最新发电机进相运行的原理作用功能
发电机进相运行的原理作用功能
发电机进相运行
2008-09-18 10:53
功率因素=有功功率/视在功率
视在功率的平方=有功功率的平方+无功功率的平方
何谓发电机进相运行?有何注意事项?
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，此种状态即进相运行。
同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少，发电机电势Eq亦相应降低。从P-功角关系看，在有功不变的情况下，功角必将相应增大，比值整步功亦相应降低，发电机静态稳定性下降。其稳定极限与发电机短路比，外接电抗，自动励磁调节器性能及其是否投运等有关。
进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大。特别是大型发电机线负荷高，正常运行时端部漏磁比较大，端部铁芯压指连接片温升高，进相运行时因为漏磁增大，温升加剧。进相运行时发电机端部电压降低，厂用电电压也相应降低，如果超出10%，将影响厂用电运行。
因此，同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度。即在供给一定有功状态下，吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定，各部件温升不超限，并能满足电压的要求。
发电机进相运行受哪些因素限制。
当系统供给的感性无功功率多于需要时，将引起系统电压升高，要求发电机少发无功甚至吸收无功，此时发电机可以由迟相运行转变为进相运行。
制约发电机进相运行的主要因素有:
(1) 系统稳定的限制
(2) 发电机定子端部件温度的限制
(3) 定子电流的限制
(4) 厂用电电压的限制
为什么汽轮发电机进相运行时，定子端部铁芯严重发热?
汽轮发电机运行时，定子绕组端部的漏磁场也是以同步转速对定子旋转的，其漏磁场的一部分是经过定子绕组端部空间，转子护环，气陷及定子端部铁芯构成磁路的，因此使定子端部铁芯平面上产生涡流而发热。此外，励磁绕组紧靠护环，因此它的漏磁场主要经护环闭合，当进相运行时，由于励磁电流减小励磁绕组端部漏磁场减弱，于是护环的饱和程度下降，减小了定子端部漏磁场所经过磁路的磁组，从而使定子端部漏磁场增大，铁笋加大，致使定子端部铁芯严重受热。
进相运行功率因数≥1，进相运行就是电流超前电压无功是负的，就是吸收无功功率，功率因数在0.95～0.97之间,现在发电机一般都保证进相0.95长期运行.
发电机进相运行试验研究
和金属结构件温度会增加；⑤当转子绕组开路失磁异步运行时，转子绕组会产生瞬时过电压和过电流，在甚低滑差(S＜0.005)下异步运行时，其感应电压是较低的，不会危及转子绕组绝缘的安全运行。转子绕组在某种外接电阻下，其感应电流可能会超过转子额定电流，但不可能达到很高的危险数值，可能最高约为1.5倍额定电流值。
根据以上试验研究结果，发电机在进相试验中若发生失磁异步运行，不应匆忙解列停机，应尽快增加励磁电流恢复同步，若不能恢复同步，则应将有功减低至（50～60）％Pn，同时增加励磁电流，使发电机恢复同步。
4.4研究厂用电电压过低对厂用负载的影响
为了研究厂用电电压过低对厂用负载的影响，在CD电厂作了厂用电压较低时的扰动试验。发电机自动励磁调节器投入运行，在有功为140 MW，进相到厂用电达到较低值时，起动一台5500 kW给水泵电机作扰动试验，其试验结果表明，厂用电在起动过程中由6.0 kV降为4.8 kV，起动时间为4.6 s，起动时不影响发电机和其它辅机的正常运行。
4.5研究发电机低负荷全失磁时的机理、现象及处理措施
在GZ电厂的G电站5号和T电站13号发电机上作了研究。G电站5号发电机是在有功为10MW下进行的，将励磁电流减至最小，然后断开励磁开关，此时发电机保持同步运行，实测其边段铁芯温升未超标，此时厂用电电压最低为
5.82 kV，发电机在P=10 MW下可以无励磁运行。而T电站13号发电机是在有功为20 MW下进行的，此时电机未失步，边段铁芯温度也未超标，但却受到了厂用电电压过低（厂用电压降为5.22 kV）的限制而不能无励磁运行。
4.6研究发电机定子端部边段铁芯和金属结构件温度分布规律
在G电站5号发电机、T电站13号发电机、BZS电厂3号机定子端部边段铁芯和金属结构件处埋设热电偶，测量其温度分布。G电站5号机定子上下端定子边段铁芯和金属结构件处选择一个节距，埋设在同槽异相绕组附近，测量结果表明，最高温度在定子上压指和边段铁芯第一阶梯齿处，其主要原因是该机定子压指材料为磁性材料，该处磁阻小，漏磁通大。该处温度较高，成了发电机进相运行的限制因素。从周向看，最高温度出现在同槽异相绕组搭接槽齿部。T电站13号发电机和BZS电厂3号机定子边段铁芯和阶梯齿温度均较低，最高温度出现在第一阶梯齿，因压指材料为非磁性材料，所以压指温度并不高。
5发电机进相运行试验研究概况及降压节能效益
5.1四川电网发电机进相运行概况
四川电网部分发电机进相试验结果汇总于表1。
