論小水電站運行中發電機并網運行的幾種狀態

趙　鑫

【摘 要】我國南方水力資源豐富，隨著經濟的發展，小水電站的興建猶如雨后春筍般多起來，筆者通過自身的實踐，闡述了小水電站發電機并網運行中四種狀態的判斷和處理方法，使運行工作人員能更好、更安全、更經濟的做好小水電站的運行工作。

【關鍵詞】小水電站 并網 運行狀態處理

步入2008年之后，國際油價不斷創新高，能源緊缺和漲價成為人們生活中常談的話題。目前，電力資源作為人們生活中最常接觸的能源，也已經非常緊張，隨著夏季的即將到來，很多地方出現了拉閘限電的情況，電力能源的緊缺已經成了制約我國經濟發展的一個重要因素，怎樣才能緩解電力緊張的局面，如何更好的開發電力資源，成為我們必須面對的問題。中國地大物博，水利資源作為可再生的資源特別豐富。筆者認為，應當盡先開發水電，在開發大、中型水電的同時，應當努力開發小型水電。小水電可以適應農村分散的、可靠性要求不高的農業用電的要求，具有見效快，不用燃料，有的可以同農田水利灌溉相結合的優點，是我國廉價能源之一。小水電在大電網達不到的地方，可以解決大電網所不能解決的問題。在這些地方小水電具有絕對的優勢，應該大力發展，這樣就可以做到大、中、小相結合，大電網和小水電密切配合，經濟、合理的解決我國農村電氣化問題，解決日益緊張的電力供應緊張問題。

隨著水電事業的發展，絕大多數水電站都與大電網并網運行，解決了過去電站孤立運行時帶來的一系列問題，如供電可靠性差、電能質量差、帶負載能力差等。由于小水電站，單機容量大多在5000kw以下，其保護設施差，在運行中出現不正常運行時如不及時處理可能造成發電機乃至系統的嚴重故障。因此了解和掌握發電機并網運行的幾種狀態，不僅具有很強的技術實用性，而且對保證并網發電記得安全、經濟運行都有實際意義。

一、發電機運行狀態

發電機并網后，就可向電網輸送電能，由于電能的發、供、用是在同一瞬間完成，因此必須保持系統功率的平衡，且有功的不平衡會影響電網的頻率，無功的不平衡會影響電網的電壓。發電機正常運行時，由于系統負荷發生變化，因此運行人員應按照給定的負荷曲線或調度命令，及時對發電機的有功和無功進行調整。

水電站的發電機多為凸極式同步發電機，發電機并網后，有功負荷的調整，是由電氣值班員擔任的，借助調速器調速電動機轉動，通過減速裝置和機械液壓系統，改變水輪機的導葉開度，來改變進入水輪機的動力矩而實現有功負荷的調整的。發電機無功的調整，是利用改變勵磁電流來實現的，小水電站一般由同軸的調速直流勵機供給勵磁時，通過改變勵磁機磁場變阻器阻值來調整無功。發電機都設計和運行在過勵狀態，即發電機向電網輸送有功的同時，并向電網輸送感性無功功率。正常情況下，功率因數為0.8（滯后）這時發電機每發出100kw有功，同時發出700-750kVar無功。以保證系統對有功、無功的需求。在運行期，電站可按調度的要求，或根據實際情況發送有、無功，讓水流豐富的電站多發有功。但多發有功的發電機要注意定子電流不得超過其允許值，同時為了運行的穩定性，功率因數一般不得超過0.95（滯后）運行。

二、調相運行狀態

所謂調相運行就是發電機不向電網輸送有功，只向電網輸送無功。為了平衡系統的無功，一般電力系統都有專門的調相機，以補償系統無功的需要。在農村電網，也可采用水輪發電機作調相運行，如一些徑流式電站或枯水期水源不足的電站，便可用來作調相機。機組由發電機轉為調相運行時，一般先將有功負荷減到零時，然后導水葉全關，但機組不與系統解列，由電網帶動機組旋轉，轉子繼續勵磁，從而向系統發送無功功率。發電機要維持運轉，必需消耗一定的有功，可向電網吸收有功維持運轉，通過調節勵磁，輸出無功。發電機在作調相

