同步发电机的进相运行

同步发电机进相运行分析摘要：本文主要阐述当发电机进相运行时，对发电机静态稳定的影响及稳定储备系数的限制。

同时对发电机端部发热情况的分析，以及对厂用电电压的影响及减少发电机端部漏磁的措施。

关键词：发电机；进相；迟相；无功功率；静态稳定；磁通1.概述随着电力系统的不断发展，高压输电线路和电缆长度不断增加，以及为弥补高峰负荷时无功的不足，在电网中分散装设许多静电电容，这些都使系统的电容性无功功率增加，因而在低负荷运行时，系统或系统的某部分，容性无功可能超过负载感性无功和网络无功损耗之和，并在电网的某些枢纽点上会产生电压上升，以致超过容许范围。

例如元宝山发电责任公司三台600MW机组由于处在电网末端，发电机出口母线电压经常升高，造成发电机进相运行使其定子端部的压指、压圈等部件产生过热而受到损坏，因此元电在500KV母线并联一组可调电抗器来吸收多余的无功功率，但这总有一定限度，且增加了设备投资。

因此早在五十年代，国外就开始试验研究大容量发电机进相运行，以吸收无功功率进行电压调整。

近些年来我国也广泛开展了进相运行的研究工作。

实践表明，发电机进相运行是切实可行的。

进相运行，实际就是发电机在欠激状态下运行。

发电机在过激时，会向系统送出无功，这时定子电流落后于端电压。

而欠激磁时会吸收系统无功，或者说向系统送出电容性无功，补偿系统电容性负荷，定子电流超前于端电压。

发电机这种欠励磁进相运行方式，对发电机静态稳定和端部发热都产生不利的影响。

因此在《发电机运行规程》中不能不作出一定的限制，要求在有自动电压调整器时，容许短时间在cosΦ＝﹙0.95～1﹚范围内运行。

对于进相运行时，容许的有功和无功出力一般要通过试验，根据静态稳定和端部发热情况决定。

2.进相运行对静态稳定的限制以隐极同步发电机与无穷大电网并联为例，若发电机直接与电网，其功角特性为：Pdc=m（E0U/Xd）sinδ.上式中：Pdc（发电机电磁功率）；E0（发电机空载电势）；U（发电机端电压）；Xd（发电机同步电抗）；δ（功角）。

同步发电机进相运行发电机进相运行是利用系统现有设备，吸收电网负荷低谷时的过剩无功功率，实现无功平衡，满足降压实际需要而采取的有效措施。

在进相运行限额值的范围内运行是安全的。

标签：必要性；状态分析；特点1.发电机进相运行的必要性在高电压、远距离输电的大电网中，当电力负荷处于低谷时，在轻负荷的高电压长线路和部分网络中，会出现系统电压升高甚至电压超上限的情况，并有日趋严重的态势。

这不但破坏了电能质量、影响电网的经济运行，也威胁电气设备特别是磁通密度较大的大型变压器的安全运行以及用电安全。

因此急需寻求有效的降压措施。

适时将发电机进相运行，就能降低电压，抑制和改善网络运行电压过高的情况。

该方法技术措施易于实现，运行操作方便、灵活，可获得显著的经济效益，已成为一种切实可行的调压方式，在系统中已经得到广泛的应用。

2.同步发电机进相运行的状态分析发电机进相运行是一种同步低励磁正常稳定运行方式，相对于发电机静子电流IG滞后于静子电压UG的迟相运行而言，进相运行时功率因数是超前的，即发电机静子电流IG超前于静子电压UG。

该方式运行时，发电机发出有功功率的同时，可不发或从系统吸收无功功率。

假定发电机直接接于无限大容量电力系统。

端电压UG保持不变，设发电机电势为Eq，定子电流为IG功率因数角为Φ，功角为δ，发电机同步电抗为Xd。

如果调节励磁电流If，Eq随之发生变化，功率因数角Φ同时发生变化。

如果增加发电机励磁电流If，Eq则变大，此时发电机负荷电流产生去磁电枢反应，功率因数角Φ是滞后的，即发电机定子电流IG滞后于发电机的定子电压UG，发电机同时向系统输送有功、无功功率。

发电机这种运行状态称之为迟相运行状态。

反之如果减少发电机励磁电流If，使发电机电势Eq减小，发电机负荷电流将产生助磁电枢反应，功率因数角Φ变为超前，即发电机定子电流IG超前于定子电压UG，发电机向系统输送有功功率，但从系统吸收无功功率。

发电机这种运行状态称之为进相运行状态。

同步发电机及其进相运行同步发电机正常运行时发出感性无功，但由于系统无功过剩、电压偏高，为维持系统电压稳定，实际有时会有一定程度的进相，即吸收感性无功。

近期河源电厂1、2号机都出现不同程度的进相，由于河源电厂AVC系统为广东电网新投入系统，技术并不特别成熟，实际运行时常出现AVC自动退出、DCS值与NCS值不符、越定值运行等异常情况，且机组并未做过相关的进相运行试验，给运行监视调整带来一定难度。

本文以电磁感应为基础，从同步发电机内部磁场分布入手，得出同步发电机电压、功率方程，进而得出发电机的静稳定极限曲线，为之后的进相运行探究提供理论基础。

一、隐极同步发电机电压方程发电机并网前，转子中通入励磁电流以后，将会在发电机内部建立一个旋转磁场--主磁场，主磁场切割电枢绕组（即定子绕组），将在电枢绕组感生激磁电动势E0，忽略高次谐波，E0=4.44fN1k w1Φ0，忽略铁磁磁饱和，主磁通Φ0正比于励磁电流I f，所以E0∝I f。

