浅析“进相”
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摘要：本论文对龙泉市岩樟一级电站进相运行试验进行了详细的描述，并以此展开对“进相”的讨论，分析了进相运行方式的研究与发展，进相运行对电网的积极作用，满足了新一代负荷的要求。
本论文还总结国内外进相的运用，20世纪50年代初期，国外即开始研究并实施发电机进相运行，较好地解决了电网电压质量问题，并从六个方面进行详细论述。
关键词：岩樟一级电站，进相运行试验，进相运用
1、龙泉市岩樟一级电站进相运行试验简述
为考核龙泉市岩樟溪一级电站的1#、2#发电机组进相运行的能力，2010年1月26日对两台机组分别实施了进相试验,确定了该机组的进相能力，为今后机组进相运行提供技术保证。根据发电机、主变的参数估算发电机进相时的静稳定极限为9.9068MVar，在此基础上留有足够的静稳定裕度来确定试验工况，使机组在进相运行时有足够的稳定性，进相试验在稳定工况下进行，试验期间电站可按正常运行方式运行。被试机组在进相运行时的机端电压在9.5KV以上，被试机组的电压自动调节器投入运行，以提高机组的稳定性。
发电机参数
型号：SF10-8/2600 额定容量：12500KVA
额定功率：10000KW 功率因数：0.8
定子电压：10.5KV定子电流：687A
转子电压：142V转子电流：545A
绝缘等级：F
冷却方式：风冷
转速：750r/min
接法：Y
出厂编号：04027-01（1#发电机），04027-02（2#发电机）
出厂时间：2004年8月
制造厂：福建南平电机厂
机组先在滞相运行工况下运行两个小时，让机组各技术参数趋于稳定，特别是发电机温度。进相运行试验中，每调整负荷都是在滞相运行方式下进行。在进相运行试验工况下，发电机功角控制在70°以内，留有一定静稳定裕度，两台机组的试验各在三种运行工况下进行：
1#发电机进相试验工况
工况一：P=10.0MW,Q=-3.5MVar,(进相),cos =0.943
工况二：P=7.5MW,Q=-4.0MVar,(进相),cos =0.832
工况三：P=5.1MW,Q=-4.5MVar,(进相),cos =0.750
2#发电机进相试验工况
工况一：P=10.0MW,Q=-3.5MVar,(进相),cos =0.947
工况二：P=7.5MW,Q=-4.0MVar,(进相),cos =0.885
工况三：P=5.1MW,Q=-4.6MVar,(进相),cos =0.743
1#、2#发电机进相试验所测得定子线圈温度、定子铁芯、定子端部、冷热风、各部位温度均小于温度限值，满足B级绝缘温度温升限制。发电机三个实验工况下定子电流、转子电流都在发电机额定参数范围内，其中1#发电机功角最大为36°，2#发电机功角最大为34.6°，均未超过方案所定70°限值。两台机组均具备进相运行能力。
2、进相概念简析
发电机的滞相运行是其常见的一种工作运行状态，此时，定子电流滞后于端电压，发电机向系统发出有功功率和无功功率。发电机进相运行是相对于滞相运行而言的。发电机的进相运行是指发电机向系统发出有功功率，并从系统吸收无功功率的运行状态，此时定子电流超前于端电压，发电机处于欠励磁运行状态，功率因数角 为负值。减小发电机励磁电流 ，发电机即从滞相运行转为进相运行，也就是从发出无功功率转为吸收无功功率。励磁电流越小，从系统吸收的无功功率越大，功角 也就越大，因而进相运行拓宽了发电机通常的运行范围。
发电机直接接于无限大容量系统的情况下，其端电压 恒定不变时，发电机电势 ，负荷电流 ，功率因数角 与励磁电流 的关系如图1所示。
目前，针对电力系统中的电压偏高的问题采取的降压措施主要有：投入并联电抗器；调节变压器分接头位置；停运线路、主变；利用发电机进相运行吸取系统无功。一般而言，系统轻负荷持续时间相对较短，故装设大量的并联电抗器很不经济。调节变压器分接头，只能改变系统无功分布，对无功严重过剩的电压升高收效甚微。停运一些长距离高压轻载输电线路，以及轻载主变对降低系统的电压水平有明显效果，但对系统供电的安全性、可靠性有较大影响。在系统中选择合适的机组进相运行，不需要增加额外的投资，只需通过调节发电机的励磁以调节其进相深度，即可达到吸收系统过剩无功功率、调整系统电压的目的。因此，利用发电机进相运行，是解决电网高电压问题，提高电网质量和安全性的有效方法。
3、进相的运用和研究
20世纪50年代初期，国外即开始研究并实施发电机进相运行，较好地解决了电网电压质量问题。近几十年来，我国也开始了发电机进相运行的研究。目前，国内外对发电机进相运行的研究主要是从以下几个方面展开的。
（一）发电机的进相运行对电网调压的影响
