发电机进相运行的限制因素和调压效果的仿真研究

陈东 匡一雷

摘 要：目前我国正处于大电网和大机组的发展时期，在假期和凌晨的用电需求量相对来说少一些，此时就会导致电力系统中的感性无功过剩，从而使得电网的整体电压偏高，电压偏高不仅会降低电网中输送电能的质量而且会给各用电负荷的运行带来较大的安全隐患。为了解决上述问题，发电机进相运行由于其方便灵活以及经济的特点引起了人们的重视，本文主要研究了发电机进相运行的限制因素和调压效果。

关键词：发电机进相运行；限制因素；调压效果；PSASP仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.169

0 引言

目前我国正处于大电网和大机组的发展时期，输电线路的电压等级越来越高，输电线路的输送距离越来越长，在城市配电网络中电缆线路由于其优越性得到了越来越多的使用，上述因素使得电力网络中产生越来越多的无功功率。然而，假期和凌晨的用电需求量相对来说少一些，此时就会导致电力系统中的感性无功过剩，从而使得电网的整体电压偏高，电压偏高不仅会降低电网中输送电能的质量而且会给各用电负荷的运行带来较大的安全隐患。为了解决上述问题，发电机进相运行由于其方便灵活以及经济的特点引起了人们的重视，通过发电机进相运行来调整系统的电压得到了越来越多的研究。本文主要通过仿真计算对发电机进相运行的限制因素和调压效果进行了分析。

1 进相深度限制因素

影响发电机进相运行深度的限制因素有很多，主要有以下几点：

（1）端部发热。在发电机运行过程中，有很大的端部漏磁流过定子端部的铁芯以及转子护环等部件。由于转子端部的漏磁相对于定子来说是运行着的，因此在定子端部就会感应出相应的涡流，从而导致发电机端部产生磁滞损耗发热。

（2）功角静稳。当发电机进相运行时，随着If的持续减小，将使δ增大，逐步逼近发电机的静态稳定极限，若继续减小If，则发电机将面临失稳危险。

（3）机端电压。发电机进相运行时，对于静稳极限和进相深度影响最大的是机端电压变化，因为实际系统不可能为无穷大系统，无法维持机端电压恒定的缘故。

（4）其他限制因素还包括厂用电电压、升压变高压侧电压、系统母线电压等各级电压。进相运行能够降低电压，但是电压不能无条件的下降，必须在系统规定的范围内，否则就会引起系统的崩溃。

2 进相运行仿真计算

本次仿真计算采用PSASP6.282版计算程序，本次仿真以某火电厂#5发电机为对象，以华北华中联网数据为基础，进行不同有功出力下的仿真计算。有功出力分别选择640MW、512MW、384MW、320MW。仿真过程中注意以下限制条件：发电机出口电压不低于19kV（0.95UN）；电厂的6kV厂用电母线电压不低于5.7kV（0.95UN）；各母线电压维持在调度要求的范围内；按功角δ=90°为静稳极限，考虑应留有足够的静稳储备，进相运行时发电机的功角不大于70度。

通过仿真计算分析得出如表1结果。

注：表中1“是”为满足要求，“否”为不满足要求。

3 进相运行仿真分析

按照系统电压、发电机功角、静态稳定、暂态稳定、失磁计算等条件进行验证，得到某火电厂#5机进相深度限制值，如表2所示。

根据表1可知，发电机在有功640MW、无功-60Mvar，有功512MW、-102Mvar，有功384MW、无功-142Mvar，有功320MW、无功-163Mvar时，某火电厂#5机的功角分别为70°、70°、69.9°、70°，都已经达到或者接近规定的上限70°，不能再进相更深，因此功角是本次发电机进相试验的限制因素。当发电机有功出力为320MW时，发电机能够进相最深，为-163Mvar，此时发电机的机端电压降到最低为19.43kV，升压变高压侧电压为528.81kV，厂用电电压为5.78kV，某500kV母线电压为531.01kV，均满足要求，因此机端电压、厂用电电压、升压变高压侧电压、系统母线电压均不是本次发电机进相试验的限制因素。由此可知，发电机的功角是影响发电机进相运行深度的唯一因素。

发电机在有功出力为640MW时进相运行的调压效果如图1所示。有功出力为512MW、384MW、320MW时调压效果与图1表现出的特性相同。

由图1可知，当发电机进行进相运行时，系统各母线电压会降低，进相深度越大，电压下降的越多，其中厂用电电压和机端电压的下降幅度比升压变高压侧电压、某500kV母线电压和木兰220kV母线电压的下降幅度大很多，以有功出力为320MW为例，厂用电电压和机端电压下降百分比达到4%左右，而升压变高压侧电压、木兰500kV母线电压和木兰220kV母线电压下降百分比只有1%左右，这是由于厂用电母线和机端母线离正在进行进相运行的发电机较近，受到的影响更大。另外，由图1可得，当发电机的有功输出逐步降低的时候，各母线电压的下降幅度会逐步增大。可见，发电机进相运行对系统电压的调节效果是令人满意的。

4 结论

（1）当某火电厂#5发电机的有功输出为640MW时，发电机的进相深度为-60Mvar，当有功输出为512MW时，发电机的进相深度为-102Mvar，当有功输出为384MW时，发电机的进相深度为-142Mvar，当有功输出为320MW时，发电机的进相深度为-163Mvar，因此随着发电机有功输出的降低，发电机的进相深度会不断增大。而且限制发电机进相运行深度的条件是发电机的功角接近70°。

（2）随着发电机进相运行深度的加深，电力系统中各母线电压水平会不断下降，且距离进相机组的电气距离越近，电压下降的幅度会越大，距离进相机组的电气距离越远，进相运行的调压效果越差。随着发电机有功输出的减少，发电机进相运行的调压效果也会更好。

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