摘要：电网上无功变化幅度较大，调相机及无功补偿设备往往不能满足其全部需要，为了进一步提高电能质量，现代大型同步发电机组都具备一定的进相运行能力。进相运行过程中，往往会受到静稳定特性、机端磁通发热、厂用电压降低等条件的制约，给安全运行带来一定的危害，因此每台机组的进相深度应该通过试验获得，此文将从以上各方面进行详细阐述。
关键词：同步发电机、进相、静稳定、安全。
1 引言
近些年来，随着电网容量的增加及负荷中心的分布密集，网上有功不断增加的同时，无功负荷也有所增加，然而，无功用户多为工业用电，具有明显的时段性特点，如夜间和节假日时段的需求就会大大降低，这种大幅度的变化将给电能质量带来急剧考验，尤其是220KV及以下网络，将出现大量剩余的无功，此时就需要发电机进相运行来吸收网上多余的无功，维持系统稳定。这种吸收无功的能力会受到各种条件的制约，本文将逐一阐述。
2 同步发电机进相运行
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。
3 进相运行的制约条件
3.1静稳定特性的影响
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-δ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等因素有关。当同步发电机励磁降低，要维持有功出力的不变，功角将逐渐增大，当功角大于90°时，有功的变化将随着功角的增加而降低，进入了不稳定区域，进入失磁及异步状态，严重影响机组安全。
3.2发电机定子端部件温度的限制
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，气隙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，铁损加大，致使定子端部铁芯严重受热。
3.3定子电流的限制
发电机不论发出有功还是无功，其最终都要受到额定容量的限制，而额定容量具体表现为有功P与无功Q的向量和，即视在功率S=P+Q，表示为电流最大值同样是有功分量和无功分量的向量和，因此，无论任何情况之下，哪怕有功很低，当无功量较大的情况下，发电机定子电流同样会出现超限的现象，是进相时的限制条件之一。
3.4厂用电电压的限制
进相运行时，随着励磁电流的降低，发电机端部电压会明显降低，厂用电电压也相应降低，此时辅机出力将受到严重影响，电压的降低将势必造成电流的增加，以致超出额定，经验证明，厂用电电压如果超出10%，就会影响厂用电安全运行。
综上所述，发电机进入进相运行时，其自身静态稳定性能下降，并且由于漏磁的影响，将严重引起发电机端部发热。这两项限制是发电机进相深度重要依据，相比定子过流和厂用电压的降低更加抽象和难于监视，每台发电机出厂时都配有P-Q出力曲线，如图3-1：
图：3-1 隐极同步发电机安全运行极限
这是典型的发电机出力限制曲线，同时包括进相时的发热限制，从理论上讲，静态稳定极限为δ=90度，即MH直线，但考虑到10%的过负荷能力，留有一定的安全储备，其实际静态稳定极限为圆弧BF。实际上，大部分发电机都是经过变压器和线路接入电网的，故还须计及这些元件的电抗。进相运行时的允许出力（即静态稳定储备系数）与自动电压调节器、发电机短路比及外阻抗有关。当发电机有自动电压调节器时，其静态稳定极限可以扩大，但扩大的范围与自动电压调节器的类型有关。如带复式激磁的电磁式电压校正器，可是发电机运行在人工稳定区内，稳定极限功角可超过90度；而机械型电压调节器因有失灵区，只能运行在功角90度范围内。
4 进相运行试验
发电机的进相深度，受到种种条件的制约，特性不同，出力情况不同，为了机组安全，每台发电机的进相能力，必须通过试验验证，不能盲目进相运行，避免造成系统振荡及发电机设备损坏。
4.1试验运行条件
a） 6 kV 母线电压维持在不低于5.8 kV；
b） 发电机端电压应在19.5 kV；
c） 发电机定子电流不应超过额定值191245 A；
d） 发电机转子电流不应超过额定值4145 A；
e） 最大进相无功值不应该超过厂家给出的边界值；
f） 发电机（ 相对于系统等值机） 最大功率角不超过70°；
g） 发电机冷却系统工作正常， 各部温升在正常范围内（ 如： 在正常氢压时， 定子铁心温度不大于120 ℃ ， 定子绕组温度不大于85℃ ）；
h） 汽轮发电机组轴系振动在正常范围内。
4.2试验注意事项
a） 发变组所有保护必须投入，升压站、励磁系统为正常运行方式。
b） 为了防止机组在进相运行时无功摆动较大，机组的有功负荷不得低于额定负荷的50%。
c） 发电机的微机自动励磁调节器低励限制性能良好，并且能满足发电机的最大进相深度和机组稳定运行时的要求。
d） 发电机的定冷水系统、氢系统运行正常，各温度、流量、压力在正常范围内。发电机各部温度测点回路正常，表计指示正确并不超限。运行人员必须熟悉发电机各温度测点的位置以及温度的限额。
e） 在正常情况下，发电机的功率因素在滞相0.98以下。如系统电压过高，调整无效时，应根据调度要求，逐渐减少无功负荷直至转为进相运行状态，严格按着调度命令调整进相值。（但不得超过试验进相深度）
f） 在进相运行时，发电机的定子电压应不低于额定值的95%。
g） 为保证厂用电系统有可靠的备用电源，在进相运行时厂用电仍由工作电源供电，并且工作分支电压不低于额定值的95%，若低于此值则减少进相值，满足厂用电的要求。
h） 进相过程中专人监视发电机各点的温度，不得超限运行。
4.3试验结果
试验选取的负荷点是600 MW 、480 MW 、360MW ，励磁调节器工作在自动方式下。试验过程中，各负荷点最终进相工况受厂用系统电压限制的影响。根据试验过程数据，2台600MW机组在网运行，允许的进相深度如下：
5 结论
同步发电机具有一定的进相运行能力，尽管受到稳定性、温度以及机端电压等条件的制约，但是只要我们通过科学的试验，合理的调整，和必要的技术措施一定能够安全掌控发电机的进相运行能力，进而既能让发电机本身特性得以充分、合理利用，提高电网供电质量和系统稳定，在一定程度上节约电力设备投资。
参考文献：
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[3] 吴晓宇. 国产600 MW发电机组进相运行试验及分析[J]. 广东电力. 2006（08）
[ 4] 江苏省电力试验研究所.江苏国电常州电厂1 号（2号）发电机组进相运行试验报告
作者简介：董志军（1976-），男，助理工程师、发电厂电气高级主管。
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