自动励磁调节器汇总.docx
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自动励磁调节器汇总
1前言
彭城电厂1号机组发电机为上海电机厂引进美国西屋公司生产技术生产的改进优化型QFSN-300-2型水氢氢汽轮发电机，容量为300MW，采用高起始响应无刷励磁系统，励磁调节器为中国电力科学研究院生产的WKKL-1B型微机励磁调节器。
根据《发电机运行规程》第47条要求，发电机能否进相运行应遵守制造厂的规定，制造厂无规定的应通过试验来确定。
试验前中国电力科学研究院对试验的工况进行了静态稳定的估算，并经彭城电厂及江苏省电力调度中心认可，最后确定了进相试验工况。
试验由中国电力科学研究院负责，现场指挥操作由彭城电厂负责；进相试验于2002年3月9日－10日进行。
彭城电厂1号发电机主要参数如下：
型号：
QFSN-300-2
额定容量：
300MW
额定电压：
20000V
额定电流：
10189A
额定励磁电压：
302V
额定励磁电流：
2510A
额定功率因数：
0.85
额定转速：
3000rpm
额定氢压：
0.31Mpa
额定冷氢温度：
46℃
励磁机额定励磁电压：
16V
励磁机额定励磁电流：
147A
Xd＝1.86X’d＝0.223 X’’d＝0.16
Tdo＝8.15ST’d＝0.91ST’’d＝0.041S
2试验目的
2.1由于超高压、长距离输电线路的日益增多，线路充电功率给电网的安全、稳定运行带来一系列问题，在线路轻载时，母线及线路电压过高的问题尤为严重。
采用发电机进相运行吸收过剩无功，降低母线电压是解决母线及线路电压过高问题的一种方法。
但由于发电机进相运行时对系统稳定和其端部发热等有不良影响，所以需要进行发电机进相试验，核定进相运行范围，并获取在进相运行时220KV母线及厂用电压变化的经验数据。
2．2通过进相试验，验证低励及继电保护的正确性。
指出在保护、监测方面存在的问题。
3发电机进相运行的限制因素
彭城电厂工程设计装机为2台300MW机组，两条220KV母线为双母带旁路接线方式。
彭城电厂与系统联系紧密，机组在进相运行时，如果电网有大的扰动，进相机组不会对主网的暂态稳定构成威胁。
发电机进相运行时主要受发电机端部结构件温升和静稳极限等的限制。
3.1发电机静稳极限的限制
发电机在不同有功负荷下所能吸收的无功最大值，随发电机有功负荷的改变而改变，因此首先计算在某些特殊运行点的进相无功值，以及进相状态下最大功率角δ值，进而推广到其它情况。
等值电路图如下：
EqIUfUxt
○
○
○
○
XdXbX
由等值电路图，其中Eq为发电机内电势，Xd为发电机同步电抗，Uf为发电机端电压，Xb为主变电抗，X为线路电抗，Uxt为系统电压。
由于彭城电厂母线出线较多，系统电压不易确定，且归算下来的线路电抗X也比较小，所以本次计算可近似的将220KV母线电压作为系统电压，主变电抗Xb做为系统电抗Xxt。
通过一系列的计算可求出进相时功角的限制值：
从汽轮发电机功率关系式：
可以看到发电机在进相运行时，进相深度增加，发电机Eq降低，Uxt相应的有所下降。
为了保持有功P不变，而δ角的增大使发电机静态稳定度降低，根据静稳定判据dp/dδ>0,也就是功角δ<90°范围内，发电机具备静稳定能力，为了获得一定的静稳定储备，一般采用按功率限制的办法，如静稳定极限按发电机的额定有功0.1Pe计算，估算得功角δ=70°，为静稳定限制值。
此时发电机的稳定储备系数K=1.06,可有6%的静稳定储备。
因此我们在试验中监视功角δ应不超过65°，作为防止发电机失稳条件。
根据计算最大进相无功不得超过150Mvar。
3.2受定子端部发热的限制
发电机组进相运行时，定子边段铁芯和端部结构件的发热会增高，甚至会超过其允许温度限额，这也是限制发电机进相运行的因素。
这是因为，当发电机进相运行时，定子和转子绕组端部的漏磁场叠加，造成发电机端部的合成磁密增高，并对定子以同步转速旋转，在边段铁芯和结构件中引起损耗，并且损耗值与轴向磁密的平方成正比，所以此时会引起边段铁芯和端部结构件压板，铜屏蔽等发热增加，对发电机稳定运行产生较大影响，从而限制了发电机的进相运行深度。
发电机边段铁芯和端部结构件的温度限额如下：
定子铁芯轭部：
<120℃
定子铁芯齿部：
<120℃
定子铁芯端部：
<120℃
定子槽内线圈：
<90℃
定子线圈出水：
<81℃
定子线圈进水：
<50℃
冷氢：
<46℃
出油：
<70℃
轴瓦：
<90℃
磁屏蔽和铜屏蔽及压指：
<180℃
3.3受厂用电压的限制
在进相运行时，由于发电机端电压下降，厂用电压将下降。
按要求不得低于厂用电压额定值的95%，彭城电厂1号机组厂用变不是有载调压变压器，厂用电压下降至额定值的95%时会影响厂用正常工作，所以发电机的进相深度以厂用电压下降不低于额定值的95%为限。
3.4调节器方面的限制
彭城电厂1号机的励磁调节器是电科院研制的WKKL型微机励磁调节器。
