TRT同步发电机运行状态分析优化

李兴春++樊兴惠

摘 要：本文从TRT同步电机全平面P—Q运行极限图构成，分析了发电机组的各种运行状态，并结合TRT实际运行故障分析，找出机组运行状态与发电量的关系，优化操作提高发电量。

关键词：TRT同步发电机 运行状态 分析优化 P-Q运行极限图 发电量

中图分类号：TM340.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0063-02

TRT同步发电机的正常安全运行，关系到整个发电机组的稳定运行和发电量的多少。因此，分析掌握同步发电机基本运行原理和运行状态，通过技术、操作等方面的优化提高发电量也就成为必然的研究方向。

现结合TRT的实际运行故障分析，探索发电机运行状态对发电量的影响，以便优化操作提高发电量。

1 高炉TRT同步发电机工作原理及意义

TRT是高炉煤气余压回收透平发电机组的简称（Top Pressure Recovery Turbine Unit），利用高炉煤气的压力能和热能在透平机中膨胀做功，带动同步发电机发电。

TRT发电机组并网后，机组各种工作状态围绕同步发电机组P-Q图进行，其稳定运行状态为发电机过励磁迟相运行状态，其余运行状态在系统运行参数允许时尽量调整为过励迟相运行。一旦没把握好各种运行状态参数的合适范围，必将导致发电机组停机，降低TRT机组的发电量。因此，TRT机组的稳定运行对提高发电量减少经济损失至关重要。

2 TRT同步发电机组P-Q图及运行分析

2.1 发电机的P-Q图

发电机的安全运行极限即P-Q图，是指同步发电机带感性负荷，作出的电压相量图。如图1所示。

图1中，为功率因数角，为与的夹角即功角。以0点为原点的PQ直角坐标系和以0'为起点的相量图结合在一起，可以反映发电机电枢电流的大小（oa线段），励磁电流的大小（o'a线段），电压与电流的相位角，发电机的有功功率P和无功功率Q。

根据图1介绍的电压相量图中各线段含义，可作出同步电机的全平面P—Q图，如图2所示。即发电机运行状态需在P—Q图内，以下据运行a点所在范围来分析发电机各种运行状态。

2.2 同步电机运行状态及TRT实际故障分析

（1）发电机过励磁迟相运行。

过励迟相运行通常是TRT发电机的稳定状态。运行点a在P—Q图的第一象限（P>0，Q>0），发电机在此工况下输出有功和无功。

（2）发电机正常励磁同相运行。

发电机正常励磁同相运行。运行点a在图2+P轴上，P>0，发电机输出有功，Q=0，与同相。

2007年5月高炉慢风，机组励磁同相运行。透平机进口压力30 kPa左右波动，机端电压UG为6.15 kV，励磁电流IFD为 0.19 A，有功功率P1为5 MW，无功功率Q为0 MVar，功率因数Cos为-0.125。

励磁同相运行时，随欠励深度增加进入欠励进相运行，及时调节励磁调节器参数，使发电机参数运行在稳定状态，避免欠励过深发电机被迫停机，降低机组发电量。

（3）发电机欠励磁进相运行。

欠励进相运行在TRT发电机组中对机组有不利的一面。运行点a落在P—Q图的第Ⅱ象限，P>0发出有功，Q<0，发电机运行在欠励进相运行。

2007年2月出现了运行停机故障，发电机组深度欠励磁进相运行导致机组停机。机端电压为6.31 kV，励磁电流IFD为 0.31 A，有功功率P1为0.3 MW，无功功率Q为-1.6 MVar，功率因数Cos为-0.185。

2007年8月机组出现运行中进相。机端电压为6.41 kV，励磁电流IFD为1.23 A，有功功率P1为1.6 MW，无功功率Q为-0.8 MVar，功率因数Cos为-0.896。