文献[14]介绍了内蒙西部电网的现状，分析了电网电压的分布和220 kV线路的充电功率，然后用理论分析证明了发电机的进相运行对电网电压偏高问题解决的可行性，最后指出了发电机进相运行时需要注意的问题：进相运行的发电机应选择充电功率较集中的网络节点上，以便更有效地吸收充电功率；与此同时还要注意使发电机的进相深度和联络线的稳定性保持相互适应的水平。文献[15]介绍了寻找发电机静稳极限的两种试验方法及试验结果，分析了呼和浩特电厂3号机，丰镇电厂1号机进相运行时对内蒙古西部电网的电压及潮流的影响。内蒙古西部电网单元机组、特殊机组、区域电网的试验研究的基础上，分析了以上几种情况下的降压情况。给出了单元机组的实验数据，考虑了机组容量较大、机组处于线路特殊位置和机组送出方式特别的机组的降压效果，同时对用电负荷较重的工业城市包头的区域电网降压效果做了研究。试验重点是对包头地区220 kV电网降压效果进行了研究，参加试验的电厂有包头第一热电厂、包头第二热电厂、希望铝业电厂和华电东华热电厂。通过对无功潮流和系统电压监视发现，每降低60―70MVar无功，包头地区220 kg电压将会降低1 kV。同时还给出当时的电网地理接线图。
（二）发电机的进相运行对电网影响
文献[4]通过对发电机进相运行机理及对影响发电机进相运行的限制条件的分析，提出发电机进相运行的相应技术措施；通过对发电机失磁保护的整定分析，提出失磁保护和低励限制的配合方式；同时基于BPA系统分析软件对浙江电网若干典型进相运行方式进行潮流分析和暂态稳定计算，结果表明发电机进相运行使系统暂态稳定性下降，但在系统内选择适当的大型发电厂在一定范围内作进相运行，对缓解系统低谷负荷时电压偏高问题是可行而有效的。文献[16]通过对发电机参数变化规律的理论分析，确定了数学模型与计算程序，并针对黑龙江东部电网100 MW及以上的大机组进行进相运行，同时对电网暂态稳定的影响进行计算分析，选出最佳进相地点及进相深度，求出该区域网的暂态稳定极限。最后根据大量的算例得出结论：发电机进相运行对电网暂态稳定水平的影响程度与进相地点和进相深度有关，并且进相深度越大对电网的暂态稳定影响也越大。
（三）进相深度限制因素的研究
文献[17]发电机进相运行作为调压手段所具有的优点及受制因素，结合宁波电网的运行实践，对进相运行的影响因素进行了深入分析，提出了切实可行的解决办法。提出了隐极同步发电机进相运行功角计算新方法，将发电机转子电流引入到功角计算中，与常规的计算方法相比，具有相对精度较高、计算过程简单的特点。考虑了决定发电机进相深度的因素如发电机定子端部结构件温度限制、机组静稳极限、系统暂稳水平、系统调压要求和厂用电电压降低幅度等，以阳逻电厂发电机进相试验为例，采用生产运部门常用的“电力系统分析综合程序”作为分析工具，围绕各制约因素，从生产运行角度阐述了一种具有实用性的发电机进相试验和运行的分析方法。在计及AVR时，由单机无穷大系统的动态方程组来描述静态特性，通过状态方程的特征根，分析了计及AVR时静态稳定限制曲线形状。提出了一种发电机工况参数数学模型用以确定发电机进相运行能力，并将其应用到石景山热电厂发电机故障诊断专家系统之中，实现了发电机进相运行时的在线监测。利用MatLab/Simulink电力系统工具箱对发电机进相运行进行了仿真，在不同的有功功率和不同的外部电抗下，对发电机进相运行的深度和运行的稳定性进行了分析。
（四）发电机的进相运行对变压器保护的影响
对发电机、变压器保护从原理上进行了分析，指出了可能受发电机运行影响的变压器保护类型，并结合进相实验的数据，分析了发电机进相运行对发电机、变压器保护的影响。
（五）发电机的进相运行相关的在线监测器的研制和试验
发电机组的运行由滞相转为进相，发电机的端部温度、稳定极限、厂用母线电压，发电机相对于系统的稳定性等都会发生变化。这些因素相互作用，并依据发电机与系统的实时工况而影响发电机进相运行时的安全性。而常规的电鼍监测都是静态的且并未考虑全部影响发电机进相运行的所有因素，因而无法对发电机的运行情况做合理判断，也就不能确保发电机进相运行时的安全性。汽轮机进相运行安全监测系统的研制，就是满足上述要求而研制的。介绍了发电机进相监控器的设计，它既能测量显示全方位发电机功角、无功功率和功率因数的大小而且可以按离线计算与试验数据所拟合的发电机P-Q曲线控制发电机进相深度，保证了发电机安全进相运行。大型汽轮发电机进相运行中受到的限制条件，提出进相运行在线自动控制装置。该装置能有效地自动控制发电机进相深度，人为误操作时，装置也能保证发电机不失稳，使厂用电电压和定子电流在要求值内，提高了机组运行可靠性。
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