超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)功增多，如220 kV、330 kV和500 kV級(jí)的架空線路，每公里對(duì)地的容性無(wú)功分別為130kvar、400 kvar和1 000～1 300 kvar。加之，為彌補(bǔ)系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)的無(wú)功不足，在電網(wǎng)中還裝設(shè)了一定數(shù)量的電容器，這些電容器有時(shí)難以適應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)電壓的需要而及時(shí)投切。因此，在節(jié)假日或午夜等系統(tǒng)負(fù)荷處于低谷時(shí)，其過(guò)剩無(wú)功必導(dǎo)致電網(wǎng)電壓升高，甚至超過(guò)運(yùn)行電壓容許的規(guī)定值，不僅影響供電的電壓質(zhì)量，還會(huì)使電網(wǎng)損耗增加，經(jīng)濟(jì)效益下降。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行能吸收網(wǎng)絡(luò)過(guò)剩的無(wú)功功率，降低系統(tǒng)電壓。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是結(jié)合電力生產(chǎn)需要而采用的切實(shí)可行的運(yùn)行技術(shù)，它可使發(fā)電機(jī)由改變運(yùn)行工況而達(dá)到降壓的目的。僅是利用系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備增加的一種調(diào)壓手段，便可擴(kuò)大系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)范圍，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行狀況。該方法操作簡(jiǎn)便，在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行限額范圍內(nèi)運(yùn)行可靠，其平滑無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)電壓的特點(diǎn)，更顯示了它調(diào)節(jié)電壓的靈活性，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行是改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最有效而又經(jīng)濟(jì)的必要措施之一。

1、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的基本原理

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),向系統(tǒng)提供有功的同時(shí)還提供無(wú)功,定子電流滯后于端電壓一個(gè)角度,此種狀態(tài)即遲相運(yùn)行.當(dāng)逐漸減少勵(lì)磁電流使發(fā)電機(jī)從向系統(tǒng)提供無(wú)功而變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無(wú)功,定子電流從滯后而變?yōu)槌鞍l(fā)電機(jī)端電壓一個(gè)角度,此種狀態(tài)即進(jìn)相運(yùn)行.發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)各電氣參數(shù)是對(duì)稱的，并且發(fā)電機(jī)仍保持同步轉(zhuǎn)速，因而是屬于發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行方式中功率因數(shù)變動(dòng)時(shí)的一種運(yùn)行工況，只是拓寬了發(fā)電機(jī)通常的運(yùn)行范圍。同樣，在允許的進(jìn)相運(yùn)行限額范圍內(nèi)，只要電網(wǎng)需要是可以長(zhǎng)期運(yùn)行的。

同步發(fā)電機(jī)在低有功情況下可以無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行，此時(shí)發(fā)電機(jī)能保持同步運(yùn)行，并吸收電網(wǎng)無(wú)功功率，但其定子電壓要下降。發(fā)電機(jī)低有功無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行是依靠反應(yīng)轉(zhuǎn)矩維持同步運(yùn)行的，其電磁功率包含兩部分，即基本電磁功率和附加電磁功率，基本電磁功率是由勵(lì)磁電流決定的，附加電磁功率是由轉(zhuǎn)子凸極效應(yīng)確定的。當(dāng)運(yùn)行中失去勵(lì)磁時(shí)，電磁功率僅有附加電磁功率。

對(duì)于凸極發(fā)電機(jī)Xd>Xq，故P2m>0;當(dāng)有功功率很小時(shí)，該電磁功率足以克服制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)保持同步。實(shí)踐證明，凸極發(fā)電機(jī)在無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)的電磁反應(yīng)功率可達(dá)到額定容量的20%左右，亦即發(fā)電機(jī)帶有功20% Pn無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)不失步。此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組無(wú)直流電流又保持同步狀態(tài)，故不在轉(zhuǎn)子繞組及各部件感應(yīng)電流，不存在轉(zhuǎn)子發(fā)熱的問題。

2、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的限制因素

發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行會(huì)受到下列因素的限制：①發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定限制;② 發(fā)電機(jī)的暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定限制;③ 低勵(lì)磁不穩(wěn)定的限制。

3、進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)研究工作內(nèi)容

發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)研究主要工作如下。

3.1 改造了各試驗(yàn)電廠有關(guān)無(wú)功功率等表計(jì)

發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)感性無(wú)功，無(wú)功功率為負(fù)，功率因數(shù)角由正變?yōu)樨?fù)，功率因數(shù)具有雙向性。而以前各電廠所裝無(wú)功表計(jì)均為單向，且未裝功率因數(shù)表，因此需改造單向無(wú)功功率因數(shù)表。

3.2發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行穩(wěn)定性和電壓無(wú)功研究結(jié)果

發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)應(yīng)在系統(tǒng)低谷負(fù)荷時(shí)段電壓偏高時(shí)進(jìn)行，采用四川電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的小方式進(jìn)行計(jì)算，為了提高發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度，減小發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓對(duì)進(jìn)相深度的影響，一般將電廠升壓變壓器接頭定于4檔。 把安全工程師站點(diǎn)加入收藏夾

在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)前對(duì)其穩(wěn)定極限和無(wú)功電壓進(jìn)行了計(jì)算。通過(guò)計(jì)算可知，每臺(tái)發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)定極限都是比較深的，暫態(tài)穩(wěn)定極限略淺于靜穩(wěn)定極限，發(fā)電機(jī)進(jìn)相在暫態(tài)穩(wěn)定極限范圍內(nèi)能將系統(tǒng)電壓降低至允許范圍，降壓效果是十分顯著的。

