11 伊敏发电厂#2发电机进相运行.docx
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11伊敏发电厂#2发电机进相运行
伊敏发电厂＃2发电机进相运行试验
屈文辉
（华能伊敏煤电有限责任公司发电厂，内蒙古伊敏021134）
摘要：
超高压远距离输电网络不断扩大，导致系统无功增多，500 kV级的架空线路，每公里对地的容性无功分别为1000～1300 kvar。
加之，为弥补系统高峰负荷时的无功不足，在电网中还装设了一定数量的电容器，这些电容器有时难以适应系统调节电压的需要而及时投切。
因此，在系统负荷处于低谷时，其过剩无功必导致电网电压升高，甚至超过运行电压容许的规定值，不仅影响供电的电压质量，还会使电网损耗增加，经济效益下降。
发电机进相运行能吸收网络过剩的无功功率，降低系统电压。
关键词：
进相运行吸收无功组态优化参数调整
发电机进相运行是结合电力生产需要而采用的切实可行的运行技术，它可使发电机由改变运行工况而达到降压的目的。
仅是利用系统现有设备增加的一种调压手段，便可扩大系统电压的调节范围，改善电网电压的运行状况。
该方法操作简便，在发电机进相运行限额范围内运行可靠，其平滑无级调节电压的特点，更显示了它调节电压的灵活性，发电机进相运行是改善电网电压质量最有效而又经济的必要措施之一。
1发电机进相运行的基本原理
发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行。
当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即进相运行。
发电机进相运行时各电气参数是对称的，并且发电机仍保持同步转速，因而是属于发电机正常运行方式中功率因数变动时的一种运行工况，只是拓宽了发电机通常的运行范围。
同样，在允许的进相运行限额范围内，只要电网需要是可以长期运行的。
同步发电机在低有功情况下可以无励磁运行，此时发电机能保持同步运行，并吸收电网无功功率，但其定子电压要下降。
发电机低有功无励磁运行是依靠反应转矩维持同步运行的，其电磁功率包含两部分，即基本电磁功率和附加电磁功率，基本电磁功率是由励磁电流决定的，附加电磁功率是由转子凸极效应确定的。
当运行中失去励磁时，电磁功率仅有附加电磁功率，其最大值为
对于凸极发电机Xd＞Xq，故P2m＞0；当有功功率很小时，该电磁功率足以克服制动转矩的作用而驱动发电机与电网保持同步。
实践证明，凸极发电机在无励磁运行时的电磁反应功率可达到额定容量的20%左右，亦即发电机带有功20% Pn无励磁运行时不失步。
此时转子绕组无直流电流又保持同步状态，故不在转子绕组及各部件感应电流，不存在转子发热的问题。
2发电机进相运行的限制因素
发电机进相运行会受到下列因素的限制：
①发电机的静稳定和动稳定限制；
②发电机的暂态和动态稳定限制；
③低励磁不稳定的限制。
3进相运行试验研究工作内容
发电机进相运行试验研究主要工作如下。
3.1改造了各试验电厂有关无功功率等表计
发电机进相运行时，发电机吸收系统感性无功，无功功率为负，功率因数角由正变为负，功率因数具有双向性。
而以前各电厂所装无功表计均为单向，且未装功率因数表，因此需改造单向无功功率因数表。
3.2发电机进相运行稳定性和电压无功研究结果
发电机进相试验应在系统低谷负荷时段电压偏高时进行，采用四川电网正常运行状态下的小方式进行计算，为了提高发电机进相深度，减小发电机机端电压对进相深度的影响，一般将电厂升压变压器接头定于4档。
在发电机进相运行试验前对其稳定极限和无功电压进行了计算。
通过计算可知，每台发电机静稳定极限都是比较深的，暂态稳定极限略浅于静稳定极限，发电机进相在暂态稳定极限范围内能将系统电压降低至允许范围，降压效果是十分显著的。
3.3发电机失磁异步运行时机理、现象及处理措施
发电机在进相运行试验中，在励磁系统调试中有可能失磁，进相至较深的进相深度时也可能转入异步运行。
