發電機進相運行的限制因素和調壓效果的仿真研究

陳東 匡一雷

摘 要：目前我國正處于大電網和大機組的發展時期，在假期和凌晨的用電需求量相對來說少一些，此時就會導致電力系統中的感性無功過剩，從而使得電網的整體電壓偏高，電壓偏高不僅會降低電網中輸送電能的質量而且會給各用電負荷的運行帶來較大的安全隱患。為了解決上述問題，發電機進相運行由于其方便靈活以及經濟的特點引起了人們的重視，本文主要研究了發電機進相運行的限制因素和調壓效果。

關鍵詞：發電機進相運行；限制因素；調壓效果；PSASP仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.169

0 引言

目前我國正處于大電網和大機組的發展時期，輸電線路的電壓等級越來越高，輸電線路的輸送距離越來越長，在城市配電網絡中電纜線路由于其優越性得到了越來越多的使用，上述因素使得電力網絡中產生越來越多的無功功率。然而，假期和凌晨的用電需求量相對來說少一些，此時就會導致電力系統中的感性無功過剩，從而使得電網的整體電壓偏高，電壓偏高不僅會降低電網中輸送電能的質量而且會給各用電負荷的運行帶來較大的安全隱患。為了解決上述問題，發電機進相運行由于其方便靈活以及經濟的特點引起了人們的重視，通過發電機進相運行來調整系統的電壓得到了越來越多的研究。本文主要通過仿真計算對發電機進相運行的限制因素和調壓效果進行了分析。

1 進相深度限制因素

影響發電機進相運行深度的限制因素有很多，主要有以下幾點：

（1）端部發熱。在發電機運行過程中，有很大的端部漏磁流過定子端部的鐵芯以及轉子護環等部件。由于轉子端部的漏磁相對于定子來說是運行著的，因此在定子端部就會感應出相應的渦流，從而導致發電機端部產生磁滯損耗發熱。

（2）功角靜穩。當發電機進相運行時，隨著If的持續減小，將使δ增大，逐步逼近發電機的靜態穩定極限，若繼續減小If，則發電機將面臨失穩危險。

（3）機端電壓。發電機進相運行時，對于靜穩極限和進相深度影響最大的是機端電壓變化，因為實際系統不可能為無窮大系統，無法維持機端電壓恒定的緣故。

（4）其他限制因素還包括廠用電電壓、升壓變高壓側電壓、系統母線電壓等各級電壓。進相運行能夠降低電壓，但是電壓不能無條件的下降，必須在系統規定的范圍內，否則就會引起系統的崩潰。

2 進相運行仿真計算

本次仿真計算采用PSASP6.282版計算程序，本次仿真以某火電廠#5發電機為對象，以華北華中聯網數據為基礎，進行不同有功出力下的仿真計算。有功出力分別選擇640MW、512MW、384MW、320MW。仿真過程中注意以下限制條件：發電機出口電壓不低于19kV（0.95UN）；電廠的6kV廠用電母線電壓不低于5.7kV（0.95UN）；各母線電壓維持在調度要求的范圍內；按功角δ=90°為靜穩極限，考慮應留有足夠的靜穩儲備，進相運行時發電機的功角不大于70度。

通過仿真計算分析得出如表1結果。

注：表中1“是”為滿足要求，“否”為不滿足要求。

3 進相運行仿真分析

按照系統電壓、發電機功角、靜態穩定、暫態穩定、失磁計算等條件進行驗證，得到某火電廠#5機進相深度限制值，如表2所示。

根據表1可知，發電機在有功640MW、無功-60Mvar，有功512MW、-102Mvar，有功384MW、無功-142Mvar，有功320MW、無功-163Mvar時，某火電廠#5機的功角分別為70°、70°、69.9°、70°，都已經達到或者接近規定的上限70°，不能再進相更深，因此功角是本次發電機進相試驗的限制因素。當發電機有功出力為320MW時，發電機能夠進相最深，為-163Mvar，此時發電機的機端電壓降到最低為19.43kV，升壓變高壓側電壓為528.81kV，廠用電電壓為5.78kV，某500kV母線電壓為531.01kV，均滿足要求，因此機端電壓、廠用電電壓、升壓變高壓側電壓、系統母線電壓均不是本次發電機進相試驗的限制因素。由此可知，發電機的功角是影響發電機進相運行深度的唯一因素。

發電機在有功出力為640MW時進相運行的調壓效果如圖1所示。有功出力為512MW、384MW、320MW時調壓效果與圖1表現出的特性相同。

由圖1可知，當發電機進行進相運行時，系統各母線電壓會降低，進相深度越大，電壓下降的越多，其中廠用電電壓和機端電壓的下降幅度比升壓變高壓側電壓、某500kV母線電壓和木蘭220kV母線電壓的下降幅度大很多，以有功出力為320MW為例，廠用電電壓和機端電壓下降百分比達到4%左右，而升壓變高壓側電壓、木蘭500kV母線電壓和木蘭220kV母線電壓下降百分比只有1%左右，這是由于廠用電母線和機端母線離正在進行進相運行的發電機較近，受到的影響更大。另外，由圖1可得，當發電機的有功輸出逐步降低的時候，各母線電壓的下降幅度會逐步增大。可見，發電機進相運行對系統電壓的調節效果是令人滿意的。

4 結論

（1）當某火電廠#5發電機的有功輸出為640MW時，發電機的進相深度為-60Mvar，當有功輸出為512MW時，發電機的進相深度為-102Mvar，當有功輸出為384MW時，發電機的進相深度為-142Mvar，當有功輸出為320MW時，發電機的進相深度為-163Mvar，因此隨著發電機有功輸出的降低，發電機的進相深度會不斷增大。而且限制發電機進相運行深度的條件是發電機的功角接近70°。

（2）隨著發電機進相運行深度的加深，電力系統中各母線電壓水平會不斷下降，且距離進相機組的電氣距離越近，電壓下降的幅度會越大，距離進相機組的電氣距離越遠，進相運行的調壓效果越差。隨著發電機有功輸出的減少，發電機進相運行的調壓效果也會更好。

參考文獻：

[1]史家燕，史源素，趙肖敏.發電機工況參數模型及進相運行在線監測[J].中國電機工程學報，2006，26（11）：139-143.

[2]陳順曉，呂斌.同步發電機進相試驗功角理論計算[J].甘肅電力技術，2003（02）：1-4.

[3]付俊杰.大型汽輪發電機進相運行狀態特性分析與研究[D].北京： 華北電力大學，2009.