同步发电机的进相运行
同步发电机进相运行分析
同步发电机进相运行分析摘要：本文主要阐述当发电机进相运行时，对发电机静态稳定的影响及稳定储备系数的限制。
同时对发电机端部发热情况的分析，以及对厂用电电压的影响及减少发电机端部漏磁的措施。
关键词：发电机；进相；迟相；无功功率；静态稳定；磁通1.概述随着电力系统的不断发展，高压输电线路和电缆长度不断增加，以及为弥补高峰负荷时无功的不足，在电网中分散装设许多静电电容，这些都使系统的电容性无功功率增加，因而在低负荷运行时，系统或系统的某部分，容性无功可能超过负载感性无功和网络无功损耗之和，并在电网的某些枢纽点上会产生电压上升，以致超过容许范围。
例如元宝山发电责任公司三台600MW机组由于处在电网末端，发电机出口母线电压经常升高，造成发电机进相运行使其定子端部的压指、压圈等部件产生过热而受到损坏，因此元电在500KV母线并联一组可调电抗器来吸收多余的无功功率，但这总有一定限度，且增加了设备投资。
因此早在五十年代，国外就开始试验研究大容量发电机进相运行，以吸收无功功率进行电压调整。
近些年来我国也广泛开展了进相运行的研究工作。
实践表明，发电机进相运行是切实可行的。
进相运行，实际就是发电机在欠激状态下运行。
发电机在过激时，会向系统送出无功，这时定子电流落后于端电压。
而欠激磁时会吸收系统无功，或者说向系统送出电容性无功，补偿系统电容性负荷，定子电流超前于端电压。
发电机这种欠励磁进相运行方式，对发电机静态稳定和端部发热都产生不利的影响。
因此在《发电机运行规程》中不能不作出一定的限制，要求在有自动电压调整器时，容许短时间在cosΦ＝﹙0.95～1﹚范围内运行。
对于进相运行时，容许的有功和无功出力一般要通过试验，根据静态稳定和端部发热情况决定。
2.进相运行对静态稳定的限制以隐极同步发电机与无穷大电网并联为例，若发电机直接与电网，其功角特性为：Pdc=m（E0U/Xd）sinδ.上式中：Pdc（发电机电磁功率）；E0（发电机空载电势）；U（发电机端电压）；Xd（发电机同步电抗）；δ（功角）。
第九章_同步发电机的运行教育课件
只有在事故情况下，当系统必须切除部分发电机 或线路时，为防止系统静态稳定破坏，保证连续
供电，才能容许发电机短时过负荷。
技术研究
发电机经高电阻接地后，发电机单相接地故障时可限制健全 相的过电压不超过2.6倍额定相电压；限制接地故障电流不 超过10~15A；为定子接地保护提供电源，便于测量；发生 单相接地时，总的故障电流不宜小于3A，以保证接地保护 不带时限立即跳闸。
技术研究
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8、发电机的冷却方式
定子/转子绕组/定子铁芯 全氢冷 水氢氢 水水空 水水氢 全水冷
补偿后的单相电流小于1A，可不跳闸停机，仅作用 于信号，提高供电的可靠性。
技术研究
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经高电阻接地方式
适用于200MW及以上的大机组。
具体装置是将电阻R经单相接地变压器T0（配电变压器或电 压互感器）接入中性点，电阻接在变压器的二次侧。接地变 压器的一次电压取发电机的额定电压，二次电压可取100V 或220V。接地变压器的型式以干式单相配电变压器为宜 。 部分引进机组采用直接接入数百欧姆的高电阻 。
定子电压降低5% 定子电压增加5% 定子电压低于95% 定子电压高于105%
定子电流增加5% 定子电流降低5% 定子电流不超过额定值的5% 发电机降低出力
端电压最高和最低限值为额定值的110%-90%
技术研究
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频率和功率因数不同于额定值时发电机运行
运行频率在±0.5HZ变化 频率高于额定值 频率低于额定值
运行状态 将高压断路器合上，即机组与主系统并列。
技术研究
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锦州发电机的冷启动规程
备用变向厂用电系统供电；
锅炉点火，汽轮机冲转，电液调速打到低转速档，在达到 500转/分前，每分钟增加100转，之后，在达到1000转/分时 检查机组的振动等情况，暖机半小时，在达到2800转前，每 分钟增加800转，迅速超过临界转速，在达到2800转/分后， 电液调速打到高速档，每分钟增加50转，在转速稳定后准备 同期并网。
