台机组对电网电压的影响变小，即使深度进相运行，机端电压下降幅值非常之小；进相运行本身的目的在于吸收系统过剩无功，从而降低电压，在控制进相深度的情况下，对厂用电造成影响的可能性极低。为避免进相运行对厂用设备造成影响的技术措施有：
1、AVR具备低励磁限制功能，有效地限制了进相运行的深度；
2、厂用变压器调压方式为高压侧有载调压；
从以上分析可知，A电厂机组在进相运行时不会对厂用电造成影响。
3.3静稳定性分析
为防止发电机失步，AVR设有低励磁电流限制单元MEL（Minimum Excitation Limiter），发电机保护设失磁保护。
3.3.1 低励磁限制MEL
进相运行深度应控制在低励磁限制曲线的上方，低励限制曲线距静稳边界应该留有一定的稳定裕度，异步阻抗圆在静稳边界的下方，且与低励限制曲线不能相交。随着进相加深，低励磁限制曲线首先会起调节控制作用，保证静稳储备。如果低励磁限制未动作或曲线设置不合理，发电机运行点随着进相加深就会进入失磁异步阻抗圆，满足失磁保护判据而动作。
A电厂AVR的低励限制（MEL）特性曲线（图2所示），由发电机制造厂家提供的P-Q图，经华东电网公司根据电网对无功功率的要求，并考虑了10%的裕度修正而得到，其与失磁保护满足配合要求。
4结论
发电机进相运行属于发电机的一种正常运行方式，虽然它会对发电机的静态稳定性、端部发热和机端电压产生一定的影响，本文已对三个限制因素逐一进行了分析，得出的结论是： A电厂机组具备适度进相运行的能力，具有一定的电压调节能力。但目前尚无进相运行试验所得的进行运行出力图，需在具备条件时通过进相试验进行绘制。
参考文献
[1] 周德贵，巩北宁.同步发电机运行技术与实践（第一版）北京：中国电力出版社 2004
[2] 李光琦.电力系统暂态分析（第二版）.北京：中国电力出版社 2007
[3] 《中华人民共和国电力行业标准DL/T 970-2005》
作者简介：许宏伟（1983-）男 陕西 工程师 大学本科 从事核电厂电气维修、调试、生产计划工作。