发电机的进相试验原理及方案.doc

发电机的进相运行 是由于系统电压太高 影响电能质量 而采取的一种运 行方式 目的是为了让发电机吸收系统无功功率 从而达到降低系统电压作 用 这是由调度部门下令执行的 发电机能不能进相运行 取决于发电机的 无功进相能力 由于制造工艺和安装质量不一样 每台机的进相情况是不同 的 每台机都必须单独做进相试验 然后得出在不同负荷下的进相深度 再 将这些数据写入运行规程 一般情况都是这样的 在做进相试验时 先是维持 发电机有功负荷某一固定值 如空载 50 75 100 再按要求的速度 进行减磁 直到励磁调节器低励限制动作为止 记录各点的相关数据 目的是 为了在不破坏机组静态稳定性前提下 得出机组对系统调压的能力 发电机进相运行是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态 属机组异常运行的一种状况 当发电机励磁系统由于 AVR 原因或故 障 或人为降低发电机的励磁电流过多 使发电机由发出感性无功 功率变为吸收系统感性无功功率 定子电流由滞后于机端电压变为 超前于机端电压运行 这就是发电机的进相运行 进相运行也就是 现场经常提到的欠励磁运行 或低励磁运行 此时 由于转子主 磁通降低 引起发电机的励磁电势降低 使发电机无法向系统送出 无功功率 进相程度取决于励磁电流降低的程度 引起发电机进相运行的原因 引起发电机进相运行的原因是低谷运行时 发电机无功负荷原已处 于底限 当系统电压因故突然升高或有功负荷增加时 励磁电流自 动降低引起进相 AVR 失灵或误动 励磁系统其他设备发生了故障 人为操作使励磁电流降低较多等也会引起进相运行 发电机进相运行故障的处理 处理方式如下 a 如果由于设备原因引起进相运行 只要发电机尚未出现振荡或失 步 可适当降低发电机的有功负荷 同时提高励磁电流 使发电机 脱离进相状态 然后查明励磁电流降低的原因 b 由于设备原因不能使发电机恢复正常运行时 应及早解列 因通 常情况下 机组进相运行时 由于定子端部漏磁和由此引起的损耗 要比调相运行时增大 所以定子铁芯端部附近各金属部件温升较高 容易发热 对系统电压也有影响 c 制造厂允许或经过专门试验确定能进相运行的发电机 如系统需 要 在不影响电网稳定运行的前提下 可将功率因数提高到 1 或在 允许的进相状态下运行 此时 应严密监视发电机的运行工况 防 止失步 尽早使发电机恢复正常 此外 应注意高压厂用母线电压 的监视 保证其安全 由于水轮发电机是凸极式结构 其纵轴和横 轴同步电抗不相等 电磁功率中有附加分量 因而使它比汽轮发电 机有较大的进相运行能力 发电机进相运行时为什么会引起定子端部温度升高 进相运行时由于助磁性的电枢反应 使发电机端部漏磁增加 端部 漏磁引起定子端部温度升高 发电机端部漏磁通为定子绕组端部漏 磁通和转子端部磁通的合成 进相运行时 由于两个磁场的相位关 系使得合成磁通较非进相运行时大 导致定子端部温度升高 发电机进相运行时应注意什么 发电机进相运行时 主要应注意四个问题 1 静态稳定性降低 2 端部漏磁引起定子端部温度升高 3 厂用电电压降低 4 由于 机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加 易造 成过负荷 发电机进相运行的必要性 超高压远距离输电网络不断扩大 导致系统无功增多 如 220 kV 330 kV 和 500 kV 级的架空线路 每公里对地的容性无功分别 为 130kvar 400 kvar 和 1 000 1 300 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 节假日或午夜等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 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 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 3 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 发电机的静稳定和 动稳定限制 发电机的暂态和动态稳定限制 低励磁不稳定 的限制 4 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 4 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 4 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 4 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 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 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 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 定子边段铁芯和金属结构件温度会增加 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 科 学 技 术 方 案 新力热电有限公司 1 2号发电机组进相试验方案 吉林省电力有限公司电力科学研究院 二 六年六月 密 级 机密 质量记录号 QXT L JDKJ 101 2002 编 号 2006 01 项目名称 新力热电有限公司1 