同步发电机进相运行
同步发电机进相运行发电机进相运行是利用系统现有设备，吸收电网负荷低谷时的过剩无功功率，实现无功平衡，满足降压实际需要而采取的有效措施。
在进相运行限额值的范围内运行是安全的。
标签：必要性；状态分析；特点1.发电机进相运行的必要性在高电压、远距离输电的大电网中，当电力负荷处于低谷时，在轻负荷的高电压长线路和部分网络中，会出现系统电压升高甚至电压超上限的情况，并有日趋严重的态势。
这不但破坏了电能质量、影响电网的经济运行，也威胁电气设备特别是磁通密度较大的大型变压器的安全运行以及用电安全。
因此急需寻求有效的降压措施。
适时将发电机进相运行，就能降低电压，抑制和改善网络运行电压过高的情况。
该方法技术措施易于实现，运行操作方便、灵活，可获得显著的经济效益，已成为一种切实可行的调压方式，在系统中已经得到广泛的应用。
2.同步发电机进相运行的状态分析发电机进相运行是一种同步低励磁正常稳定运行方式，相对于发电机静子电流IG滞后于静子电压UG的迟相运行而言，进相运行时功率因数是超前的，即发电机静子电流IG超前于静子电压UG。
该方式运行时，发电机发出有功功率的同时，可不发或从系统吸收无功功率。
假定发电机直接接于无限大容量电力系统。
端电压UG保持不变，设发电机电势为Eq，定子电流为IG功率因数角为Φ，功角为δ，发电机同步电抗为Xd。
如果调节励磁电流If，Eq随之发生变化，功率因数角Φ同时发生变化。
如果增加发电机励磁电流If，Eq则变大，此时发电机负荷电流产生去磁电枢反应，功率因数角Φ是滞后的，即发电机定子电流IG滞后于发电机的定子电压UG，发电机同时向系统输送有功、无功功率。
发电机这种运行状态称之为迟相运行状态。
反之如果减少发电机励磁电流If，使发电机电势Eq减小，发电机负荷电流将产生助磁电枢反应，功率因数角Φ变为超前，即发电机定子电流IG超前于定子电压UG，发电机向系统输送有功功率，但从系统吸收无功功率。
发电机这种运行状态称之为进相运行状态。
同步发电机及其进相运行
同步发电机及其进相运行同步发电机正常运行时发出感性无功，但由于系统无功过剩、电压偏高，为维持系统电压稳定，实际有时会有一定程度的进相，即吸收感性无功。
近期河源电厂1、2号机都出现不同程度的进相，由于河源电厂AVC系统为广东电网新投入系统，技术并不特别成熟，实际运行时常出现AVC自动退出、DCS值与NCS值不符、越定值运行等异常情况，且机组并未做过相关的进相运行试验，给运行监视调整带来一定难度。
本文以电磁感应为基础，从同步发电机内部磁场分布入手，得出同步发电机电压、功率方程，进而得出发电机的静稳定极限曲线，为之后的进相运行探究提供理论基础。
一、隐极同步发电机电压方程发电机并网前，转子中通入励磁电流以后，将会在发电机内部建立一个旋转磁场--主磁场，主磁场切割电枢绕组（即定子绕组），将在电枢绕组感生激磁电动势E0，忽略高次谐波，E0=4.44fN1k w1Φ0，忽略铁磁磁饱和，主磁通Φ0正比于励磁电流I f，所以E0∝I f。
发电机并网后，定子绕组形成回路，产生频率为50Hz的交变电流I，I同时也会在发电机内部感应出与转子同步、与主磁场保持静止的旋转磁场—电枢磁场，即产生电枢反应，同样，电枢磁场也会在电枢绕组感生电枢电动势E a。
主磁场与电枢磁场合成气隙磁场。
于是，采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向，机端电压方程为：E0+E a-I（R a+jXσ）=U，（式1-1）其中R a为电枢绕组电阻，Xσ为漏抗；不难理解，电枢电动势E a正比于电枢反应磁通Φa，不计磁饱和时，Φa又正比于电枢电流I，即E a∝Φa∝I，根据法拉第电磁感应定律，E a滞后于Φa90°电角度，而Φa与I同相位，所以E a可以写成：E a=-jIXa，Xa为电枢反应电抗；代入式1-1，可得：E0-jIX a-I（R a+jXσ）=U，整理得：U = E0-IR a-jI（Xa+Xσ）= E0-IR a-jIX s，式中X s= Xa+Xσ，称为同步电机的同步电抗，它是表征同步电机运行时电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个综合参数，不计磁饱和时为常值，可以得到隐极同步发电机的等效电路图：图1 同步发电机等效电路图和相量图：图2 同步发电机相量图图2中E0与I夹角Ψ0为内功率因数角，E0与U夹角δ为功率角，U与I夹角φ为功率因数角。
