发电机励磁系统进相运行试验与应用

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Φ，功角为δ，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Φ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Φ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Φ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δ逐渐增大，当功角δ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。

(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、0.9更多内容请访问久久建筑网
5、1.0，记录这一工况下各种参数值。

00(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3-5“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9.45一11.02 kV 。

(4) 发电机定子电流最大值不超过IN，即6470 A。

0 (5) 发电机功角最大值不超过70。

0(6) 发电机各部分温度的限制值:定子铁心齿部温度不高于120C;定子铁心扼部温度不高于

000130C;定子铁心压圈及压指温度不高于130C;定子线圈层间温度不高于120C;定子线圈出水

0温度不高于75C。

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，

00在有功负荷100 MW、功角δ为69.1时，端部46-47槽阶梯齿温度最高为71.4C，距其限制值(镇

0120C)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

0功负荷100 MW、功角δ为69.1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，220k V母线电压情况见表3。从数据可以看出，发电机进相运行时对降低220 kV母线电压有一定效果，可以使母线电压降低l.8-3.4 kV，变化率为0.8%一1.5%。

表3 220 kV母线电压参数

3.4 试验结论

根据发电机进相运行试验结果，得出该发电机的进相运行范围，见表4。

表4 发电机进相运行参数

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