发电机组作调相机运行的分析与实践

核心提示：　　电力技术发电机组作调相机运行的分析与实践周德贵电力试验研宄院，成都610072有功和无功；在无原动机拖动时。吸收系统电网少量有功，可以作为无功发电机发出无功。改变励磁电流的大小，可以改变元功，出的

　　电力技术发电机组作调相机运行的分析与实践周德贵电力试验研宄院，成都610072有功和无功；在无原动机拖动时。吸收系统电网少量有功，可以作为无功发电机发出无功。改变励磁电流的大小，可以改变元功，出的多少；亦可以根据殳劫和过励调节电压的高低。棂尚电1电压的稳定性和合格率。章论迷了水轮发电机组。在蓄水库区冲砂时，将发电机作为调相机运行的理论状态分析限制因素和现场实践。关键词水轮发电机；调相运行；无功补偿中法分类号312文献标识码1发电机技术条件1.1工作条件发电机允许在海拔00，1处运行；冷却空气额定温度为35 1定子绕组温升值为75，埋设电阻温度计测量，转子绕组温升为85电阻法测。

　　1.2技术规范及参数额记功率因数0.9滞后；旋转方向俯视顺时针。

　　2发电机作调相机运行的必要性作调相运行对于地处山区的些水电厂，因河道落差大，河水中泥砂含量重，尤以洪水期为甚，严重时会造成库区及沉砂池淤积，过机泥砂增大，使过流部件磨损加剧，影响正常发电。因此，汛期需要进行库区冲砂。

　　有的电厂目前采用库区冲砂的方式为将全厂机组停运，但此时因导叶漏水大，必须将球阀全关后，才能开启大坝闸门冲砂，冲砂完毕，再关闭闸门蓄水开机发此方式缺点为运行值班人员操作工作量大，设备动作次数，加；完成次冲砂的时间长，般冲砂需15.而开停机操作时间就；121造成了发电损失；对于陈旧设备，动作次数增加后，有时会出现故障，影响正常操作，而处理故障也延长了时间，又，加了发电损失。

　　鉴于以上原因，经分析认为库区冲砂时可将发电机改作调相机运行，即可解决上述问。这样既可减少操作量，又能缩短冲砂时间，减少发电量损失，提高经济效益。

　　2.2发电机改作调相运行还可满足电网调压的需求当系统负荷处于低谷时，由于系统的容性无功功率的电容效应，引起线路运行电压升高，严重时往往超过运行电压上限值，如2201电压常运行在242 1以上，威胁着电气设备的安全与系统的经济运行。

　　为了解决这问，电网从1982年起先后安排作了许多台发电机的进相运行试验，以吸收系统的感性无功功率，降低系统过高的电压，确保电力系统能安全经济运行，并对用户提供合格的供电质量，同时21蓄水库区冲砂时为了减少操作和发电损失需改还能，降压节能的效益。

　　1输屯线路的运行。1系统负荷处于低6时。电1电压过甚至超上限运行功率很少或在冲砂期间，需要降低系统电压时，即可将发电机转入调相作尤功发电机运，改变励磁欠励工况，即可降低系统电压满足其合格率的要求。

　　综上述两点，水电厂发电机组需要时改作调相机运行，既可满足冲砂的需求又可满足系统调压的需要，是非常必要的，但须对发电机改作调相机运行的状态与可行件作分析。并经试验确定其吸收的有功调祝效果与调相容量，3发电机作调相机运行的状态分析与3.1同步电机运行的可逆性原理同步电机的运行是可逆的，即可以由转子输入机械能，经过电磁作用，转变为电能，从定子输出；也可以由定子输入屯能，经过电磁作用。转变为机械能，从转子输出。即同步电机既能够运行在发电机状态，也能鸲运仃在电动机状态，完个取决，加给它的能景足机械能还是电能。此外，若同步电机不用原动机来拖动，在轴上又不带任何机械负载，而是接在电网上空载运转，专门用它来调整系统的无功功率，这种运行方式的同步电机称为同步调相机，或称同步补偿机称无功发屯机。

　　若再继续减少输入电机的机械功率，转子磁极轴线便沿转旋转方向逐渐落后尸气隙介成磁场的磁极轴线。但它们之间仍保持同步，功角3和电磁功率开始变为负值，电机自电网吸取有功功率。此时，如果拆去原动机，该同步电机维持旋转所需的能源全部来自电网若在电机轴上加上机械负荷柬动转矩你2，则转子更落后而使3角，大，电磁转矩对转子成为驱动转矩，于是该机就变为台带负荷运行的同步电动机。转子磁极山驱动变成被拖动此时电网输入的电功率通过电磁功率转变为机械功率3.3同步调相机的运行状态分析同步电机作发电机运行时是供给电网有功功率，作电动机运行时是吸取电网有功功率。它们的无功功率随其励磁电流的调节，不仅能改变数值的大小，也能方便的实现两种性质滞后或超前间的转换。