因此，在试验前应研究发电机失磁异步运行的机理、现象及处理措施。
当发电机进相运行时，随着励磁电流下降，电磁转矩下降，在转子上就会出现转矩不平衡现象。
试验研究结果表明，发电机失磁异步运行时，①转子表面温度不会太高，其主要原因为转子部件感应电流频率较低，集肤效应不太严重，涡流遍布于转子整体，不会使转子局部出现高温；②转子的转速不会无限制升高，这样可避免转子超速可能引起的故障或事故；③定子电压要下降，定子电流要增加，输出的有功至少要小于（0.5～0.6）Pn，定子电流接近或略高于其额定值；④定子边段铁芯和金属结构件温度会增加；⑤当转子绕组开路失磁异步运行时，转子绕组会产生瞬时过电压和过电流，在甚低滑差（S＜0.005＝下异步运行时，其感应电压是较低的，不会危及转子绕组绝缘的安全运行。
转子绕组在某种外接电阻下，其感应电流可能会超过转子额定电流，但不可能达到很高的危险数值，可能最高约为1.5倍额定电流值。
根据以上试验研究结果，发电机在进相试验中若发生失磁异步运行，不应匆忙解列停机，应尽快增加励磁电流恢复同步，若不能恢复同步，则应将有功减低至（50～60）%Pn，同时增加励磁电流，使发电机恢复同步。
3.4研究厂用电电压过低对厂用负载的影响
为了研究厂用电电压过低对厂用负载的影响，电科院曾在其他电厂作了厂用电压较低时的扰动试验。
发电机自动励磁调节器投入运行，在有功为140 MW，进相到厂用电达到较低值时，起动一台5500 kW给水泵电机作扰动试验，其试验结果表明，厂用电在起动过程中由6.0 kV降为4.8 kV，起动时间为4.6 s，起动时不影响发电机和其它辅机的正常运行。
3.5研究发电机低负荷全失磁时的机理、现象及处理措施
电科院曾经在其他电厂的发电机在有功为10MW下进行，将励磁电流减至最小，然后断开励磁开关，此时发电机保持同步运行，实测其边段铁芯温升未超标，此时厂用电电压最低为5.82 kV，发电机在P=10 MW下可以无励磁运行。
当发电机在有功为20 MW下进行，此时电机未失步，边段铁芯温度也未超标，但却受到了厂用电电压过低（厂用电压降为5.22 kV）的限制而不能无励磁运行。
3.6研究发电机定子端部边段铁芯和金属结构件温度分布规律
定子端部边段铁芯和金属结构件处埋设热电偶，测量其温度分布。
定子上下端定子边段铁芯和金属结构件处选择一个节距，埋设在同槽异相绕组附近，测量结果表明，最高温度在定子上压指和边段铁芯第一阶梯齿处，其主要原因是该机定子压指材料为磁性材料，该处磁阻小，漏磁通大。
该处温度较高，成了发电机进相运行的限制因素。
从周向看，最高温度出现在同槽异相绕组搭接槽齿部。
4伊敏电厂＃2机组情况简介
伊敏发电厂现装有两台俄罗斯电力工厂制造的TBB-500-2EY3型汽轮发电机，2号发电机分别于2000年进行了进相运行试验，根据试验结果确定的进相运行范围运行至今。
后期，伊敏发电厂对励磁系统进行了改造，更换了励磁调节器，同时系统结线方式有所改变，以达到提高运行安全性和稳定性的目的。
根据《东北网调直调发电厂并网机组进相运行管理暂行规定》要求：
“更换发电机励磁调节器的机组，必须重新进行机组进相试验，确定机组进相深度”的规定，需要对发电机再次进行进相运行试验。
为此，东北电力调度通信中心、伊敏发电厂和东北电力科学研究院共同对发电机进行进相运行试验。
系统运行方案由东北电力调度通信中心制定，发电机试验方案以及现场试验方案由东北电力科学研究院与伊敏发电厂共同制定。
机组技术参数如下：
机组名称：
伊敏发电厂＃2发电机
制造厂：
俄罗斯电力工厂
发电机型号：
TBB-500-2EY3型汽轮发电机
发电机基本技术数据：
额定容量Sn
588MVA
额定功率Pn
500MW
额定电压Un
20kV
额定电流In
17000A
功率因数cosφ
0.85
额定转速nn
3000r/min
额定频率
50Hz
转子电压
530V
转子电流
3800A
冷却方式
水氢氢
231
32
22
5试验内容和目的
考虑到2000年试验情况和结果，确定此次试验的主要目的为：