運行時，一般是吸收1kw有功發出6-8kVar無功。

三、進相運行狀態

當發電機勵磁系統由于故障，或認為降低發電機的勵磁電流過多，使發電機由感性無功功率變為吸收系統感性無功功率，定子電流由滯后于極端電壓變為超前于機端電壓運行，這就是發電機的進相運行。進相運行也是現場經常提到的欠勵運行。此時，由于轉子主磁通降低，引發發電機的勵磁電勢降低，使發電機無法向系統送出無功功率，進相程度取決于勵磁電流降低的程度。發電機發生了進相運行要根據不同情況處理：（1）如果由于設備原因引起進相運行，只要發電機尚未出現振蕩或失步，可適當降低發電機的有功負荷，同時提高勵磁電流，使發電機脫離進相狀態，然后查明勵磁電流降低的原因。（2）由于設備原因不能使發電機恢復正常運行時，應及早解列。（3）制造廠允許或經過專門試驗確定能進相運行的發電機，如系統需要，在不影響電網穩定運行的前提下，可將功率因數提高到1或在允許的進相狀態下運行。

四、失磁運行狀態

同步發電機失去直流勵磁，稱為失磁。發電機在并網運行中，若勵磁開關誤跳或勵磁回路斷線，導致勵磁消失，這時發電機轉子受到制動電磁力矩將趨近于0，而輸入的機械力矩M不變，這將使轉子轉速高于同步速。由于發電機與電網并列運行，其定子旋轉磁場的同步速不變，則與轉子間產生了轉差。即定子磁場將以轉差速度切割轉子，在轉子線圈和轉子表面感應出交變電勢與電流，其定子磁場與感應電流相互作用，根據電磁力定律又會產生一個制動力矩，稱為異步力矩，這與三相異步電動機在轉子上產生的電磁力矩相似，只不過異步機中產生的是驅動電磁力矩。發電機輸入的外力矩在克服異步力矩的過程中作功，這兩個力矩又將處于新的平衡。失磁后，經過同步振蕩進入異步運行狀態，發電機在異步運行狀態下，以低滑差s與電網并列運行，從系統吸取無功功率建立磁場，向系統輸送一定的有功功率，是一種特殊的運行方式。另外，發電機失磁運行時還會使轉子產生局部高溫，定子中也將出現脈動電流，使發電機產生振動。由于很多小水電站都未安裝失磁保護，在并網運行中，若發生失磁，運行人員可根據以下一些現象判斷：如勵磁電流為0；定子電流指示升高，指針擺動；功率表指示降低，指針擺動；功率因數表由滯后變為超前。當判明故障后，應迅速關閉進水閘門，并將發電機解列并做相應處理。

水電站的發電機并網后將會出現發電機運行、調相運行、進相運行、失磁運行，其運行狀態的變化及能量關系的轉化與單機運行時有較大的不同。前三種如按其需要進行調節都屬正常運行狀態，但其相應參數要控制在規定范圍內。失磁運行屬于不正常運行狀態，又容易被運行人員忽視，因發電機可能還在向電網輸送有功。因此要求運行人員了解和掌握發電機并網運行的基本運行狀態，懂得在運行過程中的電勢平衡與力矩平衡，在實際工作中加強對發電機運行狀態的監視，按系統需要發送有功、無功，為電力系統提供高品質的電力能源。

由于我們現實中的的小水電站的運行管理人員水平參差不齊，往往很多人經過匆忙的上崗培訓就進入小水電的管理運行工作了，所以我想在平時的工作中以及工作之余，我們要提高思想認識，不僅要加強對基本電氣理論知識的學習，而且要學有所用，為水電站的安全、經濟運行作貢獻。

參考文獻：

[1]潘龍德.電氣運行.中國電力出版社.

(作者單位：浙江省東陽市東方紅水庫管理處電站）