当Q=-0.8 MVar欠励进相运行时，及时调节励磁调节器参数使发电机进入正常迟相运行。避免了深度进相造成发电机进入电动运行，影响发电量。

（4）同步发电机调相运行。

同步发电机调相运行。过励磁调相运行P=0，Q>0发出无功，运行点a点在+Q轴上。欠励调相运行，P=0，Q<0，运行点a在-Q轴上。

当高炉短时休风，机组向电动转变时，发电机运行在调相状态的时间较多，易造成进相运行或励磁调节器欠励动作。

2007年6月高炉短时休风，UG为6.15 kV，励磁电流IFD为0.19A，有功功率为0，无功功率Q为-1.4 MVar，功率因数Cos接近零。立即调节相关参数使发电机避免运行在进相欠励过深而停机，使发电机组稳定运行。

（5）同步发电机正常励磁空载运行。

发电机正常励磁空载运行，此时a点与0点重合，，P=0，Q=0，

高炉休风时，机组向电动过渡时短时间内会出现类似空载状态。励磁调节器易误判断出现保护误动作使发电机停机。

2007年8月，高炉短时休风，励磁调节器和保护动作，机组停机。参数为UG8.18 kV，IFD：2.82 A，有功功率、无功功率和功率因数均为0。

（6）TRT电动机欠励磁迟相运行。

欠励迟相运行运行点a落在P—Q图的第Ⅲ象限，P<0，Q<0。欠励过度易引起励磁调节器退出运行发电机组停机。当高炉顶压较低，机组无法进行发电时易导致欠励过度使发电机组停机。

（7）TRT电动机过励磁进相运行。

过励进相运行，运行点a落在P—Q图的第Ⅵ象限，P<0，Q>0。当发电机运行过励磁进相运行与在欠励迟相运行状态时机组不再发电，而是变成电动机，将从电网消耗电量。

3 发电机运行状态与发电量分析

TRT在运行中在高炉顶压波动较大时电气参数变化易导致停机或电动。如未及时调节参数造成发电机组停机或发电机进入电动状态，发电量将受到很大影响。

当发电机进入电动状态，从发电转为用电，以TRT两台3000 kW机组功率计算，每月电动时间最少20 h，每年将耗电72万 kWa，同时电动状态减少发电量26000 kW/h以上；高炉TRT进相运行过深造成的机组停机事故，每年至少10天，按高炉TRT小时发电量1350 kW/h计算，每次停机将减少发电量32.4万千瓦时，经济损失至少16.2万元。对一台功率为3万千瓦的发电机组，至少降低发电量150万度，则每年的经济损失至少300万。

4 结论

（1）发电机最佳的稳定运行状态为过励迟相运行，其余状态都会导致发电机的停机事故或变成电动机消耗电能。据发电机运行状况及时优化调整发电机参数是提高发电量的关键所在。

（2）TRT同步发电机发电量优化操作的关键，就是在机组运行状态发生变化时，调节励磁调节器以保障发电机组及时回归稳定运行状态。

参考文献

[1] 王爱霞，张秀阁.电机学[M].中国电力出版社，2005.

[2] 于永洋，杨倚雯.电力系统分析[M].中国电力出版社，2004，3.endprint

摘 要：本文从TRT同步电机全平面P—Q运行极限图构成，分析了发电机组的各种运行状态，并结合TRT实际运行故障分析，找出机组运行状态与发电量的关系，优化操作提高发电量。

关键词：TRT同步发电机 运行状态 分析优化 P-Q运行极限图 发电量

中图分类号：TM340.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0063-02

TRT同步发电机的正常安全运行，关系到整个发电机组的稳定运行和发电量的多少。因此，分析掌握同步发电机基本运行原理和运行状态，通过技术、操作等方面的优化提高发电量也就成为必然的研究方向。

现结合TRT的实际运行故障分析，探索发电机运行状态对发电量的影响，以便优化操作提高发电量。

1 高炉TRT同步发电机工作原理及意义

TRT是高炉煤气余压回收透平发电机组的简称（Top Pressure Recovery Turbine Unit），利用高炉煤气的压力能和热能在透平机中膨胀做功，带动同步发电机发电。

TRT发电机组并网后，机组各种工作状态围绕同步发电机组P-Q图进行，其稳定运行状态为发电机过励磁迟相运行状态，其余运行状态在系统运行参数允许时尽量调整为过励迟相运行。一旦没把握好各种运行状态参数的合适范围，必将导致发电机组停机，降低TRT机组的发电量。因此，TRT机组的稳定运行对提高发电量减少经济损失至关重要。