5.2在电网中降压节能效益
由发电机进相运行试验研究的结果及表1中的数据，可获得以下几点。
1) 发电机进相运行降压效果显著：以BZS电厂3号发电机进相运行为例，该机进相运行时，随进相深度增加，该站220 kV侧母线电压和吸收无功Q的关系得出：每吸收系统无功约9～20 Mvar时，即可将该站220 kV的母线电压降低
1 kV，降压效果显著。
但应指出，各电网容量、结构、运行方式等的不同，降低该站(厂)高压侧母线电压1 kV需吸收的无功值是不一样的，由表1可知为7～35 Mvar。但是，总的看来，降低电网电压的效果是很显著的。
2) 发电机进相运行节能效益显著：
发电机进相运行吸收系统无功，不仅能降低系统电压确保电压质量，而且还可以同时得到节能提高电网经济效益的目的：
①减少变压器等设备因电压增高而增加损耗；②减少变压器等设备的损耗确保绝缘使用寿命。
综上所述，当系统负荷处于低谷，无功过剩电压增高至超过规定的运行电压允许值时，网调可安排电机进相运行，降低电压，使全网电压于允许的范围内运行，
既确保了电压质量，又可改善系统的电能分配，减少全网的总损耗，提高经济效益。
6发电机进相试验研究取得的规律
发电机进相运行时，本身的限制因素之一是定子边段铁芯和金属结构件的局部高温，因此从电机上改进结构，降低端部损耗，加强端部冷却，消除局部过热，提高电机进相运行能力，是当前电机设计的主要内容之一。
国内外对电机边段铁芯的不同结构，端部屏蔽方式及探求端部最佳冷却方式和强度等，作了大量的试验研究和计算，取得了下列主要成果。
6.1发电机定子端部温度分布规律
1) 沿电机轴向长度的温度分布：
试验研究结果表明，电机进相运行时，定子边段铁芯和端部金属结构件的局部高温处随电机形式、端部结构、材料和冷却情况的不同而异，但是一般出现在压指、边段铁芯1～4段。这与压指和边段铁芯材质有关，材质为磁性材料者，该处漏磁大，最高温度通常出现在压指上，邻近第一阶梯齿受其影响，温度也较高。压指和边段铁芯材质为非磁性材料者，最高温度通常出现在第一阶梯齿处，压指温度略为偏低。
沿电机轴向距端面的距离增加，合成磁密的轴向分量逐渐减小，致使边段铁芯的温升沿轴向往中心相应降低。到第四段以后，已接近中部铁芯温升的数值。电机进相运行时，沿电机轴向长度的温升分布类似“U”形曲线。
2) 沿电机边段铁芯径向的温度分布：综合电机进相试验研究结果，沿定子边段铁芯径向的温度分布，具有不均匀的特性，最高温度的部位随机型和结构而异。通常出现在端部压指顶、边段铁芯的齿顶、齿中部和槽底部位。
3) 沿定子膛圆周边段铁芯各齿的温度分布：
分析研究实测表明，电机进相运行时，沿定子膛圆周边段铁芯各齿的温度分布，亦具有不均匀的特性。引起温度不均匀的原因，主要是因定子绕组端部产生的空间高次谐波，在各齿的合成值不同，所以沿定子膛圆周各点的漏磁场强度亦不
同。对于双层绕组的电机，在双层线棒的相带搭接处，所有正弦谐波的数值为同相位，致使磁势的总和达到最大值，造成同槽异相线棒搭接处的齿部温度最高。GZ
电厂5号机实测结果证明了这点。因此在作电机的进相和无励磁试验时，测磁和测量元件应埋设在上述部位，方能测得定子端部的最高温度。
6.2发电机低有功无励磁、调相机无励磁运行无失步问题
试验研究、运行实践均表明，发电机低有功和调相机进相至极限——无励磁时，电机运行无失步问题。这是因为通常电机的Xd与Xq是不相等的，因此同时考虑Xd和Xq时，其电磁功率用式(2)表示。
式中第1项P1为励磁电磁功率，其值与励磁电流的大小有关；第2项P2为磁阻功率，它仅取决于电机Xd与Xq的差值和机端
发电机进相运行的原理、作用、功能
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,此种状态即进相运行.
同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少,发电机电势Eq亦相应降低.从P-功角关系看,在有功不变的情况下,功角必将相应增大,比值整步功亦相应降低,发电机静态稳定性下降.其稳定极限与发电机短路比,外接电抗,自动励磁调节器性能及其是否投运等有关.
进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大.特别是大型发电机线负荷高,正常运行
时端部漏磁比较大,端部铁芯压指连接片温升高,进相运行时因为漏磁增大,温升加剧.进相运行时发电机端部电压降低,厂用电电压也相应降低,如果超出10%,将影响厂用电运行.
因此,同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度.即在供给一定有功状态下,吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定,各部件温升不超限,并能满足电压的要求.
发电机进相运行受哪些因素限制.
当系统供给的感性无功功率多于需要时,将引起系统电压升高,要求发电机少发无功甚至吸
收无功,此时发电机可以由迟相运行转变为进相运行.
制约发电机进相运行的主要因素有:
(1) 系统稳定的限制