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【摘 要】随着电网输电电压的升高和传输距离的加长以及其他超高压电网的实际运行经验可知，大型发电机组的进相运行可有效改善电网无功潮流的分布，提高电网的供电质量，调控电网电压。为了利用发电机组进相运行有效调控电网电压，本文对发电机组的进相运行原理、限制因素进行了分析和探讨，制定试验方案进行试验，试验过程显示宁夏大唐大坝电厂两台发电机组进相运行是可行的。
【关键词】发电机组；进相运行；可行性研究
0.引言
目前国内电网解决电网容性过剩无功功率的方法主要有两种：一是在送受两端配置一定容量的并联电抗器，这种方法投资较大而且受到电抗器容量的限制；二是送端发电机进相运行， 然而这种方法又受到一些因素的限制，譬如发电机发热，厂用电压较低等。因此发电机能否进相运行，进相深度可以达到多少，进相运行对该厂发电机组、厂用电压的影响能达到什么程度有必要进行研究和探讨。
1.发电机组进相运行的原理
发电机正常运行（迟相运行）既发出有功功率，又发出感性无功功率，以满足负荷的需求。发电机进相运行是相对于迟相运行而言的，如下图（左为迟相运行，右为进相运行）所示：设发电机接在无限大电网系统，因此可以看做其端电压Ug 恒定的，电流为I，功率因数角为?。这时调节励磁电流If，发电机电动势Eq随之增大，功率因数角为滞后，即：电流I超前于电压Ug。相反逐渐减少励磁电流If，发电机电动势Eq减少，功率因数角变成超前，即：电流I滞后于电压Ug。此时发电机负荷电流产生助磁作用，向系统送出有功功率的同时吸收电网无功功率，发电机从迟相运行转为进相运行。
但是，发电机进相运行是在适当降低发电机热稳定性的基础上得以实现的，而且发电机进相运行对机端电压和发电厂厂用电压有一定程度的影响。
2.影响发电机组进相运行的几个因素
2.1静态稳定对进相运行的限制
同步发电机与无穷大电网并联运行，其正常运行方式下的功-角关系可以用下面的公式表示P=sinδ式中：PE为电磁功率，δ为功角，Eq为发电机电势，Ug为发电机端电压，Xd为发电机同步电抗，从上面的公式可以看出在δ为90°时所对应的电磁功率是静态稳定理论上的最大值，静态稳定判据为=>0从而可知当δ在0°到90°之间时，发电机的运行是稳定的，当δ在90°到180°之间时，发电机的运行是不稳定的。理论上发电机的最大稳定功角为90°，而发电机的正常运行点放在30°-40°之间。根据其他发电厂实测及经验可得，同时考虑到回路变压器的元件的影响，隐极式汽轮发电机进相运行时的功角在不要大于60°-70°的范围内运行都是比较稳定，但发电机静稳运行还与自动励磁调节装置有关，灵活可靠的励磁装置对于发电机静稳运行范围的增大也有一定的作用。
2.2发电机定子铁心端部发热对进相运行的限制
发电机端部漏磁是由定子绕组端部漏磁与转子绕组端部漏磁共同组成的，它的大小与发动机的结构、材料、定子电流的大小、功率因数等有关。发电机有迟相运行向进相运行方式变化时，端部合成漏磁磁密相应增加，引起定子端部结构件上的涡流损耗增大，而增加附加发热，甚至超过温度限定值，而对发电机本身造成损坏。
2.3厂用电电压及机端电压对进相运行的限制
如公式所示：U=U+，当发电机进相运行时，QG为负值，从上面的公式可以看出，发电机机端电压将大幅降低，而一般厂用系统高压厂用变压器均接在发电机出口，因此厂用电压也将大幅度降低，当厂用电压的下降超过规定值时将影响高压电动机的运行或厂用电动机的自启动能力，甚至对电动机的安全运行造成威胁。为此可用减轻发电机进相深度，或是提高变压器分接头，抑或是切换备用电源进行控制。
2.4进相运行时失磁保护及低励限制元件的配合
经进相试验确定，可以进行进相运行的发电机，其失磁保护及低励限制保护必须配合好，不能引起失磁保护误动。在进相试验过程中重新整定该保护的限制及动作曲线。
3.确定方案及实施
3.1编制试验方案
3.2试验条件
①1发电机并网运行，励磁调节器手/自动功能应正常；所有限制与保护功能动作应正常；②发电机厂高变正常运行；厂用快切装置工作正常；启备变处于热备用状态；③调节器低励限制曲线根据试验情况重新整定，满足进相运行试验要求；④试验前，落实埋设测温元件完好状况并确认相关一一对应关系，安装功角仪并进行校零。
3.3试验步骤
3.3.1记录有关参数
定子三相电压Uab、Ubc、Uca；定子三相电流Ia、Ib、Ic；功率因数COSψ及功角δ；有功功率P和无功功率Q；厂用6kV电压以及系统750kV电压（厂高变带厂用时以厂用电压不小于5.9KV作为各工况进相深度的依据。）；发电机端部铜屏蔽装设测温元件测量发电机端部温升、铁芯埋设测温元件温度（制造厂出厂装设测温元件进行测量）；发电机在试验过程中的震动状况转子电压Uf和转子电流If。
3.3.2 试验数据摘录
P=1.0Pe厂高变带厂用时各工况点参数值
4.结论
试验验证了宁夏大唐国际大坝发电厂发电机进相运行的可行性。从试验的过程中看，进相运行可以明显改变系统无功潮流，降低系统侧电压，为系统调压提供了有效途径。
【参考文献】
[1]何新民，宋继成.500kV变电所电气部分设计及运行.北京：水利电力出版社，1989，5.