　　作同步调相机运行时，无拖动负荷，它从电网吸取很少的有功功率，以抵偿自身的损耗维持转动。因此其电磁功率和功率因数接近于零。若忽略损耗则定产电流全为无功分量，故用它作为电网中专用的无功电源设备，故可视其为无功功率发电机。

　　调和机运行时。随着励磁电流的调节，其运行状态山过励磁正常励磁转入欠励磁无励磁运行成相反转换时，无功功率的数值和性质随之变化。

　　调相机的电势方程式为，+，电势相量1.

　　同期调相机运行时系统电压高低，调节励磁电流行，调节电压确保电能质量合格。

　　3.2同步电机从发电机过渡到电动机台并网运行的同步电机，从发电机可过渡到电动机运行。

　　同步电机作发电机运行时，其迟相状态的转子磁极轴线沿转子旋转方向超前于气隙合成磁场的磁极曲线3，5角，原动机的驱动转矩灿主要用来克服制动的电磁转矩从，将机械能变为电能输出。

　　如果逐步减少输入发电机的机械功率，转子的输入转矩将减小，功角8减少，相应的电磁功率也减小当3输入的功率只能克服空载损耗即户1=，发电机处于空载运行状态，碟=，没有有。，过励磁正常励磁相机电势=，其定子绕组内电流很小可略去，即调相机为空载运行状态。

　　流大于空载励磁电流，定子电流超前于电压，空电力技术行时的最大无功功率，通常由转子额定电流值决定，并且转子绕组的温升不得超过限额。

　　磁电流低于空载励磁电流，定子电流落后于电压，其空载电势较低，3.4同步调相机的功能众所周知，由于电力负荷主要是大量的异步电机和变压器，电网在重负荷时负担着很大部分感性无功功率，因而整个电网的功率因数较低。而电网的传输容量是定的，0值低则能传输的有功功率减少。况且值低时，线路的损耗和压降增大，电压降低，输电质量变坏，整个电力系统的设备利用率和效率则降低。闪此作电，中选择适，的点般在荷枢纽点安装调相机，并且当其运行于过励磁状态时，其作用等效于电容器，它的补偿原理2.

　　a等值电路相量1系统电源2调相机3感性负荷0和7调相机电流沉负荷电流负荷电流有功分量负荷电流无功分量2调相机补偿原理充分应用调和机的运行功能。

　　由此可调相机运行时随着电网调压的需要而改变运行状态，即可充分利用它来实现电压调整，提高电网电压的稳定性。

　　3.5调相机无励磁运行解析运行实践明，调相机在切换励磁中出现失磁时。或在正常运中突然失夫励磁时能保持同步运行，此时其无功功率指负值，定子电压较失磁前降低，山凸极同步电机的电磁功率肩达式可知其基本电磁功率与励磁电流有关，附加电磁功率却与励磁电流无关，它是由于电机纵横轴方向磁阻不等出现的，故也称为磁阻功率或凸极功率，其幅值为即位随着屯压及的差值增加而，大。附加电磁功率的存在，说明电磁功率并不单纯由转子磁场与定子电流间的相互作用产生。当调相机在运行中失去励磁电流时，其励磁磁场随之消失，励磁电势，=0.但该机与电网并联着，其句5好0.片且尤。故还在磁阻功率。由丁1此，电机中只有定子电流产生的电枢反应磁场，故也称为反应功率。对应的转矩称为反应转矩。调相机运行时的有功功率即损耗与其产生的制动转矩很小，励磁消失后，依靠此反应转矩仍然足以克服制动转矩，驭动调相机与电网同步运转。剩磁建立的同步转矩也增加了其同步运行的稳定性。

　　付于隐极调相机，转子有大。小齿之差别。仍然存在着尤，因此也具备无励磁同步运行能力，卟偿后的功中。闪数角0减小至02，即1.2，80从而提高了网络输送电力的功率因数。即对负荷所需的感性无功功率实现就地供给，从而避免远杓输送，即减少，线路损耗和电压降。也充分利用，发电设备的容这是电网对调相机运行的基本需要，或者说是调相机在电网的基本功能。

　　当电网在低谷负荷运行时，电网或部分网络出现界性无功功率超过感性无功功率感性无功负荷，网络无功损耗之和时，即会引起电网电压升高其中枢点电压可能超过规定的上限值，5，1线路投运后此情况更为严重。此时将调相机欠励磁运行，其作用又等效于电抗器从而平衡容性无功功率抑制和这也为实戕所止丈。

　　调相机的无励磁运行实为欠励磁运行的极限。其吸收无功功率的能力达到最大值。由于此时转子励磁绕组内无直流电流，调相机又保持同步运行，因此不会在转子部件感应屯流，并不存在转子发热的问摆现象，其物理本质与同步发电机在运行中因失去励磁而失步转入兄步运疔的怙况圮+同的，些，步调相机七励磁运行时的电磁反应功率和无功功率值，1.

