沙河抽水蓄能电站机组进相运行试验

沙河抽水蓄能电站机组进相运行试验

张春波

（江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏溧阳213333)

摘要：沙河抽水蓄能电站两台机组励磁装置改造后，对其进相运行能力进行试验，通过试验，获得了机组进相运行数据，为电网下达机组进相运行定值提供了技术支持。关键词：发电机；进相；试验

中图分类号：TM 761

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2012）06-0062-03

收稿日期：2012-08-07

作者简介：张春波（1964-），男，工程师，从事抽水蓄能电站设备管理工作。

0前言

沙河抽水蓄能电站位于江苏省溧阳市境内天目湖畔，安装有两台单机容量为50M W 混流可逆式水泵/水轮机组，于2002年7月投产发电。电站主机设备由法国ALSTOM 公司引进，以一回220kV 输电线路接入江苏省电网，承担电网的调峰填谷任务以及事故备用、调相、黑启动等电力辅助服务功能。机组运行十年来，为江苏电网的安全稳定运行发挥了一定作用。但随着运行时间延长，励磁装置稳定性和可靠性出现逐年下降、故障率增高等问题。电站于2011年和2012年先后对两台机组进行励磁装置的改造工作，设备改造选用南瑞继保公司RCS-9400型微机励磁装置。改造后为校核发电机进相运行能力，2012年6月在江苏电网配合下分别进行了两台发电机进相运行能力试验（本文有关数据取自2号机试验过程）。

1进相原理与设备参数

1.1进相原理

在电力系统中，当负荷处于低谷时，系统所需要的无功容量将大为减少，过剩无功功率会使系统电压升高，当超过电网运行电压最高允许值时，将会给电网带来灾难性后果。因此，电网需要具备一定补偿过剩无功能力。同步发电机进相运行具有无功调节灵活、简便可行和经济性较高等特点，目前已广泛在电网中应用。

同步发电机进相运行是一种同步低励磁持续运行方式，在向电网输出一定有功功率的同时使发电机从系统中吸收一定无功功率，以有效解决电网低

谷运行期间的无功功率过剩问题。其中，由于水轮发电机组大多为凸极结构，散热效果好，各工况下功角均有较大的静稳裕度，进相能力较强，更适合电力系统作为无功功率调整的首选。1.2设备参数

电动/发电机参数

主变压器参数

2试验限制标准设定

2.1静态稳定限制

对于凸极式水轮发电机，交轴同步电抗不等于

第35卷第6期

水电站机电技术

Vol.35No.62012年12月

M echanical &Electrical Technique of Hydropower Station

Dec.2012

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直轴同步电抗，根据静态稳定极限=0计算，静态稳定极限功角与有功功率有关，其静态稳定极限下的有功功率、

无功功率、功角关系如图1由图可见当有功功率为30M W 时，极限功角为61°；有功功率为40M W 时，极限功角为66°；有功功率为50M W 时，极限功角为70°。为保证试验机组安全稳定，试验中控制功角小于极限功角，并留有15°的裕度，

试验选择在三个有功功率条件下进行：即有功功率为30M W 时，控制功角为46°；有功功率为40M W 时，控制功角为51°；有功功率为50MW 时，控制功角为55°。

2.2定子端部铁芯和金属构件的温度限制

发电机由迟相运行转移至进相运行时，定子端部漏磁通与转子端部漏磁通的磁通相加，使发电机端部的合成磁通密度增高，并相对定子以同步速度旋转，在端部铁芯和金属构件中引起损耗，该损耗值与轴向磁通密度的平方成正比，会引起端部铁芯和端部金属构件如齿压板等温升明显增加。因此，定子端部铁芯和金属构件等温度对发电机进相深度限制，以不超过相关设备温度报警值为标准。试验数据的采集，主要以机组在装检测设备为主。2.3发电机低励磁限制和失磁保护

低励磁限制主要是防止发电机过分进相引起失步，其定值按照发电机静态稳定极限并保留一定裕量整定。试验过程中该保护应投入运行。

失磁保护主要是防止发电机失去励磁进入到异步运行状态。发电机一旦失磁，将从电网中吸收大量无功，同时由于发电机异步运行转矩特性较差，将在转

子阻尼绕组、转子表面产生差频电流引起转子发生危险的过热。同时失磁在定子中感应出的脉动电流将产生交变机械力矩，引起机组振动。试验过程中该保护应投入运行。2.4厂用电压影响

机组进相运行时，发电机端电压将会大幅降低，由于厂用变压器与发电机出口母线相连接，势必会影响厂用电电压下降。考虑到发电机辅助设备运行规程要求并适当留出安全裕量，发电机进相深度以400V 厂用电电压的90%（360V ）为安全限制标准。

3试验过程数据测量

3.1有功功率30MW 工况下试验

试验开始时，发电机无功功率0.1M var ，功率因数1.0，发电机测量功角17.51°，相对于主变压器高压侧功角20.65°，发电机定子电压10.27kV ，220kV 母线电压222.8kV ，400V 母线电压388.6V 。逐渐降低发电机励磁电流，以达到上述四个限制条件为限。最终机组进相无功功率为-32.3M var 。此时，功率因数为进相0.69，

发电机测量功角36.50°，相对于主变压器高压侧功角40.12°，发电机定子电压下降至9.47kV,220kV 母线电压为219.9kV ，400V 母线电压降低至359.5V 。其间发电机所有温度测点温度均未超过70℃，在正常范围内。3.2有功功率40MW 工况下试验

试验开始时，发电机无功功率0.6Mvar ，功率因数1.0，发电机测量功角25.42°，相对于主变压器高压侧功角29.63°，发电机定子电压10.30kV ，220kV 母线电压223.4kV ，400V 母线电压394.0V 。最终进相无功为-33.0M var 时，功率因数为进相0.77，发电机测量功角42.62°，相对于主变压器高压侧功角47.22°，发电机定子电压下降至9.48kV ，220kV 母线电压为220.2kV ，400V 母线电压降低至360.0V 。其间发电机所有温度测点温度均未超过70℃，在正常范围内。

3.3有功功率50MW 工况下试验

试验开始时，发电机无功功率1.3Mvar ，功率因数1.0，发电机测量功角28.35°，相对于主变压器高

图1静态极限下有功与无功、功角关系图

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