[2]国家电网公司十八项电网重大反事故措施.
[3]宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司5、6号机组进相试验试验报告.
【关键词】发电机组；进相运行；可行性研究
0.引言
目前国内电网解决电网容性过剩无功功率的方法主要有两种：一是在送受两端配置一定容量的并联电抗器，这种方法投资较大而且受到电抗器容量的限制；二是送端发电机进相运行， 然而这种方法又受到一些因素的限制，譬如发电机发热，厂用电压较低等。因此发电机能否进相运行，进相深度可以达到多少，进相运行对该厂发电机组、厂用电压的影响能达到什么程度有必要进行研究和探讨。
1.发电机组进相运行的原理
发电机正常运行（迟相运行）既发出有功功率，又发出感性无功功率，以满足负荷的需求。发电机进相运行是相对于迟相运行而言的，如下图（左为迟相运行，右为进相运行）所示：设发电机接在无限大电网系统，因此可以看做其端电压Ug 恒定的，电流为I，功率因数角为?。这时调节励磁电流If，发电机电动势Eq随之增大，功率因数角为滞后，即：电流I超前于电压Ug。相反逐渐减少励磁电流If，发电机电动势Eq减少，功率因数角变成超前，即：电流I滞后于电压Ug。此时发电机负荷电流产生助磁作用，向系统送出有功功率的同时吸收电网无功功率，发电机从迟相运行转为进相运行。
但是，发电机进相运行是在适当降低发电机热稳定性的基础上得以实现的，而且发电机进相运行对机端电压和发电厂厂用电压有一定程度的影响。
2.影响发电机组进相运行的几个因素
2.1静态稳定对进相运行的限制
同步发电机与无穷大电网并联运行，其正常运行方式下的功-角关系可以用下面的公式表示P=sinδ式中：PE为电磁功率，δ为功角，Eq为发电机电势，Ug为发电机端电压，Xd为发电机同步电抗，从上面的公式可以看出在δ为90°时所对应的电磁功率是静态稳定理论上的最大值，静态稳定判据为=>0从而可知当δ在0°到90°之间时，发电机的运行是稳定的，当δ在90°到180°之间时，发电机的运行是不稳定的。理论上发电机的最大稳定功角为90°，而发电机的正常运行点放在30°-40°之间。根据其他发电厂实测及经验可得，同时考虑到回路变压器的元件的影响，隐极式汽轮发电机进相运行时的功角在不要大于60°-70°的范围内运行都是比较稳定，但发电机静稳运行还与自动励磁调节装置有关，灵活可靠的励磁装置对于发电机静稳运行范围的增大也有一定的作用。
2.2发电机定子铁心端部发热对进相运行的限制
发电机端部漏磁是由定子绕组端部漏磁与转子绕组端部漏磁共同组成的，它的大小与发动机的结构、材料、定子电流的大小、功率因数等有关。发电机有迟相运行向进相运行方式变化时，端部合成漏磁磁密相应增加，引起定子端部结构件上的涡流损耗增大，而增加附加发热，甚至超过温度限定值，而对发电机本身造成损坏。
2.3厂用电电压及机端电压对进相运行的限制
如公式所示：U=U+，当发电机进相运行时，QG为负值，从上面的公式可以看出，发电机机端电压将大幅降低，而一般厂用系统高压厂用变压器均接在发电机出口，因此厂用电压也将大幅度降低，当厂用电压的下降超过规定值时将影响高压电动机的运行或厂用电动机的自启动能力，甚至对电动机的安全运行造成威胁。为此可用减轻发电机进相深度，或是提高变压器分接头，抑或是切换备用电源进行控制。
2.4进相运行时失磁保护及低励限制元件的配合
经进相试验确定，可以进行进相运行的发电机，其失磁保护及低励限制保护必须配合好，不能引起失磁保护误动。在进相试验过程中重新整定该保护的限制及动作曲线。
3.确定方案及实施
3.1编制试验方案
3.2试验条件
①1发电机并网运行，励磁调节器手/自动功能应正常；所有限制与保护功能动作应正常；②发电机厂高变正常运行；厂用快切装置工作正常；启备变处于热备用状态；③调节器低励限制曲线根据试验情况重新整定，满足进相运行试验要求；④试验前，落实埋设测温元件完好状况并确认相关一一对应关系，安装功角仪并进行校零。
3.3试验步骤
3.3.1记录有关参数
定子三相电压Uab、Ubc、Uca；定子三相电流Ia、Ib、Ic；功率因数COSψ及功角δ；有功功率P和无功功率Q；厂用6kV电压以及系统750kV电压（厂高变带厂用时以厂用电压不小于5.9KV作为各工况进相深度的依据。）；发电机端部铜屏蔽装设测温元件测量发电机端部温升、铁芯埋设测温元件温度（制造厂出厂装设测温元件进行测量）；发电机在试验过程中的震动状况转子电压Uf和转子电流If。
3.3.2 试验数据摘录
P=1.0Pe厂高变带厂用时各工况点参数值
4.结论
试验验证了宁夏大唐国际大坝发电厂发电机进相运行的可行性。从试验的过程中看，进相运行可以明显改变系统无功潮流，降低系统侧电压，为系统调压提供了有效途径。
【参考文献】
[1]何新民，宋继成.500kV变电所电气部分设计及运行.北京：水利电力出版社，1989，5.
[2]国家电网公司十八项电网重大反事故措施.
[3]宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司5、6号机组进相试验试验报告.