限制发电机进相运行的几个关键因素的研究

限制发电机进相运行的几个关键因素的研究

【摘要】发电机进相运行是解决系统低谷运行时枢纽点电压偏高的有效手段。从发电机进相运行的机理出发，阐述了几个对发电机进相运行时的约束因素，分析了发电机进相运行时因进相深度不同而对发电机本身端部发热的影响，最后针对不同的限制发电机进相运行的因素，提出了若干个能有效提高发电机进相运行的措施。

【关键词】进相运行；端部漏磁；温升

0 引言

随着大机组、大容量的电厂并网运行和电力输送，电网的电压等级相应提高，当电网负荷处于低谷时，会出现由于充电电流引起的运行电压升高超过电网电压上限的情况。不仅破坏了电能质量、影响电网的经济运行，而且也威胁了电气设备的用电安全。因此，采取必需的降压手段，如发电机进相运行，就可以有效地改善和抑制电网运行电压过高的状况。[1]利用发电机进相运行来调整系统电压，既不需要增加设备投资，又能实现对系统电压及无功地连续调节，易于实施，方便灵活，具有显著的经济效益。[2]而要使发电机进相运行达到最佳运行点，则需要注意几个制约其进相能力的关键外部因素，如端部温升、母线电压及辅机电流等。

1 对发电机进相运行时制约因素的分析

1）端部发热对发电机进相深度的分析：

发电机端部的漏磁是由定子绕组端部漏磁和转子绕组端部漏磁组成的合成磁通，它的大小除了与发电机的结构、型式、材料、短路比等因素有关外，还与定子电流的大小、功率因数的高低有关。

发电机运行时，在其端部出线的定子绕组端部漏磁和转子绕组端部漏将尽可能通过漏磁阻最小的路径形成闭路。为此由磁性材料制成的定子端部铁芯、端部压板以及转子护环等部分便会通过相当大的端部漏磁。它在空间与转子同速旋转，对定子有相对运动，因此在定子端部铁芯齿部、压指、压板等部件中要感应出涡流和磁滞损耗使之发热，特别是大型氢冷的发电机，此种发热尤为显著。这是因为①端部合成的漏磁通随着功率因数的变化而改变；②转子磁性护环的影响。

下图列出了上海外高桥第三发电厂#8发电机在进相运行于1000MW负荷段下的机端电压和定子铁芯端部温度上升图。

在此工况中，我们不难发现铁芯温升的最高点在铁芯励侧端部。发电机进相

运行端部结构件温升虽未超过运行限额，但在1000MW进相时个别点温度已接近限额，因此进相运行时，应加强监视铁心端部温度。

2）发电机进相能力对厂用母线电压的限制的分析：

厂用电一般引自发电机出口或发电机电压母线，当发电机进相运行时，由于发电机励磁电流降低和无功潮流倒送，引起发电机机端电压的下降，从而造成各级母线电压也会随着下降，故应注意机组的厂用母线电压。一般来说，400V的母线电压必须控制在360V以上。否则，厂用母线电压偏低会大幅减少电动机寿命，严重影响发电机组的安全生产运行。

下表列出了外三厂#8机在进相运行于不同负荷段下的400V脱硝段母线的实际最低电压值。

3）发电机进相能力对厂用辅机设备的限制的分析：

发电机在进相运行时，由于机端电压的下降，厂用电电压也会降低。而辅机为了保证出力，必然会造成电流上升。当辅机所带的负荷较多，尤其是已接近满载运行时，电流会达到额定值，长时间运行在该边界条件下的设备，电动机线圈温度较高，容易引起设备绝缘下降，降低设备使用寿命。故发电机进相运行时，要考虑辅机的运行状态，是否能经受长时间满负荷运行。

从试验数据中可以看出，影响8号机进相能力的主要因素是闭冷泵的电流增长过快。由于8号机的进相试验在夏季进行，环境温度较高，进相前，闭冷泵运行电流已较高，而在进相过程中，闭冷泵运行电流又增长较快，在较小的进相工况下即达到了额定值。因此机组在较高的环境温度做进相运行时，须密切监视闭冷泵运行电流，必要时须增开1台闭冷泵。

2、减少影响发电机进相运行能力的措施

1）为减少发电机端部损耗及温升，可以在设计制造上采取以下几个措施：

①把产生损耗部分的材料由磁性钢换成非磁性钢

②在铁芯端部开槽，以限制涡流通路

③对于大构件上的涡流，采用铜板遮蔽屏，减少涡流损失

④转子绕组端部的护环采用非磁性钢

⑤定子铁芯端部做成阶梯形

以上措施如果采用后，能有效减少发电机端部损耗，降低发电机进相时的定子端部温升。但会使造价得到不同程度的提高，因此要依据实际情况有选择性地使用。

2）为提高厂用母线电压，降低电动机损耗，可以通过三个方法来解决：

①调整主变有载调压分接头位置

②调整厂高变有载调压分接头位置

③调整低压厂变有载调压分接头位置

通过改变有载调压分接头的方式，可以有效提高厂用母线电压，从而保证发电机在不同负荷工况下的进相运行。

3）可以通过以下几个方法来降低辅机电流：

①减少该辅机所带的负载

②相应增加该设备的数量

③对设备进行改造

从设备本身和系统流程上来调整辅机电流，可能会使检修费用提高，应根据实际设备情况来选择。

参考文献：

[1] 周德贵，巩北宁. 同步发电机运行技术与实践[M]. 电力工业出版社，1996

[2] 窦骞. 广西电网发电机进相运行现状与分析[J]. 广西电力，2010，33（4）：23-25