汽輪發(fā)電機的進相運行

1、 發(fā)電機進相運行現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活離不開電力。電力部門不僅要滿足用戶對電力數(shù)量不斷增長的需要。而且也要對電能質(zhì)量滿足要求。如同其它產(chǎn)品一樣。電能也是具有質(zhì)量優(yōu)劣之分的。電壓是電能的直要指標之一。超出一定范圍的電壓會對電力用戶及電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行帶來不良的影響。隨著電力體制改革的逐步深入電力企業(yè)逐步實行商業(yè)化運營。為滿足電力供應的同時，必須為用戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的電力，以適應社會經(jīng)濟發(fā)展的需要?，F(xiàn)負荷另一最大的特點為峰谷差越來越大。電力系統(tǒng)的電壓高低和無功功率的平衡情況有關。無功功率欠缺時，電壓水平降低，無功功率有剩余時，電壓就會上升。在節(jié)、假日或后夜低負載時，有可能出現(xiàn)無功功率過剩以致電壓升高超出

2、容許范圍的情況。這個問題隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展的不斷發(fā)展，大型機組，長距離超高壓輸電線路及供電電纜線路的大量增加，必將更趨嚴重。為把電壓降低到容許范圍內(nèi)?？梢栽谧冇谜镜日{(diào)相機或在線路上裝設并聯(lián)電抗器，但要增加額外的投資。如果利用發(fā)電機進相運行來吸收系統(tǒng)處時的無功功率，則既可以節(jié)省投資，也比較方便。從理論上講，發(fā)電機本身是可以進相運行的。所謂進相，即功率因數(shù)是超前的，發(fā)電機的電流超前于端電壓，此時發(fā)電機仍向系統(tǒng)還有功功率，但吸收無功功率，勵磁電流較小，發(fā)電機處于低勵磁情況下運行。發(fā)電機進相運行時，我們主要應注意兩問題：靜態(tài)定性降低；端部漏磁引起定子端部溫度升高。下面分析解析以上兩個問題。一、靜態(tài)

3、穩(wěn)定性降低。發(fā)電機的輸出有功功率Pdc和功角的關系為：Pdc=m·UEo/xd· sin，這里，發(fā)電機的定子電勢Eo，與勵磁電流IL有關，IL大，則Eo大，IL小；則Eo小。假定發(fā)電機原來在遲相情況下運行，對應的功角特性為圖中的曲線1。 此時勵磁電流IL1所對應的電熱為Eo1，則線的幅值為Pdcl=m·U·Eo1/xd。在輸出有功功率為Pl時，運行點為al，所對應的功角為l。現(xiàn)降低功磁電流，使發(fā)生電機在低勵磁IL2時的進相狀態(tài)下運行，此時與IL2對應的電勢為Eo2，對應的特性為曲線2，共幅值為Pdc2=m·U·Eo2/xd。在輸出有功

4、功率不變的情況下，運行點變?yōu)閍2，所對應的功角為2。顯然，2>1，進相時角更接近90°；易失去穩(wěn)定。如果發(fā)電機經(jīng)過變壓器和長輸電線再連到系統(tǒng)母線上，靜態(tài)穩(wěn)定性將進一步降低。從發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定出發(fā)，可以根據(jù)計算或試驗得出。有自動調(diào)整勵磁裝置的發(fā)電機，進相對容許出力要大一些。二、端部漏磁引起定子端部溫度升高。定子端部溫度升高，主要指的是定子邊段鐵芯齒部、齒壓板、壓圈等端部中溫度升高。它是端部漏磁增加所引起的。發(fā)電機端部的漏磁是由定子繞組端部漏磁和轉子繞組的端部漏磁合成的。它的大小，與發(fā)電機的類型、結構端部部件所用材料，氣隙大小等因素有關，還與定子電流的大小和功率因數(shù)等因素有關。端部

5、漏磁場的分布是比較復雜的。在電機的槽部，實際上可以認為只有磁通密度的經(jīng)向分量，而端部則包括磁通密度的經(jīng)向分量，軸向分量和切向分量。不過，定子端部邊段缺芯的損耗和溫升，主要與磁通密度的軸向分量有關。因為這個分量沿垂直方向穿入邊段鐵芯，齒壓板和壓圈，會在這些部件中感應渦流。并產(chǎn)生渦流、磁滯損耗。因此，定子鐵芯或電磁性材料制成的壓圈，轉子護環(huán)等部分就會通過相關大的漏磁通。因為端部漏磁場和主磁場一樣，在空間也是以同步速旋轉的，它對定子有相對運動，故在定子端部邊段鐵芯、齒壓板、壓圈等部件中就產(chǎn)生損耗并使之發(fā)熱。當發(fā)電機進相運行時，端部的發(fā)熱變得更加嚴重。因為，定子繞組端部漏磁通和轉子繞組端部漏磁通的合成