试验前预置了四组可供选择的低励限制曲线，以备进相试验结束后，按试验结果及调度要求选一组低励限制曲线作为运行曲线。
为检查进相运行时微机自动励磁调节器的运行稳定性及低励限制性能，在进行进相运行试验时选择第一组低励限制曲线实际进行检验。
3.5保护方面的限制
在进相运行时，由于发电机电压降低，励磁减少，经过电压闭锁的一些保护可能误动，所以要检查失磁保护，对称过负荷，阻抗保护的定值。
另外，厂变复合电压过流保护也应在试验中加强监视。
4试验方法及测量对象
4.1试验方法
试验选在负荷低谷时进行。
在试验过程中将1号发电机WKKL励磁调节器放在自动状态。
厂用电仍由#1高厂变供电，电网运行于正常状态。
试验工况按表1逐一进行，测量表计于试验前接入。
试验时在调节至测温升工况后，稳定至各温度测点温升每小时不超过1℃时，测取发电机端部各结构件温度和运行参数，在端部结构件有较大裕度情况下，继续调节无功至测参数工况，测取各运行参数。
然后再进行下一个工况试验。
4.2试验工况及测量对象
表1进相试验工况
有功（MW）
无功（Mvar）
说明
170
34
测参数、温度
170.1
-60.3
测参数、温升
170
-82.6
测参数、温升
170.5
-102
测参数
246.8
-26.6
测参数、温升
246.4
-38.4
测参数、温升
302.8
41.5
测参数、温升
301
15.5
测参数、温升
表2电气测量对象及仪表
序号
测量对象
测量接点部位
测量仪表及方法
1
发电机有功功率P
发变组测量回路
WFLC电量分析仪
2
发电机无功功率Q
发变组测量回路
WFLC电量分析仪
3
发电机定子电压Uf
发变组测量回路
WFLC电量分析仪
4
发电机定子电流If
发变组测量回路
WFLC电量分析仪
5
发电机功角δ
发变组测量回路
WFLC电量分析仪
6
系统电压Uxt
网控控制屏
标准表
7
功率因数COSΦ
发变组测量回路
WFLC电量分析仪
8
调节器输出电压Uff
发变组测量回路
WFLC电量分析仪
9
调节器输出电流Iff
发变组测量回路
WFLC电量分析仪
10
6KV11段电压
厂用控制屏
标准表
11
6KV12段电压
厂用控制屏
标准表
表3 定子铁芯及端部测温点
埋 设 位 置
热 点 偶 编 号
定子铁芯S－S剖面
轭 垂直
５５
槽32与33之间齿部
５６
轭 水平（接近）
５７
槽44与45之间齿部
５８
定子铁芯N－N剖面
轭 垂直
５９
槽32与33之间齿部
６０
轭 水平（接近）
６１
槽44与45之间齿部
６２
磁屏蔽M－M剖面
垂 直
６３
水 平
６４
齿压板（励端）
槽30与31之间齿部
６５
槽45与46之间齿部
６６
铜磁屏（励端）
相对于32槽位置
６７
相对与45与46槽之间
６８
定子铁芯F－F剖面
轭 水平（接近）
１３９
槽44与45之间齿部
１４０
表4温度测点及测试
测量对象
数量
测点位置
测温元件
测量方法
定子线圈
54
线圈层间
铜电阻0℃时50Ω双线
巡测仪
出线瓷套出水冷氢
6
出线瓷套
铜电阻0℃时50Ω双线
CRT
定子线圈出水
54
水接头
铜电阻0℃时50Ω双线
巡测仪
冷氢
4
汽端
铂电阻0℃时100Ω三线
CRT
冷氢
4
励端
铂电阻0℃时100Ω三线
CRT
热氢
1
汽端
铂电阻0℃时100Ω三线
CRT
热氢
1
励端
铂电阻0℃时100Ω三线
CRT
定子铁芯
14
齿和轭部
铜-康铜热电偶
巡测仪
定子铁芯
2
端部结构件
铜-康铜热电偶
巡测仪
定子总进出水管
1
汽端出水
铬镍-康铜热电偶
CRT
定子总进出水管
1
励端出水
铬镍-康铜热电偶
CRT
5试验结果和数据分析
5.1试验结果
试验结果见表5~9
表5进相运行实测数据
1
2
3
4
5
6
7
8
P（MW）
170
170.1
170
170.5
246.8
246.4
302.8
301
Q（Mvar）
34
-60.3
-82.6
-102
-26.6
-38.4
41.5
15.5
Uf（KV）
20.3
19.3
19.0
18.9
19.7
19.6
20.3
20.1
If（A）
4600
5100
5565
5802
7264
7332
8584
8545
δ（°）
27.3
44.1
48.5
50.1
39.1
42.8
42.4
44.2
Uxt（KV）
240.8
238.3
237.9
237.8
241.7
240.2
241.7
240.8
COSΦ
0.977
0.937
0.892
0.863
0.996
0.992
0.99
0.999
Uff（V）
10.0
8.0
7.8
7.3
10.5
10.1
13.5
12.6
Iff（A）
78.5
60.4
58.3
56.1
76.3
70.4
98.2
92.5
U6kv11（KV）
6.15
5.87
5.83
5.77
6.14
5.96
6.14
6.07
U6kv12（KV）
6.21
5.89
5.85
5.82
6.20
6.03
6.20
6.13
表6冷却介质温度数据
工况
氢压（Mpa）