　　由1可，凸极调相机无励磁运行时的电磁反应功率可达到额定容量的20左右；用稳极发电机ff；改成的调相机其值，达到了左右而调相机的制些同步调相机无励磁运行时吸收的无功功率序电机型号同步电抗X；X反应功率吸收无功功率验算值实测值误差说明由水轮发电机改用专用凸极调相机由隐极发电机改用按无励磁运行时的实际电压值计算。

　　按直接与电网连接忽略无励磁运行时的实际电压值验算，v括号内为实测值。

　　动功率却很小，对于水轮发电机改成的调相机，制动功率约为额定容量的34；专用凸极调相机其值约为225；隐极调相机其值更低，由此产生动功率为8801而无励磁运行时则为613.4以。

　　仅为额定容量的1.02；其反应功率的最大值却为4030达到制动功率的6.57倍。因此，当电网电压偏高而调相机欠励磁运行的降压幅度还不够时，可以将励磁电流降到零，采用无励磁的运行状态，依靠反应转矩少稳记运行，即能进步降低屯1.述降压幅度与电网结构系统运行方式负荷潮流以及调相机容量大小有关。例如实测界变电站中，台外52型5.51由汽轮发电机改成的调相机，当运行状态改变时，其无功功率变化对该站01和2201级母线电压的调节情况，2，无功功率定高压侧电运行工况220kV过励兹此时磁场电阻已达到最大值。

　　调相机无励磁运行时，吸收电网的无功功率2值，可按下式估算。

　　1直接与电网联接时经变压器电网联接时工调相机勾系统的联系电抗。

　　对于具备无励磁运行能力的调相机，在运行中发生失磁时，若其母线电压降低的程度允许，可以让其尤励磁继续运，找出失磁原因后，恢泛励磁运，这样可以减少开停机的操作，3.6发电机作调相机运行的可行性泣上所述。报据同步电机的逆件原发屯机改作调相机运行在理论上是可行的，在操作上是简便压节能等优点，故具有定的经济效益。

　　另方面，发电机改作调相机运行，是作无功功率发屯机，转轴不承受机械负你仅，定转子磁拉力下运行。定转线圈温升均不会超过额定值。

　　3.7发电机改作调相机运行时需考虑的问限制；钟砘塍辑除，0腓菡3渎砘，渎腠衷陆奋，知铷潘3陆41窝来菡砘，伞练苕。

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　　发电机改作调相机运行时，从电网中吸取的有功功率的多少，与各种损耗有关。

　　4.4发电机的损耗发电机在正常额定工况滞相运行时，其额定损耗是由机械损耗空载损耗铜损耗与附加损耗之和所确定的。几种损耗要受发电机制造时采用的材质参数31构定绕机换位方式与绝缘妨；1 44.1机械损耗发电机在运行中旋转部件的风磨损耗和轴承磨擦损耗之和称为机械损耗，其值主要取决于转速高低转动部件的面加工精度和轴承的润滑质量等，在额定转速下，其值为定数。

　　44.2空载损耗发电机在额定电压下运行时，定子铁芯中要产生滞磁和涡流损耗。其值取决十定了铁芯所采阳的硅钢片质量材质类型几何尺寸和比损耗大小和片间绝缘质量等，电机定后其大小还与电源频率和磁密尚低有关，在额定电压下其值也为定值。

　　4.4.3铜损耗发电机在运行中的铜损耗包括定子绕组铜损耗与转子绕组铜损耗，其值大小与定转子绕组在工作温度下绕组直流电阻的数值和绕组中的电流大小有关。电机定后在工作温度和定转子额定电流下其值也为定值，可由计算确定。

　　4.4.4附加损耗发屯机的附加损耗主要包括定子绕纟1槽部附加损耗股线环流引起和定子齿谐波脉动损耗两部分，其值与定子电流密切相关，通常利用电机相稳定短路在额定电流下求出总的短路损耗，减去定转子铜损耗和机械损耗后求得。