2号发电机组进相试验方案 负责单位 吉林省电力有限公司电力科学研究院 委托单位 新力热电有限公司 项目负责人 徐景彪 主要参加人员 界金星 谢春瑰 赵利全 编 写 徐景彪 初 审 界金星 审 定 吉林省电力有限公司电力科学研究院 马卫平 新力热电有限公司 吉林省电力调度中心 曲振军 批 准 吉林省电力有限公司电力科学研究院 王振杰 新力热电有限公司 吉林省电力调度中心 摘 要 叙述了新力热电有限公司 1 2 号发电机组进相静态稳定试验的内容 方法及步骤 关键词 发电机 进相 静态稳定 试验 Abstract The all leading phase static state stabilization testing contents means and processes of No 1 and No 2 generator set in Xinli Thermoelectric Power Co LTD are recited Keywords Generator Leading phase Static state stabilization Test 目 录 1 前言 1 2 主设备参数 1 3 试验仪器及测录参数 1 4 试验应具备的条件及准备工作 2 5 机组进相试验 2 6 试验组织分工 5 7 安全注意事项 5 附件 1 2号发电机组进相试验前功率圆图计算结果 5 1 前言 新力热电有限公司 1 2 号发电机均系俄罗斯生产的 125 2 型发电 机 并列运行于该公司 220kV 母线上 通过 220kV 热源甲 乙线与新力一次变相联 为了 实现 1 2 号发电机进相运行 根据吉林省电力调度中心和新力热电有限公司的要求 特编 制本进相试验方案 来确定机组实际的进相调压能力及进相深度 保证机组在进相运行时 能够安全 稳定运行 本次进相试验 主要是测录 1 2 号发电机组在迟相和进相区的稳态参数 然后根据发 电机变参数模型 计算出机组的进相稳定范围 2 主设备参数 2 1 发电机 型 式 125 2 额定有功功率 125 MW 额定功率因数 0 85 额定定子电压 10 5 kV 额定定子电流 8086 A 额定转子电流 1850 A 纵轴同步电抗 203 7 定子漏电抗 2 2 主变压器 形 式 SFP9 150000 220 额定容量 150 MVA 额定电压 242 2 2 5 10 5 kV 短路阻抗 13 3 2 3 PT 及 CT 变比 发电机出口 PT 10 0 1 kV 6kV 厂用母线 PT 6 0 1 kV 220kV 母线 PT 220 0 1 kV 发电机测量 CT 10000 5 A 3 试验仪器及测录参数 3 1 试验仪器 ETM 61 型电力参数采集仪 01000204 号 3 2 接入参量 发电机定子三相电压 定子三相电流 转子电流 转速信号 220kV 母线 电压 6kV 厂用母线电压 4 试验应具备的条件及准备工作 4 1 发电机功角表及发电机双向无功功率变送器已经装好并经过检验 4 2 励磁调节器运行正常 增 减励磁调节应准确 4 3 6kV 厂用母线工 备电源切换正常 4 4 汽机 锅炉能承受发电机甩负荷的冲击 发电机甩负荷后应能维持空载运行 并具备 短时间内重新并网的能力 4 5 请新力热电有限公司根据 4 4 项条款 做好机组进相试验事故预想及措施 4 6 请新力热电有限公司与省调确定具体试验日期和时间 并由省调通知相邻一次变电所 确保试验过程中系统安全运行 4 7 在发电机停机时 接好试验所用仪器 4 8 将发电机失磁保护 调节器低励限制单元及振荡解列装置退出 机组其它保护按正常 方式投运 4 9 机组在并网前 请值长通知试验人员 以便对录波仪的 和 IL 进行标定 4 10 发电机按正常方式升压并网 并带负荷至 60MW 励磁调节器在自动通道 6kV 厂 用母线由高厂变供电运行 4 11 如果两台机组同时运行 则当一台机组试验时 将另一台机组机的励磁调节器控制 方式改为 FCR 运行 手动控制 4 12 机组在进相试验前 要将试验机组和非试验机组的无功调至最大 具体数值视当时情 况由试验指挥来定 5 机组进相试验 5 1 调节器在自动通道 将发电机有功功率保持在 60MW 5 2 分阶段减少发电机励磁 发电机无功功率每减少 10MVar 进相区 5MVar 并稳定之 后 测录一次发电机运行参数 直至发电机无功功率不低于 36MVar 发电机定子电压不 低于 9 8kV 6kV 厂用母线电压不低于 5 9kV 380V 厂用母线电压不低于 370V 为止 5 3 增加发电机励磁 将发电机调至迟相区正常运行点 将发电机有功功率调整并保持在 80MW 5 4 缓慢增加发电机励磁至发电机无功功率不高于 50MVar 发电机定子电压不高于 11kV 并稳定之后 测录发电机运行参数 5 5 分阶段减少发电机励磁 发电机无功功率每减少 10MVar 进相区 5MVar 并稳定之 后 测录一次发电机运行参数 直至发电机无功功率不低于 29MVar 发电机定子电压不 低于 9 8kV 6kV 厂用母线电压不低于 5 9kV 380V 厂用母线电压不低于 370V 为止 5 6 增加发电机励磁 将发电机调至迟相区正常运行点 将发电机有功功率调整并保持在 100MW 5 7 缓慢增加发电机励磁至发电机无功功率不高于 50MVar 发电机定子电压不高于 11kV 并稳定之后 测录发电机运行参数 5 8 分阶段减少发电机励磁 发电机无功功率每减少 10MVar 进相区 5MVar 并稳定之 后 测录一次发电机运行参数 直至发电机无功功率不低于 20MVar 发电机定子电压不 低于 9 8kV 6kV 