发电机进相运行的分析

【摘 要】介绍了#5发电机DCS系统出现故障，运行人员调整发电机无功负荷时，造成发电机进相运行。针对这种情况，对发电机进相运行的原因、运行状态、危害、防范措施进行专题分析。

【关键词】进相运行；无功；励磁系统

一、发电机进相运行的原因

1、发电机励磁调节器故障。励磁调节器担负着机端电压控制无功功率分配及提高电力系统运行稳定等多种任务。正常运行时，励磁调节器随时跟踪着发电机端电压的变化，若调节器跟踪、调节性能不好，都会出现误调节，使励磁电流降低，使发电机进入进相运行；#5机组出现进相运行后，工励退出运行，带等值负载，也出现过多次摆动等运行不稳定的现象。

2、系统无功过剩。造成发电机端电压升高，励磁调节器自动跟踪，减小励磁电流以降低发电机端电压。在这种情况下，只有某一区域内的部分机组参与调节才可以有效的改善系统电压水平，从当时的实际情况看，系统电压没有上升趋势，其他的机组也未参与调节（进相运行），所以此因不是造成#5机组进相运行的原因。

3、人为误操作。人为将发电机励磁电流减小，造成机组进相运行。

4、DCS系统工程师站DPU故障。DCS系统改造后，电气所有微机内的操作均是通过DPU处理后再向设备发出操作指令。从#5机组进相时的历史追忆事件看出，当时负责励磁调节任务的DPU有间断性的下线现象，当调节无功时由于DPU与调节器之间的通讯中断，使增减磁的操作脉冲不能及时送到调节器增减磁的控制回路中，造成运行人员的误判断，当通讯恢复后，多次的调节脉冲使励磁电流降低，使机组进入进相状态。这是造成此次机组进相运行的主要原因。

二、进相运行的状态分析

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至空载励磁电流以下时，使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功，来维持定子、转子磁场所损耗的功率，功率因数角超前，即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。进相运行并不等同于失磁失步。发电机进相运行时，励磁电流常常小于空载额定电压时的励磁电流，因而将从系统吸收无功功率。但其功角特性的电磁功率幅值仍大于当时的原动机输出功率Pm，故仍然与系统同步。而发电机失磁时，在同样有功功率输出下，其励磁电流将更小，小到使其功角特性的电磁功率幅值小于当时的原动机输出Pm。除了从系统吸收更多的无功功率以外，此时由于已没有足够的电磁功率来抵消原动机输出功率，因而发电机将持续加速，转差S和功率角θ增大，直至与系统失步。由此可见，发电机是否失步主要是由电磁功率Pem的幅值是否大于原动机输出Pm来决定的。当Pm足够小时，即使失磁也不会失步。

三、进相运行的危害

1、发电机定子端部件温度升高。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。

2、发电机出力降低。发电机进相运行时，对机组的严重影响是，由于定子端部漏磁的增加，将引起定子端部构件的严重过热，为保持其温升不超过规定值，只有降低发电机的有功出力。

3、发电机的静态稳定性降低。发电机进相运行时，由于励磁电流的减小，发电机电势随之减小，造成功角的增大，从而降低了发电机的静态稳定性，由于此时磁路不饱和，在系统中如有扰动，就会造成机组产生振荡或失步。因此，对有自动励磁调节装置的电厂，应将自动励磁调节器投在“自动”位。以防系统对机组所造成的干扰；

4、影响厂用电压质量。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。

四、进相运行限制因素分析

通过对发电机进相运行的危害分析，不难看出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。

五、进相运行的有关措施

1、为防止发电机出现进相运行，在调节机组无功出力时，首先检查DPU的运行状况，当发现其运行异常或出现下线时，立即停止操作，以防系统指令错误造成一次系统误调节。

2、在机组检修时，配合检修做调节器低励限制功能试验，以确保发电机在给定的励磁范围内运行，防止机组在出现进相运行时发生失磁、失步问题。

3、在发电机出现进相运行期间，运行人员密切监视发电机定子各部温度以及发电机出口、6KV厂用电压，防止超出规定值。再者由于机组静态稳定性降低，此时应适当降低机组有功出力，其次尽快恢复励磁。

4、由于调节器出现故障，致使发电机励磁电流降低，机组出现进相运行，此时尽快倒备励运行。在倒换过程中，要注意备励与工励负荷的调节，防止在倒换过程中机组无功出力出现剧烈摆动。

5、在机组进相运行期间，机组出现失磁导致失步时，首先应迅速降低有功功率，使其较快地通过暂态异步运行而进入稳态异步运行，减小对系统和机组本身的冲击。其次应尽快恢复励磁，使其早些恢复同步运行。

6、为使运行人员果断、准确判断机组的运行状况，建议机组装设双向无功电力表、以及在线功角测量装置。

7、建议将发电机进相运行的有关规定编入《运行规程》及有关措施中。为运行人员处理这类事故提供全面、可靠的依据。

六、分析总结

1、随着电力系统容量的不断增加，电压等级不断的升高，远距离输送负荷越来越大，使得线路间及线路对地的电容增大，从而引起了电力系统电容电流及容性无功功率的增长。使得电网上产生了无功功率过剩，使电力系统的电压上升，以致超过允许值，这么高的电压对电气设备和整个网络，将产生严重的损坏现象。为此，在不增加设备投资的情况下，利用同步发电机进相运行，来吸收电网上过剩的无功功率，从而来进行电网电压的调节。

2、由于我厂机组在设计时一般均未考虑到进相运行，二则进相运行时所受到的限制因素有多种，而且在不同方式条件下，起作用的因素也不同，这就决定了进相深度的限制判据应是由多种因素组成的综合判据，由于这种判据比较复杂，运行人员难以掌握，故一般常采用在线监测仪来自动完成对有关量的监测和报警。

3、此外，机组还应事先经过系统而全面的试验以验证其一、二次设备对进相运行的适应性后，才可正式投入进相运行。