2 TRT同步发电机组P-Q图及运行分析

2.1 发电机的P-Q图

发电机的安全运行极限即P-Q图，是指同步发电机带感性负荷，作出的电压相量图。如图1所示。

图1中，为功率因数角，为与的夹角即功角。以0点为原点的PQ直角坐标系和以0'为起点的相量图结合在一起，可以反映发电机电枢电流的大小（oa线段），励磁电流的大小（o'a线段），电压与电流的相位角，发电机的有功功率P和无功功率Q。

根据图1介绍的电压相量图中各线段含义，可作出同步电机的全平面P—Q图，如图2所示。即发电机运行状态需在P—Q图内，以下据运行a点所在范围来分析发电机各种运行状态。

2.2 同步电机运行状态及TRT实际故障分析

（1）发电机过励磁迟相运行。

过励迟相运行通常是TRT发电机的稳定状态。运行点a在P—Q图的第一象限（P>0，Q>0），发电机在此工况下输出有功和无功。

（2）发电机正常励磁同相运行。

发电机正常励磁同相运行。运行点a在图2+P轴上，P>0，发电机输出有功，Q=0，与同相。

2007年5月高炉慢风，机组励磁同相运行。透平机进口压力30 kPa左右波动，机端电压UG为6.15 kV，励磁电流IFD为 0.19 A，有功功率P1为5 MW，无功功率Q为0 MVar，功率因数Cos为-0.125。

励磁同相运行时，随欠励深度增加进入欠励进相运行，及时调节励磁调节器参数，使发电机参数运行在稳定状态，避免欠励过深发电机被迫停机，降低机组发电量。

（3）发电机欠励磁进相运行。

欠励进相运行在TRT发电机组中对机组有不利的一面。运行点a落在P—Q图的第Ⅱ象限，P>0发出有功，Q<0，发电机运行在欠励进相运行。

2007年2月出现了运行停机故障，发电机组深度欠励磁进相运行导致机组停机。机端电压为6.31 kV，励磁电流IFD为 0.31 A，有功功率P1为0.3 MW，无功功率Q为-1.6 MVar，功率因数Cos为-0.185。

2007年8月机组出现运行中进相。机端电压为6.41 kV，励磁电流IFD为1.23 A，有功功率P1为1.6 MW，无功功率Q为-0.8 MVar，功率因数Cos为-0.896。

当Q=-0.8 MVar欠励进相运行时，及时调节励磁调节器参数使发电机进入正常迟相运行。避免了深度进相造成发电机进入电动运行，影响发电量。

（4）同步发电机调相运行。

同步发电机调相运行。过励磁调相运行P=0，Q>0发出无功，运行点a点在+Q轴上。欠励调相运行，P=0，Q<0，运行点a在-Q轴上。

当高炉短时休风，机组向电动转变时，发电机运行在调相状态的时间较多，易造成进相运行或励磁调节器欠励动作。

2007年6月高炉短时休风，UG为6.15 kV，励磁电流IFD为0.19A，有功功率为0，无功功率Q为-1.4 MVar，功率因数Cos接近零。立即调节相关参数使发电机避免运行在进相欠励过深而停机，使发电机组稳定运行。

（5）同步发电机正常励磁空载运行。

发电机正常励磁空载运行，此时a点与0点重合，，P=0，Q=0，

高炉休风时，机组向电动过渡时短时间内会出现类似空载状态。励磁调节器易误判断出现保护误动作使发电机停机。

2007年8月，高炉短时休风，励磁调节器和保护动作，机组停机。参数为UG8.18 kV，IFD：2.82 A，有功功率、无功功率和功率因数均为0。

（6）TRT电动机欠励磁迟相运行。

欠励迟相运行运行点a落在P—Q图的第Ⅲ象限，P<0，Q<0。欠励过度易引起励磁调节器退出运行发电机组停机。当高炉顶压较低，机组无法进行发电时易导致欠励过度使发电机组停机。