　　综合上述几种损耗的产生与影响因素可知，13号机扯然属种机观但由厂制造厂家+吣对电机设计的结构材料和参数运用及其制造工艺与水平肯定是不完全相同的。因此13号机作调相运行时从电网中吸取的有功功率就不尽相等，原因之就在4.5水轮机的损耗7尺轮机的效率曲线与输出功率有关，功率最大时其效率最损耗最少。调相运行时输出功率为零，损耗最大。产生该损耗的原因主要是导叶关闭断水后还有漏水，转轮浸在水中旋转，其所需能量亦由电机定子从电吸取。由十1和3号水轮机的制造厂家不同，上列漏水转轮形线加工精度与浸在水中的深度不同等，致使两台水轮机在调相运行时的损耗肯定是不相等的。导致电机定子从电网吸取的有功功率也就不等，这是原因之。

　　综合上述12两点的论述，由于13号发电机组不相等，因此，在作调相运行时电机定子从电网吸取厂的。

　　4.6调相机的形曲线由试验结果绘制的调相机的形曲线3.

　　由3可，正常，时调相机下转第9页电力技术根据设备健康状况分析，制订和调整设备大修计划=依据设备健康状况分拆发现设备不能满足商调查产品质量问。

　　设备大修计划周期原则上不少厂厂商保证的检修周期，经设备健康状况分析运行良好时，应延长大修周期。

　　设备大修必须有目的，即有设备健康诊断分析结果，并根据诊断分析情况安排检修般不允许进行检查性大修杏找前大缺阽除外。

　　对些设备部件使用寿命有科学规定，到期必须更换的，安排记期大修。

　　4其它应根据电力设备技术发展及，调整电气设备检修策略和检修制度，收稿曰期2，01上接第6页的定子电流最小，此时调相机从电网吸取的有功功率最少。之后。若减小转户电流则调相机为欠励磁运1左侧并随励磁屯流减小欠励磁深度增加，定子电流，大，此时，调相机从电网吸取的有功功率无明显规律。因为定子电流增加，铜损增加；但定户电压厂降，铁损减少，1厂两者1撄抵消，因此变化不明显。但在过励磁状态右侧就非常明显，由于定转子电流都增加后，铜损均增大，同时定子电压也，高。其铁损相应，大，者叠加必导致调相机从电网吸取的有功功率增大3和4.

　　47降压效果调相机欠励磁运行是降低系统电压简便易行的种手段，与采用发电机进相运行调压类似，但调相机无失稳问。在本次试验中因受条件所限，作的欠励磁深度较浅，仅吸收5101无功功率。1号机在吸收10河1无功功率时，与正常励磁状态相比较，2201侧电压下降了1.363.3效果显著。3号机在作欠励磁试验〃12机无功功率相应，加，致使电压未能下降，无法比较。但分析认为3号机与1号机容量相等，在同电站主接线相同，其降压效果应与1号机的基本致或接近。

　　48试验结语试验结果明，将水轮机的导水叶关闭断水，让发电机转入调相机运行，操作简便安全可靠。从操作转移到作调和机占常励磁欠励磁过励磁试骀完成再恢复带额定负荷运行仅需约。！。

　　将发电机改作调相机运行记，从电吸取的有功功率的多少，与电机损耗水轮机损耗者的制造质量导水叶关闭状态及尾水高低等均有关系，要经试验测定。本次测定的1号机在正常励磁状态为4968，34机在相同状态下为38641认从试验好。因为无论在欠励磁或过励磁状态。吸收或发出相同的无功功率10肛时，3号机的定转子电流均比1号机的要小，相应的损耗较小，比较经济。

　　4.9经济分析某电厂以前库冲砂时，要将全厂3台40刖认发电机组全停。关闭球阀后。才能汗！人坝闸门冲砂，冲砂完毕5再关闭闸门蓄水开机发电。每次冲沙需1 2.平均年约冲10次。少发电量约为120240万成1经试验在痄区纶冲砂时。将水轮机导水叶关闭断水让发电机改作调相机运行，不停机，免去了系列操作。不仅竹，省工。，玎减少能源消耗据试验测定在库区冲沙时台机全改作调相机在正常励磁状态运行，从电网吸取的有功功率总计为126961.仅为库区冲砂时台机全停能源消耗的10.58，经济效益显著，同时还可避免因倒闸操作不当或不慎造成的事故或故障。

　　5结论水力发电厂的水轮发电机组，库区需冲砂时将水轮机的导水叶关闭断水，让发电机转入调相机运行的方式，在理论上应用了电机的可逆性原理；操作简便安全可靠；能源消耗少，经济效益高；当电网需要调压时还可以改变调相机的励磁。使之欠励磁或过励磁状态运，调节系统电压。确保电能质量，社会效益显著。与上述类似的水电厂均可推广采用。

　　1周德贵，巩北宁。同步发电机运行技术与实践。北京中国电力出版社，19965第1版。

　　2.胡嗣彭。同步电机运行方式的分析。成都成都科技大