水轮发电机组进相运行对改变系统电压的分析
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【摘要】由于我国电网系统改造，220kV系统和500kV系统解环运行，导致我厂220kV系统在负荷高峰时电压相对较低，负荷低谷时电压较高，1、3号发电机端电压过高，虽经调整主变分接头后机端电压有所降低，但是负荷低谷时220kV系统电压仍可达到247kV，严重影响机组和电力设备的安全运行。本文根据对发电机进相运行影响因素分析和试验结果，确定了发电机进相运行深度，从而确定了合理的运行方式，确保区域电网和电站设备安全稳定运行。
【关 键 词】水轮发电机；进相运行；稳定性；解环
中图分类号： TB857+.3文献标识码：A
1引言
随着电力系统的不断发展，电压等级的提高，输电线路的加长，因而线间及线对地的电容加大，电网充电无功功率大量增加，如在某些低负荷时段，线路的充电功率使系统或系统的某一部分容性无功出现过剩，致使电网上某些节点附近的电压过高,甚至超过允许值,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高的大型变压器的运行及用电安全。传统的并联电抗器或使用调相机来吸收这部分过剩无功存在设备投资大，无法实现平滑调整等不足之处，已经不能满足当前电力系统运行特别是动态稳定性的要求。因此,适时将大型发电机组转入进相运行, 既能抑制和改善电网运行电压过高的状况，也能获得较好经济效益。
2220kV系统运行方式
云峰发电厂现装有四台水轮发电机组，其中1号、3号发电机向中方供电，并入220千伏系统。我厂220kV出线原来有两条线路，分别为云卧线和云水线，云卧线送至辽宁省本溪市卧龙变电所，云水线送至吉林省通化市水洞变电所，正处于辽宁电网和吉林电网的联络节点上。但由于电网系统改造，220kV系统和500kV系统解环运行，导致我厂220kV出线将由原来的两条线路（云卧线、云水线）过渡到单线运行（云卧线），解环前云峰厂220千伏母线电压，受云水线钳制，母线电压处于可调整状态，满足系统规定要求。解环后，220千伏母线电压受云卧线所带负荷直接影响，突变量较大，同时云卧线进行了更改，由原来送至辽宁卧龙改为送至辽宁小市变电所，即云卧线改为云小线，其输电距离长约220km，线路容升高，导致末端的我厂220kV系统电压和1、3号发电机端电压过高，虽经调整主变分接头后机端电压有所降低，但是负荷低谷时220kV系统电压仍可达到247kV，严重影响机组和电力设备的安全运行。
3发电机主要技术数据（1、3号发电机）
4影响进相运行原因分析
大型发电机进相运行属于一种正常的欠励同步运行状态,其吸收容性无功的能力即发电机进相深度受多方面因素制约，包括发电机组运行静态稳定性、发电机定子端部铁芯和端部结构件发热以及发电厂厂用电电压降低等等。由于发电机的类型、结构、冷却方式及容量等不尽相同，在进相运行时允许供出的有功功率和吸收多少无功功率，主要由发电机本体的结构条件来确定，因此，发电机是否能进相运行应遵守制造厂的规定，制造厂无规定的应通过试验确定。而我厂水轮发电机组生产于上世纪六十年代，即1965年的产品，目前已经运行43年，受当时条件制约，机组没有规定可以进相运行，因此需要通过试验确定机组进相运行的能力。
5进相试验条件和数据
5.1为保证被试验发电机进相运行时安全可靠运行，确定按以下限制条件进行试验：
（1）发电机功角：按照网调要求的进相运行范围，δ≤70°（带AVR）
（2）定子电流：Is≤1.05In，即不大于4872A
（3）机端电压：Us≥0.95Un，即不低于13.11kV；
（4）厂用电压：Up≥0.95Upn，即不低于5796V；
（5）定子铁心端部结构件温度限值：依据试验机组技术说明书要求确定。
（6）试验期间1、3号机运行，任意一台机组试验期间保持负荷稳定。
以上参数中，除限制条件f外 ，任一条件达到约束值试验即可终止。
5.2数据结果
机组名称：云峰发电厂1号发电机
试验时间：2009年11月6日16：00—18：00
试验主要数据：
详细数据见附表
5.3有关曲线
根据数据结果，作出有关曲线：
试验期间电压随时间变化曲线见附图1；
图中功率表示为标幺值，其功率基值为100MW。
试验期间功率随时间变化曲线见附图2；
有功功率80MW时，电压于无功功率关系曲线U=f（Q）见附图3；
有功功率100MW时，电压于无功功率关系曲线U=f（Q）见附图4；
图中：无功功率表示为标幺值，基值为100MVA，
电压表示标幺值，基值分别为：
Us（pu）—定子电压标幺值，基值15.75千伏
Uj（pu）—220千伏系统电压标幺值，基值220千伏
Uc（pu）—6千伏母线电压标幺值，基值6.3千伏
5.3结果分析
1、试验期间，机组运行稳定，未出现失稳或接近失稳情况。
2、试验定子电流未达到额定值，故定子电流不是机组进相的限制条件。
3、试验期间，发电机功角最大达到33.7度，距离70度功角限制条件较远。
4、试验期间，厂用电电压最低为5.997千伏，未达到限制。
5、根据温度测量结果，各部温度均未超过允许范围。
6、根据试验结果可知，该机实际运行时进相运行的限制条件是发电机机端电压，最低13.096千伏，达到了0.95倍额定电压限制条件。
7、在各有功试验负荷下，220千伏母线电压下降明显，最大下降17.4千伏，达到了进相运行降低系统电压的目的，降压效果十分明显。
8、试验期间励磁调节器按照要求进行低励限制单元定值调整，其动作值准确。
6结论
根据试验数据和情况分析，
1、云峰发电厂1、3号发电机组进相运行的限制条件是发电机机端电压。
2、发电机进相运行有效降低了220千伏系统母线电压。
3、根据试验结果和推算分析，在目前运行条件下，建议该机组低励限制线设置为：
有功功率0MW时，无功功率—40Mvar；
有功功率160MW时，无功功率0Mvar。
图中分别给出了静态极限、建议低励限制线，同时给出了进相功率因数0.99、0.97和0.95线。图中静态极限限制线为理论计算值。
4、由于该机励磁系统和继电保护等原设计定值均未考虑机组进相要求，因此在进行调整时应考虑充分，尤其是对于励磁调节器低励限制线调整和失磁保护定值调整更应细致核算和修改。
实践证明，这是一项切实可行的依法，无需增加额外设备投资即可收到降低系统电压、发电机出口端电压的效果，抑制和改善网络运行电压过高的状况，而且发电机运行操作方便、灵活且经济效益显著。
参考文献：
[1]杨嗣彭，同步电机运行方式的分析，1989年
[2]陈强， 机组进相运行安全稳定分析与具体措施[J].科技资讯,2009,(15):133.
[3]云峰发电厂1号机进相运行试验报告。（2009版）。
作者简介：1、孟繁斌，男，出生1975年1月，学历本科，工程师，现从事水电厂运行工作。
2、杜大勇，男，出生1978年6月，学历本科，助理工程师，现从事水电厂运行工作。