浅谈水轮机发电机组的进相运行

浅谈水轮机发电机组的进相运行
发表时间：2018-01-18T15:49:30.770Z 来源：《防护工程》2017年第26期作者：姜春涛[导读] 本文通过对云峰发电厂现场水轮发电机组进相的实际运行情况进行分析。

云峰发电厂吉林集安 134200
摘要：本文通过对云峰发电厂现场水轮发电机组进相的实际运行情况进行分析，阐明了在当前电网网络架构下，水轮发电机组进相运行的可行性和必要性。

并通过对发电机进相运行影响因素分析和试验，确定了水轮发电机组进相运行深度，确定了合理的运行方式，从而确保区域电网和设备安全稳定运行。

关键词：水轮发电机组进相运行电压调节稳定运行
1 引言
2009年东北电网220kV系统和500kV系统解环运行，云峰厂50Hz220kV系统在负荷高峰时电压相对较低，负荷低谷时电压较高，导致50Hz 1、3号发电机出口电压过高，严重影响安全稳定运行，若采用并联电抗器或使用调相机来解决，则无法实现平滑调整，影响当前电力系统运行动态稳定性。

根据系统需要适时将水轮发电机组转入进相运行, 则就能够有效抑制和改善电网运行电压过高的问题。

2 220kV系统运行方式
云峰发电厂装有四台水轮发电机组，其中1号、3号发电机向中方供电，云卧线和云水线两条220kV出线，正处于辽宁电网和吉林电网的联络节点上。

2009年220kV系统和500kV系统解环运行，导致云峰厂220kV出线将由原来的两条线路（云卧线、云水线）过渡到单线运行（云卧线），解环后，220千伏母线电压受云卧线所带负荷直接影响，突变量较大，同时云卧线输电线路长度变化，线路电容升高，导致末端的我厂220kV系统电压和1、3号发电机端电压过高，虽经调整主变分接头后机端电压有所降低，但是负荷低谷时220kV系统电压仍可达到244kV，严重影响机组和电力设备的安全运行。

3 发电机主要技术数据（1、3号发电机）
1、3发电机电气参数：型号：TS854／210—40；额定功率：115MW；额定电流5346A；额定频率：50Hz；飞逸转速：306r／min；额定励磁电流：1200A；额定容量：100MVA；额定电压：13. 8kV；额定功率因数0.90；额定转速：150r/min；定子接法：zY；额定励磁电压：385V。

厂用电引至发电机出口母线。

发电机各部分温度限值：定子绕组温度130℃，温升95℃；转子绕组温度130℃，温升95℃；热风温度65℃，冷风温度35℃。

4 影响进相运行原因分析
大型发电机进相运行属于一种正常的欠励同步运行状态,其吸收容性无功的能力即发电机进相深度受多方面因素制约，包括发电机组运行静态稳定性、发电机定子端部铁芯和端部结构件发热以及发电厂厂用电电压降低等等。

由于发电机的类型、结构、冷却方式及容量等不尽相同，在进相运行时允许供出的有功功率和吸收多少无功功率，主要由发电机本体的结构条件来确定，因此，发电机是否能进相运行应遵守制造厂的规定，制造厂无规定的应通过试验确定。

而我厂水轮发电机组生产于上世纪六十年代，即1965年的产品，目前已经运行43年，受当时条件制约，机组没有规定可以进相运行，因此需要通过试验确定机组进相运行的能力。