同步发电机的进相运行与失磁保护的配合
发电机定子电流高或功率因数接近于 Ｏ 时 才去看发电机定子温度 ．而忽略了发热的 积累效应 ， 当发热量大于散热量时， 定子端 部温度会持续升高 ．造成发电机定子温度 超过允许值 ， 损坏发电机绝缘。因此 。 发电
机在进相运行时．须连续监视发电机定子 温度 。 做到有问题及时发现及时处理。 ２３２ 要认真 监视 厂 用 电母 线 电压 ．．
这就带来 了一个问题．运行人员源自往会在 磁保护。” 由此可见 ， 内绝大多数发电 系统
机都要求装设失磁保护。 失磁保护的装设 ． 使发 电机进相运行的空间进一步缩小 因
为在发电机进相运行时 ．虽然还可能没有
到达不稳定 区域 ．失磁保护可能就会动作
跳闸。 这也是失磁保护的意义所在。 现就需 要进相运行的发电机失磁保护的整定思路 及与运行调整的配合做一简要分析。 如图 ２ 所示 ． Ｒ轴下方 的圆 １ 设 为整 定 的失磁阻抗圆。 １Ｐ 、３ Ｐ 、２Ｐ 分别代表三种
不 同的有功负荷 。 Ｐ ＞ ２ Ｐ 。从图 ２ 且 ＩＰ ＞ ３ 可 以看出 。 有功功率越大 ． 到失磁阻抗圆的运 动轨迹越短 ．这与前面所讨论的结论是一
致的 装设失磁保护后 ． 发电机进相运行的
通常发 电厂厂用 电引自发电机出口或 发 电机 出Ｉ母线 。 ： １ 在进相运行时 ． 随着发电 机端电压的降低 ． 厂用电母线电压也会降 低 而厂用母线电压不能低于 ９ ％额定电 ０
意。 此时调整有功负荷的速度不能快 。 一定 要缓慢调整。 因为发电机在进相运行时 ， 处
机运行状态超不稳定方向发展 ． 极有可能
使发 电机失稳 。 因此， 这两项操作是进相运
行时 的“ 禁忌项 目”调整程度应 在进相试 ． 验数据的基础上留有一定的裕度。
发电机进相运行分析
发电机进相运行分析发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即为发电机的进相运行工况。
发电机进相运行时各电气参数是对称的，并且发电机仍保持同步转速，因而是属于发电机正常运行方式中功率因数变动时的一种运行工况，只是拓宽了发电机正常的运行范围。
同样，在允许的进相运行限额范围内，只要电网需要是可以长期运行的。
一、发电机进相运行的限制因素1、发电机的静态稳定限制;2、发电机出口电压的限制;3、6kV厂用电压的限制;4、发电机定子端部温度的限制;5、发电机定子电流过负荷限制;二、发电机进相运行的条件1、发电机进相应在系统低谷负荷时段，电压偏高时进行。
2、主要辅机运行正常，机组运行稳定。
3、发电机组完成进相试验，具备进相运行条件三、发电机进相运行的种类发电机进相运行分两种，一种是调度要求的发电机正常进相，另一种是机组异常情况下的进相。
第一种进相的情况，由于系统无功功率过剩的原因，调度要求发电机进相运行，要注意以下情况：1. 厂用母线的电压，不能低于额定电压的10%。
如6.3KV母线电压不得降至5.7kV以下,380V母线电压不得降至361V，对于发电机出口电压一般不需考虑，因为此时发电机出口电压一般是比较高的。
2. 要加强对发电机各部分温度的监视。
定子铁芯温度不高于120℃;定子线圈层间温度不高于120℃;定子线圈出水温度不高于75℃。
3. 要确保发电机冷却系统运行正常。
4. 进相运行时间要按各厂的规定及发电机各部温升情况决定。
第二种进相运行的情况，在发电机滞相运行时，如果是由于某种原因造成发电机低励失磁，但低励失磁保护又未动作，此时发电机由同步运行状态逐步进入异步运行。
在一定条件下，异步运行将破坏电力系统的稳定，并威胁发电机本身的安全。
同步发电机的进相运行
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第二章同步发电机的进相运行
例（1）一台TB-100-2型发电机，P n10 M 0,U W N1.8 3 kV ，
在手动励磁和投入自动励磁调节器两种条件下的实测结果列表：
该机的自动励磁调节器投入运行后，在接近额定有功功率
时，吸收的无功功率由手动励磁时的42.2Mvar增到63Mvar。当
有功功率降低时，电机的运行功角已超过自然稳定极限进入人
投入自动励磁调节器后，发电机 进相运行时的静态稳定大大提高， 有功功率增大时，仍未失去稳定， 只是定子电流超过额定值使进相 深度受到了限制。
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第二章同步发电机的进相运行