汽端冷氢温度（℃）
励端冷氢温度（℃）
汽端热氢温度（℃）
励端热氢温度（℃）
汽端总进水温度℃
励端总进水温度℃
1
P=170MW
Q=34Mvar
0.301
40.4
39.8
－
－
38.5
42.4
2
P=170.1MW
Q=-60.3Mvar
0.304
41.9
40.0
－
－
40.1
44.3
3
P=170.MW
Q=-82.6Mvar
0.305
42.5
41.1
－
－
41.6
45.7
4
P=246.8MW
Q=-26.6Mvar
0.303
42.1
41.0
－
－
41.9
46.0
5
P=246.4MW
Q=-38.4Mvar
0.305
43.5
41.5
－
－
42.1
49.9
6
P=302.8MW
Q=41.5Mvar
0.304
43.6
42.3
－
－
46
54
7
P=301MW
Q=15.5Mvar
0.306
45
44
－
－
48
57
表7定子铁芯机端部结构件温度和温升数据
工况
温测位置
P=170.1MW
Q=-60.3Mvar
P=170.MW
Q=-82.6Mvar
P=246.8MW
Q=-26.6Mvar
P=246.4MW
Q=-38.4Mvar
P=302.8MW
Q=41.5Mvar
P=301MW
Q=15.5Mvar
编号
位置
温度℃
温升K
温度℃
温升K
温度℃
温升K
温度℃
温升K
温度℃
温升K
温度℃
温升K
55
35段垂直轭部
60
18.1
60
17.5
61
18.9
62
18.5
63
19.4
64
19
56
槽32－33间齿部
62
20.1
61
18.5
63
20.9
65
21.5
66
22.4
67
22
57
35段水平轭部
59
17.1
59
16.5
61
18.9
62
18.5
63
19.4
63
18
58
槽44－45间齿部
61
19.1
61
18.5
62
19.9
65
21.5
66
22.4
66
21
59
1段垂直轭部
55
13.1
56
13.5
56
13.9
57
13.5
58
14.4
58
13
60
槽32－33间齿部
59
17.1
60
17.5
61
18.9
63
19.5
65
21.4
65
20
61
1段水平轭部
55
13.1
57
14.5
57
14.9
57
13.5
59
15.4
58
13
62
槽44－45间齿部
54
12.1
56
13.5
56
13.9
56
12.5
58
14.4
59
14
63
磁屏蔽垂直
57
15.1
59
16.5
59
16.9
59
15.5
62
18.4
63
18
64
磁屏蔽水平
56
14.1
56
13.5
59
16.9
59
15.5
62
18.4
63
18
65
齿压板30－31间齿部
52
10.1
52
9.5
62
19.9
63
19.5
64
20.4
68
23
66
齿压板45－46间齿部
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
67
铜屏蔽相对32槽位置
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
68
铜屏蔽相对45－46槽位
145
105
264
222.9
125
84
147
105.5
139
96.7
169
125
139
54段水平轭部
60
20
61
19.9
62
21
63
21.5
64
21.7
65
21
140
54段槽44－45间齿部
62
22
62
20.9
63
22
66
24.5
67
24.7
68
24
汽端冷氢
41.9
42.5
42.1
43.5
43.6
45
励端冷氢
40.0
41.1
41.0
41.5
42.3
44
注：
表中55－65测点温升数据系当时工况下与汽端冷氢温度之差；68－140测点温升数据系与励端冷氢温度之差；66、67测温点损坏，其数据没有记录。
表8定子线圈温度和温升数据
序号
工况
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
进水温度
槽号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
1
P=170.1
温度℃
47.2
48.3
48.5
48.6
48.4
48.5
47.9
48.1
48.8
49.0
48.3
57.9
48.8
49.1
48.8
49.3
48.8
49.3
50.1
49.4
50.0
50.3
50.0
50.3
50.1
49.1
49.6
40.1
Q=-60.3
温升K
7.1
8.2
8.4
8.5
8.3
8.4
7.8
8.0
8.7
8.9
8.2
17.8
8.7
9.0
8.7
9.2
8.7
9.2
10.0
9.3
9.9
10.2
9.9
10.2
10.0
9.0
9.5
2
P=170
温度℃