（7）TRT电动机过励磁进相运行。

过励进相运行，运行点a落在P—Q图的第Ⅵ象限，P<0，Q>0。当发电机运行过励磁进相运行与在欠励迟相运行状态时机组不再发电，而是变成电动机，将从电网消耗电量。

3 发电机运行状态与发电量分析

TRT在运行中在高炉顶压波动较大时电气参数变化易导致停机或电动。如未及时调节参数造成发电机组停机或发电机进入电动状态，发电量将受到很大影响。

当发电机进入电动状态，从发电转为用电，以TRT两台3000 kW机组功率计算，每月电动时间最少20 h，每年将耗电72万 kWa，同时电动状态减少发电量26000 kW/h以上；高炉TRT进相运行过深造成的机组停机事故，每年至少10天，按高炉TRT小时发电量1350 kW/h计算，每次停机将减少发电量32.4万千瓦时，经济损失至少16.2万元。对一台功率为3万千瓦的发电机组，至少降低发电量150万度，则每年的经济损失至少300万。

4 结论

（1）发电机最佳的稳定运行状态为过励迟相运行，其余状态都会导致发电机的停机事故或变成电动机消耗电能。据发电机运行状况及时优化调整发电机参数是提高发电量的关键所在。

（2）TRT同步发电机发电量优化操作的关键，就是在机组运行状态发生变化时，调节励磁调节器以保障发电机组及时回归稳定运行状态。

参考文献

[1] 王爱霞，张秀阁.电机学[M].中国电力出版社，2005.

[2] 于永洋，杨倚雯.电力系统分析[M].中国电力出版社，2004，3.endprint

摘 要：本文从TRT同步电机全平面P—Q运行极限图构成，分析了发电机组的各种运行状态，并结合TRT实际运行故障分析，找出机组运行状态与发电量的关系，优化操作提高发电量。

关键词：TRT同步发电机 运行状态 分析优化 P-Q运行极限图 发电量

中图分类号：TM340.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0063-02

TRT同步发电机的正常安全运行，关系到整个发电机组的稳定运行和发电量的多少。因此，分析掌握同步发电机基本运行原理和运行状态，通过技术、操作等方面的优化提高发电量也就成为必然的研究方向。

现结合TRT的实际运行故障分析，探索发电机运行状态对发电量的影响，以便优化操作提高发电量。

1 高炉TRT同步发电机工作原理及意义

TRT是高炉煤气余压回收透平发电机组的简称（Top Pressure Recovery Turbine Unit），利用高炉煤气的压力能和热能在透平机中膨胀做功，带动同步发电机发电。

TRT发电机组并网后，机组各种工作状态围绕同步发电机组P-Q图进行，其稳定运行状态为发电机过励磁迟相运行状态，其余运行状态在系统运行参数允许时尽量调整为过励迟相运行。一旦没把握好各种运行状态参数的合适范围，必将导致发电机组停机，降低TRT机组的发电量。因此，TRT机组的稳定运行对提高发电量减少经济损失至关重要。

2 TRT同步发电机组P-Q图及运行分析

2.1 发电机的P-Q图

发电机的安全运行极限即P-Q图，是指同步发电机带感性负荷，作出的电压相量图。如图1所示。

图1中，为功率因数角，为与的夹角即功角。以0点为原点的PQ直角坐标系和以0'为起点的相量图结合在一起，可以反映发电机电枢电流的大小（oa线段），励磁电流的大小（o'a线段），电压与电流的相位角，发电机的有功功率P和无功功率Q。

根据图1介绍的电压相量图中各线段含义，可作出同步电机的全平面P—Q图，如图2所示。即发电机运行状态需在P—Q图内，以下据运行a点所在范围来分析发电机各种运行状态。

2.2 同步电机运行状态及TRT实际故障分析

（1）发电机过励磁迟相运行。

过励迟相运行通常是TRT发电机的稳定状态。运行点a在P—Q图的第一象限（P>0，Q>0），发电机在此工况下输出有功和无功。

（2）发电机正常励磁同相运行。

发电机正常励磁同相运行。运行点a在图2+P轴上，P>0，发电机输出有功，Q=0，与同相。

2007年5月高炉慢风，机组励磁同相运行。透平机进口压力30 kPa左右波动，机端电压UG为6.15 kV，励磁电流IFD为 0.19 A，有功功率P1为5 MW，无功功率Q为0 MVar，功率因数Cos为-0.125。

