自动励磁调节器要点

1 前言

彭城电厂1号机组发电机为上海电机厂引进美国西屋公司生产技术生产的改进优化型QFSN-300-2型水氢氢汽轮发电机，容量为300MW，采用高起始响应无刷励磁系统，励磁调节器为中国电力科学研究院生产的WKKL-1B型微机励磁调节器。根据《发电机运行规程》第47条要求，发电机能否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来确定。试验前中国电力科学研究院对试验的工况进行了静态稳定的估算，并经彭城电厂及江苏省电力调度中心认可，最后确定了进相试验工况。

试验由中国电力科学研究院负责，现场指挥操作由彭城电厂负责；进相试验于2002年3月9日－10日进行。

彭城电厂1号发电机主要参数如下：

型号：QFSN-300-2

额定容量：300MW

额定电压：20000V

额定电流：10189A

额定励磁电压：302V

额定励磁电流：2510A

额定功率因数：0.85

额定转速：3000rpm

额定氢压：0.31Mpa

额定冷氢温度：46℃

励磁机额定励磁电压：16V

励磁机额定励磁电流：147A

X d＝ 1.86 X’d＝ 0.223 X’’d＝ 0.16

T d o＝ 8.15S T’d＝ 0.91S T’’d＝0.041S

2 试验目的

2.1 由于超高压、长距离输电线路的日益增多，线路充电功率给电网的安全、稳定运行带来一系列问题，在线路轻载时，母线及线路电压过高的问题尤为严重。采用发电机进相运行吸收过剩无功，降低母线电压是解决母线及线路电压过高问

题的一种方法。但由于发电机进相运行时对系统稳定和其端部发热等有不良影响，所以需要进行发电机进相试验，核定进相运行范围，并获取在进相运行时220KV 母线及厂用电压变化的经验数据。

2．2 通过进相试验，验证低励及继电保护的正确性。指出在保护、监测方面存在的问题。

3 发电机进相运行的限制因素

彭城电厂工程设计装机为2台300MW 机组，两条220KV 母线为双母带旁路接线方式。彭城电厂与系统联系紧密，机组在进相运行时，如果电网有大的扰动，进相机组不会对主网的暂态稳定构成威胁。发电机进相运行时主要受发电机端部结构件温升和静稳极限等的限制。 3.1 发电机静稳极限的限制

发电机在不同有功负荷下所能吸收的无功最大值，随发电机有功负荷的改变而改变，因此首先计算在某些特殊运行点的进相无功值，以及进相状态下最大功率角δ值，进而推广到其它情况。等值电路图如下：

E q I U f U xt

○

○

○

○

X d X b X

由等值电路图，其中E q 为发电机内电势，X d 为发电机同步电抗，U f 为发电机端电压，X b 为主变电抗，X 为线路电抗，U xt 为系统电压。由于彭城电厂母线出线较多，系统电压不易确定，且归算下来的线路电抗X 也比较小，所以本次计算可近似的将220KV 母线电压作为系统电压，主变电抗X b 做为系统电抗X xt 。通过一系列的计算可求出进相时功角的限制值：

d

f d d

f

f d

f QX U PX arct

g X U Q U X U P

arctg +=+=2

δ

从汽轮发电机功率关系式：

可以看到发电机在进相运行时，进相深度增加，发电机E q 降低，U xt 相应的有所下降。为了保持有功P 不变，而δ角的增大使发电机静态稳定度降低，根据静稳定判据d p /d δ>0,也就是功角δ<90°范围内，发电机具备静稳定能力，为了获得一定的静稳定储备，一般采用按功率限制的办法，如静稳定极限按发电机的额定有功0.1P e 计算，估算得功角δ=70°，为静稳定限制值。此时发电机的稳定储备系数K=1.06,可有6%的静稳定储备。因此我们在试验中监视功角δ应不超过65°，作为防止发电机失稳条件。根据计算最大进相无功不得超过150Mvar 。 3.2 受定子端部发热的限制

发电机组进相运行时，定子边段铁芯和端部结构件的发热会增高，甚至会超过其允许温度限额，这也是限制发电机进相运行的因素。这是因为，当发电机进相运行时，定子和转子绕组端部的漏磁场叠加，造成发电机端部的合成磁密增高，并对定子以同步转速旋转，在边段铁芯和结构件中引起损耗，并且损耗值与轴向磁密的平方成正比，所以此时会引起边段铁芯和端部结构件压板，铜屏蔽等发热增加，对发电机稳定运行产生较大影响，从而限制了发电机的进相运行深度。发电机边段铁芯和端部结构件的温度限额如下：

定子铁芯轭部：<120℃ 定子铁芯齿部：<120℃ 定子铁芯端部：<120℃ 定子槽内线圈：<90℃ 定子线圈出水：<81℃ 定子线圈进水：<50℃ 冷氢：<46℃ 出油：<70℃

δ

sin b

d xe

q X X U E P +∙=

轴瓦：<90℃

磁屏蔽和铜屏蔽及压指：<180℃

3.3 受厂用电压的限制

在进相运行时，由于发电机端电压下降，厂用电压将下降。按要求不得低于厂用电压额定值的95%，彭城电厂1号机组厂用变不是有载调压变压器，厂用电压下降至额定值的95%时会影响厂用正常工作，所以发电机的进相深度以厂用电压下降不低于额定值的95%为限。

3.4 调节器方面的限制

彭城电厂1号机的励磁调节器是电科院研制的WKKL型微机励磁调节器。试验前预置了四组可供选择的低励限制曲线，以备进相试验结束后，按试验结果及调度要求选一组低励限制曲线作为运行曲线。为检查进相运行时微机自动励磁调节器的运行稳定性及低励限制性能，在进行进相运行试验时选择第一组低励限制曲线实际进行检验。

3.5 保护方面的限制

在进相运行时，由于发电机电压降低，励磁减少，经过电压闭锁的一些保护可能误动，所以要检查失磁保护，对称过负荷，阻抗保护的定值。另外，厂变复合电压过流保护也应在试验中加强监视。

4 试验方法及测量对象

4.1 试验方法

试验选在负荷低谷时进行。在试验过程中将1号发电机WKKL励磁调节器放在自动状态。厂用电仍由#1高厂变供电，电网运行于正常状态。试验工况按表1逐一进行，测量表计于试验前接入。

试验时在调节至测温升工况后，稳定至各温度测点温升每小时不超过1℃时，测取发电机端部各结构件温度和运行参数，在端部结构件有较大裕度情况下，继续调节无功至测参数工况，测取各运行参数。然后再进行下一个工况试验。

4.2 试验工况及测量对象