水輪發電機運行中無功功率不足的問題及解決辦法

吳朝發

【摘 要】我國水輪發電機應用項目越來越廣泛，但是在水輪發電機的實際運用中還是會出現一些問題，例如無功功率不足等情況，在出現這些情況時，會影響水輪發電機組和電力系統的安全穩定運行。本文闡述無功功率不足的原因，結合原因展開分析，根據水電廠的實際情況和仿真的驗證，最后驗證無功功率不足與電機磁路飽和、安裝氣隙大小有直接關系。

【關鍵詞】水輪發電機；無功功率；勵磁電流；氣隙

0 引言

就目前的發展形式而言，水輪發電機的無功出力不足是現在水電廠經常遇到的情況，對水電廠日常的生產活動產生較大的影響，如果不采取行應的辦法增加無功功率，那么就會影響水電廠以后的發展情況。鑒于以上問題，我們設計相應的方正模擬實驗，來充分分析并且找到產生問題的根本原因。

1 無功功率不足的原因

1.1 現場數據分析

水輪發電機組從投入使用之后開始進行嚴格的觀察，在水輪發電機運行過程中出現無功功率不足的情況時，我們對現場的數據進行仔細地收集和分析。對發電機機組的輸出電壓，勵磁電流，發電機的功率和出口電流等必要數據進行仔細的整理、嚴格的計算和嚴謹的分析，還應該結合發電機的型號和水輪機的型號，根據左后計算出的數據，仔細分析電機組無功功率不足的原因。通過合理的數據分析，找出產生無功功率不足的主要原因，并制定有效的方法改善這類問題，為水電廠企業的后續發展提供保障。

1.2 探究出現問題的可能行

通過現場數據和說明書的分析和計算，結合之前發電機組出現無功功率不足的原因，適當地推斷水輪發電機出現該現象的具體原因。第一發電機的說明書出現了問題，發電機說明書中提供的功率、電流等出現了誤差，出現了無功功率不足的假象，想要解決這一問題可以先聯系發電機的制造廠，讓廠家提供相應的電磁數據，根據相應的數據計算合適發電機的實際功率。產生這類問題的主要原因是廠家在確定參數時沒有考慮到材料和計算誤差的因素。第二就是因為磁性材料的物理性質和結構的限制，磁通量不能夠無限的增大，只能夠保持在一定的數值，電機的定子繞組輸入電壓非常高時，定子鐵芯達到飽和的狀態，這是就要增加電動機的勵磁電流才能夠增加電機的無功出力，但是在這個時候電機的熱量過高，這樣無功的輸出功率就會受到限制。第三就是電機組內部的空隙間隔大，在實際的制作和安裝的過程中，使收集到相關的數據都和真實值不相符，最后造成計算上的誤差，上邊這三種情況就是出現無功功率不足的主要原因。

1.3 勵磁電流和機組無功功率的關系

本文針對該問題進行了相應的方針實驗，發電機仿真系統進行仿真的發電機型號為SF220-36/10450，水輪機型號：HLF178M-LJ-455，機組的額定電壓為15.75千伏，額定功率22萬千瓦，額定勵磁電流為1750安。在模擬仿真計算的過程之中，應該保證應用系統的運行電壓、有功功率、無功功率的基本數值都是在額定功率下的數值，這樣才能保證計算結構的客觀性，所以才能更容易找到問題發生的原因。計算出數據找到原因之后，在設計具體的實驗方案，有規律的調節勵磁電流，讓發電機的無功功率的變化帶有一定的規律，然后看看水輪電機組的功率是否發生了變化，同時時刻注意定子電壓的變化情況，依照三者的變化情況，找到相關的聯系和規律

通過觀察和相應的計算我們能夠發現，勵磁電流增加，定子電壓就不斷增加，定子電壓遠遠高于定子額定電壓，隨著勵磁電流的變化無功功率也在不斷的增加，當勵磁電流到達一定數值之后，電機組的無功功率不在發生，趨于穩定的狀態。

分析具體原因，當前廠家所提供的勵磁電流是以發電機電磁參數極端為主，將此作為實際勵磁電流值。但是電磁參數計算的理論值會受到多種因素的影響，主要影響因素為材料選擇和電磁計算的準確性方面，最終導致電磁計算結果與實際的額定勵磁電流不符，產生參數與實際功能參數上的偏差。我們通常所說的水輪發電機組的勵磁電流除了表示一種物理意義之外，還可以根據作用和形式的同分細分為多種形式，即形成發電機系統內部電勢的勵磁電流和抵消水輪發電機組無功去磁效應的勵磁電流。當磁路為飽和的狀態下，建立電勢部分的勵磁電流大小將會直接影響電樞效應，電勢部分的勵磁電流越大則電勢效應越明顯，反之，電勢部分的勵磁電流越小則電樞效應不明顯，這種運行模式下二者之間很容易產生抵消作用，最終導致機組無功出力在定子電壓增加的情況下形成明顯的下降趨勢，這對于機組的整體運行效果將產生直接影響。為此，在確定電站所需的實際額定勵磁電流時，需要將電機的電磁理論計算作為基礎，同時考慮勵磁材料的性能和計算偏差的影響作用，根據以往的工作經驗，留出電磁計算偏差和材料影響的部分，進而保證額定勵磁電流能夠滿足整體機組的運行要求，達到穩定運行的目的。

因此，隨著勵磁電流的增加，無功功率也會隨著增加，但是當勵磁電流到達一定數值之后無功功率不在隨著勵磁電流成正比例變化。這一飽和的系數在現場測量的值和軟件系統方針得到的數值并無太大差別。

1.4 真實氣隙值與無功功率的關系

水輪發電機的出廠前安裝的過程中，只是規范了定子和轉子之間的氣隙大小，并沒有嚴格規范平均氣隙的具體數值。所以在水輪發電機機組的制造過程之中，平均的氣隙數值一定會出現少許的偏差。當轉子的直徑外側的數值偏大是，憑據氣隙的數值就會偏小，定子的漏抗值偏小，勵磁電流隨著減小，實際應該需要的勵磁電流小于理論值，直接導致無功功率偏大。

借助于電機組實際測量的真是數據開展的計算仿真的識別，就能夠盡最大的可能發映出氣隙和定子漏抗以及電機組無功功率之間的關系。

2 仿真的驗證

發電機的參數只改變氣隙的數值，其余變量的數值還是按照原來的設計值來進行仿真模擬的計算。我們經過具體的仿真驗算可以得出結論，在保證勵磁電流不變的情況下，改變電機組實際氣隙值，使之較設計值大時，無功功率的數值變小。我們在記錄在現場檢測的數值，并且將發電機的平均氣隙值和標準的設計值進行比較可以發現，當發電機組的平均氣隙值為33.31mm時不比原來的32.10mm偏大時，那么發電機組的定子漏坑實際值與測量值也存在偏差。勵磁電流會隨著氣隙值和定子樓坑的增加幅度的不同而產生適當的增加。

3 結語

隨著磁路的飽和與定子氣隙值的偏大都和電機組的無功功率不足有直接關系。磁路趨于飽和時定子電壓對于電機組的勵磁電流產生去磁，最終導致無功功率不足的情況發生；電機組之內的氣隙值較設計值大，引起勵磁電流的異常變化，導致電機組無功功率不足。水電站可以直接和廠家協商電機組的安裝方案，減少氣隙值的誤差，在水輪發電機運行的過程中適當增大勵磁電流，這兩種方法都能解決無功功率不足的問題。

【參考文獻】

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