6、是相量相加，當定子電流和端電壓相位由落后變?yōu)槌皶r，合成磁勢就會變大。我們可借用分析主磁場的簡化向量圖來分析。圖為隱極或同步發(fā)電機的電勢、磁勢簡化向量圖。A是功率因數(shù)滯后的，B是功率因數(shù)超前的。向量圖一部分說明發(fā)電機母線電壓U加上同步電抗上的壓降jixd等于電勢E。 向量圖的另一部分由F0、Fs、F組成的是磁勢圖，它是和電勢向量圖相對應。F0是轉子繞組流過勵磁電流產(chǎn)生的轉子磁勢，它的磁場在定子澆組里感應電勢E0，E0比F0落后90°。Fs是定子繞組流過定子電流所產(chǎn)生的定子磁勢，它的磁場在定子繞組中適應電樞反電勢Esd、Esd比Fs落后90°。F則是F0和Fs向一相加的合成磁

7、勢，它在電路里對應的則是端電壓U。由圖中不難看出，當C0S滯后時，F(xiàn)0和Fs相加之后，合成的磁勢F變??；而當C0S超前時，F(xiàn)0和FS相加之后，合成的磁勢F變大。這可以粗略地看出，前者定子磁勢對轉子磁勢是去磁的，后者是助磁的。雖然在端部，定子和轉子的漏磁磁路不同，磁勢產(chǎn)生磁通的效果與主磁場的不同，但去磁和助磁的作用，與主磁場的情況是相似。為了進一步分析當C0S改變對子端部漏磁通的影響?？捎上聢D進一步理解。圖（a）是磁勢向量圖。圖（b）是表示由這些磁勢產(chǎn)生的端部漏磁通量值大小的示意圖。假定定子磁勢引起的端部漏磁通為ds，取一定的比例尺就可用AC表示，而轉子磁勢產(chǎn)生的進入定子端部區(qū)域的漏磁通，由于需

8、經(jīng)過磁阻較大的氣隙，其量較小故用轉子全部漏磁通的一部分do表示，在AB線上截取一段AD入AB代表它（入<1）。于是，整個定子端部區(qū)域的合成漏磁通dh為上述二個向量相加，假設發(fā)電機端電壓不變，于是合成磁勢F不變，即圖中的BC不變；又設定子電流不變，于是定子磁勢Fs也不變，即圖中的AC不變。僅改變勵磁電流，即改變轉子磁勢F0時。如圖（C），則A定的軌跡應是以C點為圓心AC為半經(jīng)的圓。D點的軌跡也是一個圓，其圓心在0點半經(jīng)為OD。O點是由點作平行于AC的OD，使之與BC相交而得。由圖中可以看出，C0S=1時，合成的漏磁通比C0S滯后時的大，C0S超前時，比C0S滯后時的合成漏磁通更大，即CD2

9、>CD1>CD.這從理論上說明了發(fā)電機進相運行時端部漏磁會增加并導致定子端部溫度升高.為了減少端部漏磁場大型機組護環(huán)采用了非導磁合金鋼材料.所以護環(huán)對定子端部發(fā)熱影響這里不在多述。 據(jù)我國的某些電廠對汽輪發(fā)電機的進相檢驗得知，進相時定子端部的溫升分布是不均勻的，汽輪發(fā)電機的端部最高溫升往往出現(xiàn)在壓圈上。對于大多數(shù)發(fā)電機來說，在靜態(tài)穩(wěn)定的限額內(nèi)運行時，定子端部發(fā)熱是不嚴重的。京能電廠的；四臺發(fā)電機均為QFSN-200-2型二極三相汽輪發(fā)電機，采用封閉式自循環(huán)通風系統(tǒng)，定子繞組及引出線采用水內(nèi)冷，轉子繞組采用氫內(nèi)冷。定子鐵芯和其它結構采用氫表面冷卻。機內(nèi)轉子兩端帶軸流式風扇。沿轉子軸向

10、分為九個風區(qū)，四個冷風區(qū)，五個熱風區(qū)四角布置有四臺豎式氫氣冷卻器。機內(nèi)氫氣由氫冷卻器冷卻。這種軸向分段通風系統(tǒng)，風扇后冷風分為兩個部分，一部分冷風從電機的兩端進入氣隙，另一部分冷卻風經(jīng)過定子繞組的端部進入使定子端部得到很好的冷卻。且采用進相運行大多在低負荷的夜晚和冬季。冷卻器水溫較低。能充分滿足冷卻要求。我廠配合內(nèi)科院對1#4#機做了進相試驗。根據(jù)國內(nèi)外慣例，對發(fā)電機本身的穩(wěn)定限制條件，一般規(guī)定為發(fā)電機功角不超70°，主要是考慮到發(fā)電機進相運行區(qū)時具有一定的承受負荷波動的能力。試驗結果表明我廠1#4#機在有功 P（MW）機組Q（Mvar）(o)C0S2001-3465°-0

11、.9842-4670-0.9744-1661-0.9971801-4165-0.9752-5470°-0.9583-3964-0.9764-2860-0.9871401-4158-0.9582-4661.2-0.9503-4661-0.9504-3557-0.9701001-3347-0.9502-3448.8-0.9503-3348-0.9504-3348-0.950負荷140mw能下能滿足進相功率因數(shù)-0.97的要求還應指出，由于進相運行時發(fā)電機出口母線電壓降低，廠用母線電壓也必然降低，因此，進相運行時，必需注意廠用電的安全運行。綜上所述，在理解了發(fā)電機進相運行的特點后，運行人員在發(fā)電機進相調(diào)整注意以下