5 进相试验情况
(1)单机进相试验
单机进相试验时，以1号机进相为例，分别作了115MW、70MW、30MW、空载四个工况。

1号机试验，3号机配合调节系统电压至238kV，开始进相试验。

在1号机有功115MW，进相Q=－10Mvar，功角为32.8°，稳定30分钟，进行温度测量，此时系统电压降至236.7kV．比进相前系统电压降了1.3kV。

完毕，进行第二个工况，有功70MW，进相 =－20 Mvar时，功角在29.8°，系统电压从238.5kV降至236.9kV，系统电压降了1.6kV。

第三个工况，有功30MW，进相 =－25Mvar时，功角为26.5°，系统电压从240.3kV降至237.9 kV比进相前系统电压降了2.4kV。

在机组调相时进行 =－30Mvar时，功角为2.6°左右，系统电压从239.9kV降至236.6kV，降低了3.3kV。

(2)双机进相试验
1、3号机同时联合进行进相试验，试验在正常运行方式下，1、3号机额定功率115MW运行，试验时系统电压在238.9kV。

然后调节二台机至总的进相 =－20Mvar，此时系统电压降至237.1kV，比进相的系统电压降了1.8kV。

接着调整1、3号机至20MW运行，调节无功至总的进相 =－40Mvar，此时，系统电压跌至235.2kV，比进相前系统电压降3.7kV。

两台机调相时进行 =－50Mvar时，系统电压跌至234.1kV，比进相前系统电压降4.8kV。

6试验结果分析
6.1静态稳定极限
从数据看，在有功115MW时进相10Mvar左右，功角变化范用在3l°～ 35°，在有功70MW进相－20Mvar，功角变化范围在30.3°～34°；在有功40MW进相－25Mvar。

功角变化范围在27°～ 33°；在调相时进相－30Mvar，功角变化范围在3～12°。

从～曲线上看，四个进相工况点都在 =50°范围内，而在这四个工况测量中，失磁保护都未发过信号，验证了失磁动作正确性。

如按 =50°考虑，这两台机组完全具备上述进相的能力。

6.2进相工况对铁心温升的影响
从铁心温升数据看，在进行温度测量的四个进相工况中，铁心温度最高48.7℃，在槽底下部，最高温升为30.1℃，在有功115MW进相10Mvar时，铁心最高温度在铁心槽间齿部，温度为51℃，温升为29.1℃，与温升限额95℃相比，铁心温升具有较大裕度。

6.3进相运行对发电机端电压的影响
发电机运行规程规定和电厂对厂用电的规定，发电机端电压和厂用电电压不得低于额定电压的95%。

从试验中可以看到，随着进相深度的增加，发电机端电压随之下降，此次单机进相试验端电压未低于95%的，但在二台机联合试验时，机组调相时进相机端电压已降至96%。

因此发电机进相时进相深度需考虑端电压的限制。

6.4低励限制的验证
考虑机组安全运行裕度并满足系统电压调整的要求，在试验进相范围的基础上，留有15%裕度按此整定机组低励限制曲线（见图6-1），对低励限制曲线各工况点进行了验证，试验结果表明：限制动作值基本接近整定值，该进相范围完全满足系统要求，可以保证机组安全运行。

图6-1 低励限制整定曲线图
7试验结论
1、云峰发电厂发电机的进相运行能力在如图6-1中曲线范围内运行是安全的。

3、云峰发电厂1、3号发电机的冷却方式为空气冷却，进相时铁心温升有较大裕度。

因此，进相时对发电机端部结构件不会产生危害性的发热，不会对发电机进相运行构成限制。

4、发电机进相时机端电压会下降，进相运行应监视机端电压和厂用电电压的下降，及时调整，特别是二台机组同时进相时，机端电压和厂用电电压不得低于额定值的95%。

通过调整配变分接头来保证厂用电的电压。

5、云峰发电厂发电机进相运行对东北电网220kV系统降压作用明显。

以上试验证明云峰发电厂的50Hz两台机组可以进相运行，经过两台机组的进相运行更好的保证了东北电网220kV系统电压在无功曲线范围内运行，保证了系统的稳定运行。

通过云峰发电厂的两台发电机进相试验，可以看出水轮发电机进相运行对电力网220kV系统电压的调整、电能质量改善有很大的作用，解决电网无功过剩起到了重要作用。

如果将系统内的水轮发电机进行进相试验，确定可以进相运行的机组，计算出进相无功功率的数值，则对保证电力系统的电压质量，电网稳定运行提供了可靠的依据。

参考文献：
[1]杨嗣彭，同步电机运行方式的分析，1989年
[2]陈强.机组进相运行安全稳定分析与具体措施[J].科技资讯,2009,(15):133.
[3]云峰发电厂1号机进相运行试验报告。

（2009版）
作者简介：姜春涛，男，出生1978年4月，学历本科，工程师，现从事水电厂运行工作15年。