原因分析：
（1）发电机直接接在无限大电网上，即认为外部阻抗xs=0。 由于带自动电压调节器后，在一定的励磁电流If下，不是
保持Eq不变而是保持暂态电势 不变所致，此时PM的表达式为：
0为UG2 ( 1 1 )单位的点上，其半径长度为 UG ( 1 1 )，
2 xs xd
2 xs xd
如图1-16所示。此部分是进相运行时由静稳定决定的
理论上的最大容许值，考虑实际运行中突然过负荷等
因素的影响，比最大容许值还要低些。
谈谈进相运行
谈谈进相运行近期，由于春节期间电网负荷较低，运行机组较少，母线电压较高，我厂二三期运行的机组，经常面临机组无功为负值，或者接近于零的运行状态。
我们运行人员为此高度重视，电气专业也下发了相关措施，给出了对应负荷下，可以进相运行无功数值。
发电机进相运行，其实也是很正常的一种现象。
为此我们需要认知，掌握发电机进相运行相关内容，才能知己知彼，从容面对各种情况。
所谓发电机进相运行，是指发电机定子电流超前于端电压，对外系统输出有功功率，吸收感性无功功率的运行方式。
正常情况下，发电机为迟相运行方式，即定子电流滞后于端电压，对外同时输出有功功率和无功功率。
一、发电机进相运行原因运行中的电力系统，由于同步发电机电枢反应特性，使无功功率与电压有着密切的关系。
如果系统无功功率不足，会导致电力系统电压水平下降，同样，如果无功功率过剩，就会使得系统电压上升，甚至超过允许范围。
电力系统的超高压架空线路存在着相间电容和对地电容，还有的配电网络使用了电缆线路。
随着输电线路电压等级越来越高，输电距离越来越长，相间电容和对地电容产生相当数量的无功功率。
尤其是在节假日、午夜等低负荷期间，线路产生的无功功率过剩，不仅影响电能质量，还危及生产安全。
大容量发电机的进相运行，可以有效地吸收过剩的无功功率，并控制和调整线路电压在允许范围内，而不需要增加额外设备及投资。
二、关于进相运行的负载特性分析发电机运行中，有两个相互制约的磁场：转子绕组电流产生一个转子磁场，即主磁场；定子绕组电流产生一个电枢反应磁场。
发电机在迟相运行时，主磁场超前电枢反应磁场，定子电流滞后于端电压，负荷是电感性的，电枢反应是去磁的，发电机的气隙磁场由于去磁作用而被削弱，端电压要降低，而磁动势必须是平衡的，所以要增加励磁电流。
发电机为进相运行方式时，主磁场滞后超前电枢反应磁场，定子电流超前于端电压，负荷为容性的，电枢反应是助磁性质的，发电机的气隙磁场将增强，端电压要升高，所以励磁电流应减小。
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一、发电机安全运行极限
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Q
实际稳定极限
定子发热极限
P 原动机输出极限
B
G
A 转子发
热极限
F
隐极同步发电机安全运行极限图
DQ
I
cos 0.8 超前
cos 0
900
cos 0.8滞后 P2
P2
P2 0
超前
欠励
• 为了顺利地实行进相运行，可考虑厂用变压器采 用带负荷调压的变压器，或者把进相运ห้องสมุดไป่ตู้机组的厂 用电转由厂用高压备用变压器供给。
同步发电机的进相运行
• 进相运行的概念
• 发电机向电网输出有功功率和吸收无功功率
• 进相运行的意义
• 随着电力系统的不断发展，大型发电机组日益增 多，同时输电线路的电压等级越采越高，输电距离越 来越长，加之许多配电网络使用了电缆线路，从而引 起了电力系统电容电流的增加，增大了剩余无功功率。 尤其是在节假日、午夜等低负荷情况下，由线路引起 的剩余无功功率，就会使电网的电压上升，以致超过 容许的范围。过去一般是采用并联电抗器或利用调相 机来吸收此部分剩余无功功率，但有一定的限度，且 增加了设备投资。
正常励磁
滞后 I f
过励
E0 jIxt U
I
四、进相运行对厂用电压的影响
• 厂用电引自发电机出口或发电机电压母线。在进相 运行时，随着发电机电压的降低，厂用电电压也要 降低。
• 一般情况下，当发电机电压低于额定值的5％、厂 用电电压低于额定值的10％的条件下，应能保证厂 用大型电动机的连续运行。对于一个发电厂来说， 通常选作进相运行的发电机只是某一、两台，所以 可以保持机端电压在额定值的95％以上。需要特别 注意的是在进相运行时，厂用电支路又发生故障， 此时应能保证大型厂用电动机(例如给水泵电动机) 的自启动。此外也要考虑厂用低压电动机由于过电 流而引起的过热问题。