水电站发电机进相运行技术措施思考

摘    要：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，此种状态即为发电机的进相运行工况。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。

关键词：发电机;进相;思考

1  发电机组失磁进相运行的危害

发电机失磁后机端定子电压会显著降低，系统电压也会降低，系统内用电设备电流增加表现有下面几种情况。

1.1  定子电流增大

发电机组失磁异步进相运行时，机组要从系统吸取较大的无功，定子电流会明显增大;又因为电压的降低，在机组输出有功一定的情况下，定子电流也要大一些，会导致定子温升比正常时较高，考验机组绝缘耐热水平。

1.2  转子过热和振动

发电机失磁异步进相运行时，定子还有负序磁场，负序磁场对转子有双倍同步转速的相对运动，因此在转子绕组以及转子本体中则会感应出两倍额定频率（100Hz）的电流，这样会加剧转子过热水平。这些电流不仅流过转子的本体，还流过护环、槽契与齿以及套箍的许多接触面，这些地方电阻高，发热尤为严重，可能产生局部过热，破坏转子部件的机械强度和绕组绝缘。因此，两倍频率电流引起转子的发热对水电站发电机特别危险大。

1.3  发电机失磁进相运行对系统电压的影响

发电机失磁后要从系统吸取无功功率，主要由两部分组成：一部分是提供电机所需的励磁无功;另一部分是定、转子漏抗中消耗的无功。如果失磁机组的单机容量较大，系统容量较小，系统电压将会显著下降，使电力系统各部分之间失步，伴随着异步振荡，系统内将甩掉大量负荷，甚至造成整个系统崩溃瓦解。

1.4  对其他用电设备的影响

一旦电网电压降低，会导致机组附近网内用电设备低压跳闸，如交流接触器低压瞬时释放跳闸、变频设备低压保护跳闸等，会对正常用电造成影响。

2  发电机进相运行处理

维持系统电压正常，保证系统稳定性，网上电压低时，禁止进相运行。进相运行时，维持发电机出口电压在±5%Un范围内，防止发电机静稳极限降低，保证发电机冷却水温、水压、流量在额定参数范围内， 监视定子温升不超规定，尤其是定子端部温度不超过120℃。 发电机进相运行期间，各部分温度、温升超过运行限额，手动增加无功负荷。发电机进相运行期间，发电机定子电压、定子电流不能超过运行限额，否则联系调度减少有功，发电机进相运行中，应按调度给定进相深度目标微量细调平稳操作，接近给定深度时，操作要平稳微调，并严密监视发电机无功变化和6kV厂用母线电压，在发电机进相运行期间，出现失步振荡现象时，应立即增加励磁电流直至迟相运行，必要时减小有功负荷，仍不能拉入同步时，按照值长命令解列机组。在调整进相深度过程中，应注意相邻机组的无功负荷，力求合理分配。如果按调度给定进相深度目标调整到主变高压侧电压仍高于调度给定的电压曲线，应立即汇报调度，并按调令执行。当无功负荷调至给定进相深度时，运行人员应认真监盘，精心调整操作尽力保持运行工况稳定，不得超过发电机的出力曲线及V形曲线的限额，谨防有功负荷大幅度变化，导致无功进相深度变化使发电机功角增大，超过静稳极限失步振荡，发电机进相运行中，每小时记录一次发电机各部温度，发电机进相运行如果无功负荷、端部温度、6kV厂用工作母线电压达到限制条件时，应立即增加励磁电流至迟相稳定运行，使各限制条件均在允许范围内运行。

3  发电机进相运行注意事项

发电机的进相运行必须严格按照调度命令进行，应按规定调节发电机进相深度，发电机进相运行时，发电机励磁调节器应运行在自动方式，发电机励磁调节器低励限制器及发电机失磁保护投运正常，励磁系统无任何缺陷及异常，在增减发电机励磁时，速度要缓慢，切忌快速大幅度调节，进相运行的限制值控制在规定范围之内，且始终保持小于低励限制动作值。在降低发电机励磁时，若低励限制器动作，应立即停止降低发电机励磁，适当增加发电机励磁直至告警消失。发电机进相运行时，监盘人员应严密监视，使其各参数在允许范围内运行，要认真监视发电机进、出口风温，严密监视发电机定子铁芯的温度，防止发电机过热的发生。要保证发电机定子铁芯、齿部、压指、大小压圈温度小于110℃，发电机定子电压大于19.8kV，应保持发电机定子电流不大于1.05倍额定电流，发电机进相运行时，发电机的失磁保护和失步保护必须投入运行，要注意监视发电机的静稳定情况和机组振动情况，注意发电机各表计指示正常无摆动，防止发电机失步发生，若发生发电机失磁则按照电气运行规程中发电机失磁事故处理，发电机进相运行时，应注意机组厂用电压（6kV厂用母线电压大于5.67kV;380V母线电压大于361V;500kV母线电压不小于525kV，发电机功角不大于70°）。必须注意厂用母线电压偏低引起的厂用电动机过电流问题，应严密监视厂用电动机各部温度不超过允许值，当系统发生故障，应迅速增加发电机励磁，使其转入迟相运行，当系统发生振荡时，进相运行机组不得干预自动增加无功，当系统及发电机发生振荡或失去同步时，应立即增加进相运行机组的励磁电流，若因网上出现跳机等原因引起网上无功大幅度波动，不应干涉发电机励磁调节器动作，发电机进相运行时，如发现其它运行机组有功、无功有明显的摆动现象时应即刻增加该发电机励磁电流，恢复发电机迟相运行。

4  防止发电机进相运行技术措施

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，同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少，发电机电势Eq亦相应降低，从P-功角关系看，在有功不变的情况下，功角必将相应增大，比值整步功亦相应降低，发电机静态稳定性下降，其稳定极限与发电机短路比，外接电抗，自动励磁调节器性能及其是否投运等有关。

进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大，特别是大型发电机线负荷高，正常运行时端部漏磁比较大，端部铁芯压指连接片温升高，进相运行时因为漏磁增大，温升加剧，进相运行时发电机端部电压降低，厂用电电压也相应降低，如果超出10%，将影响厂用电运行，因此，同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度，即在供给一定有功状态下，吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定，各部件温升不超限，并能满足电压的要求。

5  结语

失磁进相运行会影响发电机自身设备稳定运行，引发系统电压波动及造成部分网内设备低压保护动作跳闸，通过加强监视管理，采取部分报警措施，一旦发生机组失磁进相运行情况，立即采取降负荷或手动增磁的手段提高机组无功出力，减少对系统和厂用电压的影响。因此，需要水电站机组运行人员密切关注机组无功出力，避免机组长期失磁进相运行。

参考文献：

[1] 蔡军.提高发电厂励磁系统可靠性的有效措施[J].电脑知识与技术，2019（4）：216～217.

[2] 王伟.发电厂发电机励磁系统常见故障分析[J].中国设备工程，2018（12）：42～43.

作者簡介：

沈骞（1982—）性别：男，民族：汉，助理工程师。