5.1确定静态稳定和暂态稳定的限制。
5.2发电机端部漏磁增大引起的过热限制。
考核自动励磁调节器运行的稳定性和对提高发电机进相运行能力及静态稳定的作用，整定发电机低励限制范围。
验证发电机进相运行时对降低网络各枢纽点电压的作用和效果。
通过进相运行试验，验证原进相运行范围。
6试验前准备工作
由于2001年试验期间已经对定子各部分温度进行了相应的测试，因此此次试验不再对结构件温度进行测量，但是在试验之前需要进行测量装置安装等工作。
1、发电机的端部结构及边段铁芯的温度升高是影响发电机进相能力的关键因素之一，由于发电机汇线端子仅空余3个，所以本次试验只能加3个测点，3个测点均加在励侧压圈上，试验结束后在机组检修时拆除测温元件。
2、在机组停机期间，在转子大轴上安装功角测量装置，选择合适位置安装光电轴位测量装置，并进行刷漆处理。
3、安装电气测量装置，由发电机出口测量用电压互感器二次侧接引至功角测试设备。
4、根据试验要求确定励磁调节器有关整定值，并在试验前进行校验。
定值为350MW有功时，无功-100MVar，400MW有功时，无功-85MVar，500MW有功时，无功-45MVar，试验过程中逐步调节。
失磁保护根据必须正常投入运行，并作用于跳机，定值在试验前需进行重新检查校验。
5、系统运行方式、事故预想及调度措施由调通中心以及伊敏发电厂负责制订。
6、现场试验措施方案及机组和厂用设备继电保护整定由伊敏发电厂负责编制。
7、试验仪器仪表设备，包括功角测量系统、电气测量系统由电科院负责，温度测量装置、二次设备各电气量的引出由伊敏发电厂协助完成。
8、起机并网前进行初始功角整定工作。
9、高压电抗器正常投入运行。
10、试验前应适当提高厂用电压水平。
11、试验前检查机组故障记录装置，试验期间应正常投入，并派专人监视，一旦出现故障，应立即检查并汇报有关参数变化情况。
12、试验期间，对侧变电所母线电压由当值值长或调通中心负责联系、记录。
7试验方法以及步骤
7.1试验条件
为保证被试发电机进相运行时的安全可靠，确定按以下限制条件进行试验：
a.发电机功角δ≤70°（带AVR）
b.定子电流Is≤1.05In，即17.85kA
c.机端电压Us≥0.95Un，即19kV
d.厂用电压Up≥0.95Upn，即5.7kV
e.发电机定子铁芯及端部构件的温度限制：
≤105℃
试验时，低励限制单元根据试验要求重新调整整定值；过负荷及低电压保护改信号。
7.2试验方法及步骤
（1）初始功角整定：
起机后并网前，机组在额定转速、额定电压下整定初始功角。
整定后并网带负荷。
（2）试验计划分别在有功负荷350、400、500MW共3个负荷点下进行，可以根据系统和机组条件进行必要的调整。
两台机组运行方式和系统结线方式按照调通中心的系统运行方式安排确定。
（3）厂用电源倒至备用电源带，发电机自动励磁调节投入
试验接线如图1所示。
试验步骤如下：
a.发电机有功负荷调至350MW，各工况参数（入口氢温、冷却器水温、定子电压等）调至额定值并保持稳定不变。
b.手动调节减磁按钮，缓慢并仔细地逐渐减少转子电流If，使cosφ＝1，并稳定运行5分钟，用记录发电机各电气量P、Q、Us、Is、If、Uf、δ、COSφ、U6kV、U500kV。
c.继续减少转子电流，发电机进入进相运行状态，以每次增调功角Δδ=5°为一测量点，记录以上各电气数据及电厂厂用6kV、380V及500kV出口母线电压，定子端部温度值。
至δ=70°或限制条件达到时为止。
每点停留3～5分钟，最大进相运行深度时稳定运行半小时，并观察励磁系统运行稳定性，是否存在漂移或大幅波动情况。
d.以上试验结束后，增加励磁电流，使COSφ恢复至迟相0.95，继续增加发电机有功出力至400、500MW两负荷点，分别按以上a.～c.步骤继续进行试验。
（4）厂用电源由高厂变带，发电机自动励磁调节投入2.3项试验结束后，将试验机组厂用电源倒至高厂变带。
继续试验步骤如下：
a.发电机有功负荷保持350MW，各工况参数（入口氢温、冷却器水温、定子电压等）调至额定值并保持稳定不变。