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3.3發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行時(shí)機(jī)理、現(xiàn)象及處理措施

發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)中，在勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)試中有可能失磁，進(jìn)相至較深的進(jìn)相深度時(shí)也可能轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行。因此，在試驗(yàn)前應(yīng)研究發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行的機(jī)理、現(xiàn)象及處理措施。

當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，隨著勵(lì)磁電流下降，電磁轉(zhuǎn)矩下降，在轉(zhuǎn)子上就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不平衡現(xiàn)象。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行時(shí)，①轉(zhuǎn)子表面溫度不會(huì)太高，其主要原因?yàn)檗D(zhuǎn)子部件感應(yīng)電流頻率較低，集膚效應(yīng)不太嚴(yán)重，渦流遍布于轉(zhuǎn)子整體，不會(huì)使轉(zhuǎn)子局部出現(xiàn)高溫;②轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不會(huì)無(wú)限制升高，這樣可避免轉(zhuǎn)子超速可能引起的故障或事故;③定子電壓要下降，定子電流要增加，輸出的有功至少要小于(0.5～0.6)Pn，定子電流接近或略高于其額定值;④定子邊段鐵芯和金屬結(jié)構(gòu)件溫度會(huì)增加;⑤當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組開路失磁異步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流，在甚低滑差(S<0.005=下異步運(yùn)行時(shí)，其感應(yīng)電壓是較低的，不會(huì)危及轉(zhuǎn)子繞組絕緣的安全運(yùn)行。轉(zhuǎn)子繞組在某種外接電阻下，其感應(yīng)電流可能會(huì)超過(guò)轉(zhuǎn)子額定電流，但不可能達(dá)到很高的危險(xiǎn)數(shù)值，可能最高約為1.5倍額定電流值。

根據(jù)以上試驗(yàn)研究結(jié)果，發(fā)電機(jī)在進(jìn)相試驗(yàn)中若發(fā)生失磁異步運(yùn)行，不應(yīng)匆忙解列停機(jī)，應(yīng)盡快增加勵(lì)磁電流恢復(fù)同步，若不能恢復(fù)同步，則應(yīng)將有功減低至(50～60)%Pn，同時(shí)增加勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)恢復(fù)同步。

3.4研究廠用電電壓過(guò)低對(duì)廠用負(fù)載的影響

為了研究廠用電電壓過(guò)低對(duì)廠用負(fù)載的影響，在CD電廠作了廠用電壓較低時(shí)的擾動(dòng)試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行，在有功為140 MW，進(jìn)相到廠用電達(dá)到較低值時(shí)，起動(dòng)一臺(tái)5500 kW給水泵電機(jī)作擾動(dòng)試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果表明，廠用電在起動(dòng)過(guò)程中由6.0 kV降為4.8 kV，起動(dòng)時(shí)間為4.6 s，起動(dòng)時(shí)不影響發(fā)電機(jī)和其它輔機(jī)的正常運(yùn)行。

3.5研究發(fā)電機(jī)低負(fù)荷全失磁時(shí)的機(jī)理、現(xiàn)象及處理措施

在GZ電廠的G電站5號(hào)和T電站13號(hào)發(fā)電機(jī)上作了研究。G電站5號(hào)發(fā)電機(jī)是在有功為10MW下進(jìn)行的，將勵(lì)磁電流減至最小，然后斷開勵(lì)磁開關(guān)，此時(shí)發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行，實(shí)測(cè)其邊段鐵芯溫升未超標(biāo)，此時(shí)廠用電電壓最低為5.82 kV，發(fā)電機(jī)在P=10 MW下可以無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行。而T電站13號(hào)發(fā)電機(jī)是在有功為20 MW下進(jìn)行的，此時(shí)電機(jī)未失步，邊段鐵芯溫度也未超標(biāo)，但卻受到了廠用電電壓過(guò)低(廠用電壓降為5.22 kV)的限制而不能無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行。

3.6研究發(fā)電機(jī)定子端部邊段鐵芯和金屬結(jié)構(gòu)件溫度分布規(guī)律

在G電站5號(hào)發(fā)電機(jī)、T電站13號(hào)發(fā)電機(jī)、BZS電廠3號(hào)機(jī)定子端部邊段鐵芯和金屬結(jié)構(gòu)件處埋設(shè)熱電偶，測(cè)量其溫度分布。G電站5號(hào)機(jī)定子上下端定子邊段鐵芯和金屬結(jié)構(gòu)件處選擇一個(gè)節(jié)距，埋設(shè)在同槽異相繞組附近，測(cè)量結(jié)果表明，最高溫度在定子上壓指和邊段鐵芯第一階梯齒處，其主要原因是該機(jī)定子壓指材料為磁性材料，該處磁阻小，漏磁通大。該處溫度較高，成了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的限制因素。從周向看，最高溫度出現(xiàn)在同槽異相繞組搭接槽齒部。T電站13號(hào)發(fā)電機(jī)和BZS電廠3號(hào)機(jī)定子邊段鐵芯和階梯齒溫度均較低，最高溫度出現(xiàn)在第一階梯齒，因壓指材料為非磁性材料，所以壓指溫度并不高。