励磁同相运行时，随欠励深度增加进入欠励进相运行，及时调节励磁调节器参数，使发电机参数运行在稳定状态，避免欠励过深发电机被迫停机，降低机组发电量。

（3）发电机欠励磁进相运行。

欠励进相运行在TRT发电机组中对机组有不利的一面。运行点a落在P—Q图的第Ⅱ象限，P>0发出有功，Q<0，发电机运行在欠励进相运行。

2007年2月出现了运行停机故障，发电机组深度欠励磁进相运行导致机组停机。机端电压为6.31 kV，励磁电流IFD为 0.31 A，有功功率P1为0.3 MW，无功功率Q为-1.6 MVar，功率因数Cos为-0.185。

2007年8月机组出现运行中进相。机端电压为6.41 kV，励磁电流IFD为1.23 A，有功功率P1为1.6 MW，无功功率Q为-0.8 MVar，功率因数Cos为-0.896。

当Q=-0.8 MVar欠励进相运行时，及时调节励磁调节器参数使发电机进入正常迟相运行。避免了深度进相造成发电机进入电动运行，影响发电量。

（4）同步发电机调相运行。

同步发电机调相运行。过励磁调相运行P=0，Q>0发出无功，运行点a点在+Q轴上。欠励调相运行，P=0，Q<0，运行点a在-Q轴上。

当高炉短时休风，机组向电动转变时，发电机运行在调相状态的时间较多，易造成进相运行或励磁调节器欠励动作。

2007年6月高炉短时休风，UG为6.15 kV，励磁电流IFD为0.19A，有功功率为0，无功功率Q为-1.4 MVar，功率因数Cos接近零。立即调节相关参数使发电机避免运行在进相欠励过深而停机，使发电机组稳定运行。

（5）同步发电机正常励磁空载运行。

发电机正常励磁空载运行，此时a点与0点重合，，P=0，Q=0，

高炉休风时，机组向电动过渡时短时间内会出现类似空载状态。励磁调节器易误判断出现保护误动作使发电机停机。

2007年8月，高炉短时休风，励磁调节器和保护动作，机组停机。参数为UG8.18 kV，IFD：2.82 A，有功功率、无功功率和功率因数均为0。

（6）TRT电动机欠励磁迟相运行。

欠励迟相运行运行点a落在P—Q图的第Ⅲ象限，P<0，Q<0。欠励过度易引起励磁调节器退出运行发电机组停机。当高炉顶压较低，机组无法进行发电时易导致欠励过度使发电机组停机。

（7）TRT电动机过励磁进相运行。

过励进相运行，运行点a落在P—Q图的第Ⅵ象限，P<0，Q>0。当发电机运行过励磁进相运行与在欠励迟相运行状态时机组不再发电，而是变成电动机，将从电网消耗电量。

3 发电机运行状态与发电量分析

TRT在运行中在高炉顶压波动较大时电气参数变化易导致停机或电动。如未及时调节参数造成发电机组停机或发电机进入电动状态，发电量将受到很大影响。

当发电机进入电动状态，从发电转为用电，以TRT两台3000 kW机组功率计算，每月电动时间最少20 h，每年将耗电72万 kWa，同时电动状态减少发电量26000 kW/h以上；高炉TRT进相运行过深造成的机组停机事故，每年至少10天，按高炉TRT小时发电量1350 kW/h计算，每次停机将减少发电量32.4万千瓦时，经济损失至少16.2万元。对一台功率为3万千瓦的发电机组，至少降低发电量150万度，则每年的经济损失至少300万。

4 结论

（1）发电机最佳的稳定运行状态为过励迟相运行，其余状态都会导致发电机的停机事故或变成电动机消耗电能。据发电机运行状况及时优化调整发电机参数是提高发电量的关键所在。

（2）TRT同步发电机发电量优化操作的关键，就是在机组运行状态发生变化时，调节励磁调节器以保障发电机组及时回归稳定运行状态。

参考文献

[1] 王爱霞，张秀阁.电机学[M].中国电力出版社，2005.

[2] 于永洋，杨倚雯.电力系统分析[M].中国电力出版社，2004，3.endprint