b.手动调节减磁按钮，缓慢并仔细地逐渐减少转子电流If，使cosφ＝1，并稳定运行5分钟，用记录发电机各电气量P、Q、Us、Is、If、Uf、δ、COSφ、U6kV、U500kV。
c.继续减少转子电流，发电机进入进相运行状态，以每次增调功角Δδ=5°为一测量点，记录以上各电气数据及电厂厂用6kV、380V及500kV出口母线电压，定子端部温度值。
至δ=70°或限制条件达到时为止。
每点停留3～5分钟，最大进相运行深度时稳定运行半小时，观察励磁系统运行稳定性，是否存在漂移或大幅波动情况。
d.以上试验结束后，增加励磁电流，使COSφ恢复至迟相0.95，降低发电机有功出力至400、350MW两负荷点，分别按以上a.～c.步骤继续进行试验。
8试验结果
1、各试验工况下，机组及电力系统均能保持稳定，未出现失稳情况。
2、励磁调节器在试验过程中运行正常。
低励限制单元运行正常，能够有效的进行低励限制并正确动作。
3、试验过程中，定子相关结构温度均未超过限制范围，即端部温度限制不是该机此次试验的制约因素。
4、试验过程中功角均到达70°，定子电流未超过允许范围，6KV母线电压未超过允许范围，但是定子电压已经达到限制条件，最低达到19.43KV，说明功角和定子电压是此次试验的主要制约因素，试验达到了预想的试验目的，可以根据该试验结果确定该机的进相运行范围并确定低励限制器的整定值。
5、随着进相运行深度的加大，机组无功波动范围加大。
6、发电机在高功率因数运行以及进相运行工况运行时对降低伊敏侧500KV系统电压效果明显。
7、试验过程中发现现场的记录表计之间的无功功率数据的差别较大，尤其是进相范围内，电气记录盘上的GDM－18型电力监测记录仪与励磁调节器显示的数据差别大。
试验数据及结论
试验数据见附表，附表二：
厂用电由高备变带时的实验数据；附表三：
厂用电由高厂变带时的试验数据；附表四：
各主要变电所电压情况。
试验期间＃1发电机无功功率提高至300Mar,在试验期间同步调整并保持300Mar无功负荷。
结合试验数据和试验结果，得出如下结论：
1、电厂＃1、＃2发电机进相运行能够有效的降低500KV系统电压，尤其是伊敏侧的500KV系统电压。
2、运行方式下，发电机进相运行深度的主要限制因素是发电机端电压。
3、进行过程中，发电机实际功角已经达到70°，已经达到了试验要求的进相运行深度，建议实际运行条件下，＃1、＃2发电机进相运行不应超过如下范围：
有功出力（MW）
350
400
450
进相无功功率（MVar）
75
55
25
4、建议低励限制按照如下范围进行整定，并设93%低电压限制：
有功出力（MW）
350
400
450
进相无功功率（MVar）
50
35
20
5、建议伊敏电厂对＃1、＃2机组进相运行时间、进相运行深度进行记录和统计，并在检修过程中注意检查定子端部构件，防止结构局部过热现象的发生。
6、由于励磁调节器的参数来源是由发电机出口测量用电压互感器和电流互感器的二次经变送器后测量并显示的，因此建议需对相应变送器进行校验，以保证显示数据的准确性，同时保证低励限制单元的动作正确性。
附表一试验仪器仪表及材料汇总
L-B5型电力监测记录仪
1台
转子轴位信号测量装置
1套
GDM-81型发电机监测记录仪
1台
数据计算处理系统
1套
图1进相试验接线图
有功功率（MW）
无功功率（MVar）
功角
定子电压（KV）
定子电流（KA）
励磁电流（A）
6KV母线（KV）
500KV母线（KV）
220KV母线（KV）
＃1发电机负荷
定子温度
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
P（MW）
Q（MVar）
铁心
绕组
460.1
60.5
59.8
19.69
13.61
2436.7
6
531.36
532.44
222.48
223.36
358
287
64.2
51.2
465.4
17.9
65.0
19.26