厂用母线电压不低于 5 9kV 380V 厂用母线电压不低于 370V 为止 5 9 增加发电机励磁 将发电机调至迟相区正常运行点 将发电机有功功率调整并保持在 125MW 5 10 缓慢增加发电机励磁至发电机无功功率不高于 50MVar 发电机定子电压不高于 11kV 并稳定之后 测录发电机运行参数 5 11 分阶段减少发电机励磁 发电机无功功率每减少 10MVar 进相区 5MVar 并稳定之 后 测录一次发电机运行参数 直至发电机无功功率不低于 10MVar 发电机定子电压不 低于 9 8kV 6kV 厂用母线电压不低于 5 9kV 380V 厂用母线电压不低于 370V 为止 5 12 增加发电机励磁 将发电机调至迟相区正常运行点 5 13 投入发电机失磁保护 调节器低励限制单元及振荡解列装置 将另一台机组的励磁 调节器投入 自动 组运行 5 14 拆除试验接线 试验结束 6 试验组织分工 6 1 整个试验由省电科院统一指挥 6 2 省电科院负责试验仪器接线 新力热电有限责任公司配合 6 3 省电力调度中心负责试验期间的机组出力调度 6 4 新力热电有限公司负责整个试验过程中的运行设备操作 6 5 省电科院负责各项试验 数据处理 计算分析及编写试验报告 7 安全注意事项 7 1 所有参加本试验的人员均应熟悉本试验方案 做到心中有数 7 2 试验要统一指挥 各司其职 时刻注意保障人身和设备的安全 7 3 试验中调整操作的值班员应由有经验的人员担任 该值班员应熟悉机组励磁调节器的 性能及操作 7 4 在机组进相区内进行减磁操作过程中 当停止减励磁情况下发电机功角继续增加时 说明发电机已达到失稳点 此时应快加励磁以维持发电机组运行稳定 7 5 在机组进相试验过程中 如果发生机端电压 无功 励磁电流等参数摆动或其它异常 现象 应立即停止试验并恢复发电机正常运行工况 待问题查清并解决后再继续进行试验 7 6 在整个试验过程中 应控制好发电机冷却系统的运行 注意监视发电机定子线圈及定 子铁芯温度 以保证不超过允许温升的限制 7 7 运行当班人员做好事故预想及安全措施 并在试验地点附近的运行设备挂上 正在运 行 标志 7 8 试验结束后拆除试验接线时 应特别注意防止 CT 开路和 PT 短路及保护误动 7 9 安全负责人 徐景彪及当值值长 附件 1 2号发电机组进相试验前功率圆图计算结果 计算条件 220kV系统电压 242kV 并列机出力88 j20MVA 稳态参数测定试验电压控制范围 发电机9 8 11kV 系统 250kV 静稳极限为 70 附表 发电机进相试验前功率圆图计算数据 进 相 静 稳 极 限 范 围 进 相 电 压 控 制 范 围 迟 相 电 压 控 制 范 围P MW Q MVar U kV I kA U220 kV Q MVar U kV I kA U220 kV Q MVar U kV I kA U220 kV 121 18 710 126 98 70 0 239 9 18 7 10 126 43 70 0 239 9 55 5 11 0 6 98 43 3244 70 110 22 2 10 0 8 6 43 70 0239 83 22 2 10 0 8 6 43 70 0 239 8 3 54 3 11 0 0 6 44 40 6244 57 99 25 8 10 0 5 5 88 70 0239 74 25 8 10 0 5 5 88 70 0 239 7 4 53 1 11 0 0 5 90 37 9244 64 88 29 4 10 0 1 5 35 70 0239 64 29 4 10 0 1 5 35 70 0 239 6 4 52 1 11 0 0 5 37 34 9244 69 77 33 0 9 98 4 85 70 0239 53 33 0 9 98 4 85 70 0 239 5 3 51 1 11 0 0 4 85 31 6244 75 66 36 5 9 94 4 38 70 0239 39 36 5 9 94 4 38 70 0 239 3 9 50 3 11 0 0 4 36 28 0244 79 55 40 1 9 91 3 97 70 0239 24 40 1 9 91 3 97 70 0 239 2 4 49 6 11 0 0 3 89 24 0244 83 44 43 6 9 87 3 62 70 0239 07 43 6 9 87 3 62 70 0 239 0 7 49 1 11 0 0 3 46 19 7244 87 33 47 1 9 82 3 38 70 0238 89 47 1 9 82 3 38 70 0 238 8 9 48 7 11 0 0 3 09 15 1244 90 22 50 6 9 78 3 26 70 0238 69 49 1 9 80 3 17 66 3 238 7 9 48 4 11 0 0 2 79 10 2244 92 11 54 0 9 73 3 27 70 0238 47 49 3 9 80 2 98 49 2 238 8 1 48 3 11 0 0 2 60 5 1 244 93 1 57 1 9 69 3 40 70 0238 25 49 3 9 80 2 91 6 0 238 8 1 48 3 11 0 0 2 53 0 5 244 94 0 11 22 33 44 55 66 77 88 99 110 121 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 发 电 机 无 功 功 率 Q MVar 发电 机有 功功 率P M W 附图 1 2 号发电机功率圆图计算曲线