47.3
48.5
48.5
48.9
48.6
48.7
47.8
48.0
48.9
50.1
49.1
59.6
48.9
50.4
49.3
52.6
49.2
52.4
51.0
50.2
51.1
51.2
50.0
50.6
50.5
52.1
53.7
40.5
Q=-82.6
温升K
6.8
8.0
8.0
8.3
8.1
8.2
7.3
7.5
8.4
9.6
8.6
9.1
8.4
9.9
8.8
12.1
8.7
11.9
10.5
9.7
10.6
10.7
9.5
10.1
10.0
11.6
13.2
3
P=246.8
温度℃
53.8
55.0
55.4
55.2
54.7
54.7
54.2
54.4
55.2
55.9
54.4
64.0
55.0
55.3
55.2
55.3
55.1
55.5
56.8
55.7
56.1
56.8
56.3
56.6
56.3
55.5
56.0
43.3
Q=-26.6
温升K
10.5
11.7
12.1
11.9
11.4
11.4
10.9
11.1
11.9
12.6
11.1
20.7
11.7
12.0
11.9
12.0
11.8
12.2
13.5
12.4
12.8
13.5
13.0
13.3
13.0
12.2
12.7
4
P=246.4
温度℃
55.1
57.2
57.1
56.8
56.3
55.0
56.1
56.4
56.1
56.5
55.5
65.0
58.0
56.3
57.1
56.2
56.0
57.1
57.8
57.1
57.4
59.1
57.5
57.2
57.6
57.8
56.9
44
Q=-38.4
温升K
11.1
13.2
13.1
12.8
12.3
11.0
12.1
12.4
12.1
12.5
11.5
21.0
14.0
12.3
13.1
12.2
12.0
13.1
13.8
13.1
13.4
15.1
13.5
13.2
13.6
13.8
12.9
5
P=302.8
温度℃
55.9
56.0
56.5
56.3
55.4
55.6
55.4
56.1
56.2
56.5
55.2
64.6
55.7
55.9
56.8
56.1
56.0
55.9
55.4
57.0
57.1
57.3
56.5
57.1
57.8
57.3
56.8
45.3
Q=41.5
温升K
10.6
10.7
11.2
11.0
10.1
10.3
10.1
10.8
10.9
11.2
9.9
19.3
10.4
10.6
11.5
10.8
10.7
10.6
10.1
11.7
11.8
12.0
11.2
11.8
12.5
12.0
11.5
6
P=301
温度℃
56.2
57.1
57.5
57.6
57.3
57.0
56.5
57.2
57.6
58.6
56.8
66.4
57.3
57.6
57.7
57.8
57.5
58
59.5
58.3
58.6
59.4
58.8
59.2
59.9
58.1
58.7
46.4
Q=15.5
温升K
9.8
10.7
11.1
11.2
10.9
10.6
10.1
10.8
11.2
12.2
10.4
20.0
10.9
11.2
11.3
11.4
11.1
11.6
13.1
11.9
12.2
13.0
12.4
12.8
13.5
11.7
12.3
序号
工况
编号
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
进水温度
槽号
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
1
P=170.1
温度℃
49.9
49.6
50.1
50.2
50.1
50.5
49.7
49.6
50.2
50.1
50.1
54.4
59.2
50.1
50.3
49.6
49.5
49.5
49.7
49.3
50.1
50.5
49.7
50.1
49.7
49.5
50.6
40.1
Q=-60.3
温升K
9.8
9.5
10.0
10.1
10.0
10.4
9.6
9.5
10.1
10.0
10.0
14.3
19.1
10.0
10.2
9.5
9.4
9.4
9.6
9.2
10.0
10.4
9.6
10.0
9.6
9.4
10.5
2
P=170
温度℃
50.1
50.1
50.5
50.6
50.3
50.4
50.1
50.2
50.6
50.8
50.4
56.4
62.1
51.3
51.2
50.1
50.1
50.2
50.1
50.3
51.0
51.1
50.1
50.5
50.2
50.1
51.3
40.5
Q=-82.6
温升K
9.6
9.6
10.0
10.1
9.8
9.9
9.6
9.7
10.1
10.3
9
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