13.99
2339
5.95
524.03
525.03
219.73
220.74
363
297
-
-66.7
-7.3
68.0
18.99
14.20
2317
5.90
520.04
520.09
218.19
218.59
364
298
71.2
49.4
467.5
-22.3
69.5
18.82
14.33
2276
5.82
518.01
518.32
217.11
217.58
-
-
73.2
49.4
408.5
17.6
61.2
19.32
12.22
2148
-
526.71
527.14
222.00
220.81
-
-
-
-
407.0
-0.2
62.5
19.17
12.27
2105
5.9
523.96
524.57
219.06
219.80
407
298
65.8
47.4
409.7
-39.6
67.8
18.77
12.64
2036
5.82
518.32
518.93
216.37
217.25
67
47.1
409.3
-51.0
69.2
18.65
12.77
2007
5.80
516.79
516.33
216.11
216.84
68.1
46.6
413.2
57.0
70.2
18.56
12.99
2000
5.80
514.19
514.50
214.90
215.85
68.9
46.9
355.8
-0.9
59.1
19.26
10.83
1941
5.92
526.71
526.71
220.07
220.87
451
301
58.8
-
361.1
-28
62.5
18.98
11.11
1850
5.90
521.98
522.44
218.19
218.72
62.8
45.8
352.8
-62
67.1
18.60
11.25
1786
5.80
515.72
516.18
216.11
216.84
63.3
45.3
357.2
-73.8
69.5
18.43
11.50
1775
5.79
513.43
512.82
215.23
215.70
65.5
44.8
附表2进相试验数据表（高备变运行）
附表3进相试验数据表（高厂变运行）
有功功率（MW）
无功功率（MVar）
功角
定子电压（KV）
定子电流（KA）
励磁电流（A）
6KV母线电压（KV）
355.9
-2.3
59.6
18.98
10.96
2103
5.98
353.0
-18.0
61.6
18.91
10.90
1932
5.92
352.0
-32.0
63.0
18.81
11.02
1848
5.90
356.0
-40.4
64.5
18.76
11.09
1838
5.88
403.9
0
64.2
18.88
12.53
2101
5.90
410.3
-15.0
65.3
18.82
12.74
2105
5.88
408.1
-22.5
66.2
18.73
12.74
2078
5.82
459.6
6.3
67.3
18.84
14.10
2325
5.90
454.9
-7.0
68.0
18.82
14.13
2283
5.89
453.3
-16.89
68.6
18.74
14.08
2263
5.85
冯屯变
大庆变
哈南变
有功350MW，高工变运行
512／512
509／510
516／516
有功40MW，高工变运行
512／508
510／507
516／515
有功450MW，高工变运行
508／510
511／509
515／517
有功350MW，高备变运行
510／507
510／509
517／516
有功40MW，高备变运行
512／511
510／510
515／516
有功450MW，高备变运行
514／511
512／509
521／519
附表4进相试验期间相关500KV变电所母线电压记录
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