发电机并网后，定子绕组形成回路，产生频率为50Hz的交变电流I，I同时也会在发电机内部感应出与转子同步、与主磁场保持静止的旋转磁场—电枢磁场，即产生电枢反应，同样，电枢磁场也会在电枢绕组感生电枢电动势E a。

主磁场与电枢磁场合成气隙磁场。

于是，采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向，机端电压方程为：E0+E a-I（R a+jXσ）=U，（式1-1）其中R a为电枢绕组电阻，Xσ为漏抗；不难理解，电枢电动势E a正比于电枢反应磁通Φa，不计磁饱和时，Φa又正比于电枢电流I，即E a∝Φa∝I，根据法拉第电磁感应定律，E a滞后于Φa90°电角度，而Φa与I同相位，所以E a可以写成：E a=-jIXa，Xa为电枢反应电抗；代入式1-1，可得：E0-jIX a-I（R a+jXσ）=U，整理得：U = E0-IR a-jI（Xa+Xσ）= E0-IR a-jIX s，式中X s= Xa+Xσ，称为同步电机的同步电抗，它是表征同步电机运行时电枢反应和电枢漏磁这两个效应的一个综合参数，不计磁饱和时为常值，可以得到隐极同步发电机的等效电路图：图1 同步发电机等效电路图和相量图：图2 同步发电机相量图图2中E0与I夹角Ψ0为内功率因数角，E0与U夹角δ为功率角，U与I夹角φ为功率因数角。

发电机进相运行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使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即为发电机的进相运行工况。

发电机进相运行时各电气参数是对称的，并且发电机仍保持同步转速，因而是属于发电机正常运行方式中功率因数变动时的一种运行工况，只是拓宽了发电机正常的运行范围。

同样，在允许的进相运行限额范围内，只要电网需要是可以长期运行的。

一、发电机进相运行的限制因素1、发电机的静态稳定限制;2、发电机出口电压的限制;3、6kV厂用电压的限制;4、发电机定子端部温度的限制;5、发电机定子电流过负荷限制;二、发电机进相运行的条件1、发电机进相应在系统低谷负荷时段，电压偏高时进行。

2、主要辅机运行正常，机组运行稳定。

3、发电机组完成进相试验，具备进相运行条件三、发电机进相运行的种类发电机进相运行分两种，一种是调度要求的发电机正常进相，另一种是机组异常情况下的进相。

第一种进相的情况，由于系统无功功率过剩的原因，调度要求发电机进相运行，要注意以下情况：1. 厂用母线的电压，不能低于额定电压的10%。

如6.3KV母线电压不得降至5.7kV以下,380V母线电压不得降至361V，对于发电机出口电压一般不需考虑，因为此时发电机出口电压一般是比较高的。

2. 要加强对发电机各部分温度的监视。

定子铁芯温度不高于120℃;定子线圈层间温度不高于120℃;定子线圈出水温度不高于75℃。

3. 要确保发电机冷却系统运行正常。

4. 进相运行时间要按各厂的规定及发电机各部温升情况决定。

第二种进相运行的情况，在发电机滞相运行时，如果是由于某种原因造成发电机低励失磁，但低励失磁保护又未动作，此时发电机由同步运行状态逐步进入异步运行。

在一定条件下，异步运行将破坏电力系统的稳定，并威胁发电机本身的安全。

谈谈进相运行近期，由于春节期间电网负荷较低，运行机组较少，母线电压较高，我厂二三期运行的机组，经常面临机组无功为负值，或者接近于零的运行状态。

我们运行人员为此高度重视，电气专业也下发了相关措施，给出了对应负荷下，可以进相运行无功数值。

发电机进相运行，其实也是很正常的一种现象。

为此我们需要认知，掌握发电机进相运行相关内容，才能知己知彼，从容面对各种情况。

所谓发电机进相运行，是指发电机定子电流超前于端电压，对外系统输出有功功率，吸收感性无功功率的运行方式。

正常情况下，发电机为迟相运行方式，即定子电流滞后于端电压，对外同时输出有功功率和无功功率。

一、发电机进相运行原因运行中的电力系统，由于同步发电机电枢反应特性，使无功功率与电压有着密切的关系。

如果系统无功功率不足，会导致电力系统电压水平下降，同样，如果无功功率过剩，就会使得系统电压上升，甚至超过允许范围。

电力系统的超高压架空线路存在着相间电容和对地电容，还有的配电网络使用了电缆线路。

随着输电线路电压等级越来越高，输电距离越来越长，相间电容和对地电容产生相当数量的无功功率。

尤其是在节假日、午夜等低负荷期间，线路产生的无功功率过剩，不仅影响电能质量，还危及生产安全。

大容量发电机的进相运行，可以有效地吸收过剩的无功功率，并控制和调整线路电压在允许范围内，而不需要增加额外设备及投资。

二、关于进相运行的负载特性分析发电机运行中，有两个相互制约的磁场：转子绕组电流产生一个转子磁场，即主磁场；定子绕组电流产生一个电枢反应磁场。

发电机在迟相运行时，主磁场超前电枢反应磁场，定子电流滞后于端电压，负荷是电感性的，电枢反应是去磁的，发电机的气隙磁场由于去磁作用而被削弱，端电压要降低，而磁动势必须是平衡的，所以要增加励磁电流。

发电机为进相运行方式时，主磁场滞后超前电枢反应磁场，定子电流超前于端电压，负荷为容性的，电枢反应是助磁性质的，发电机的气隙磁场将增强，端电压要升高，所以励磁电流应减小。

发电机进相运行一、什么是发电机进相运行发电机进相运行是指发电机发出有功而吸收无功的稳定运行状态 ,属于机组异常运行的一种状况;当发电机励磁系统由于AVR原因或故障,或人为降低发电机的励磁电流过多,使发电机由发出感性无功功率变为吸收系统感性无功功率,定子电流由滞后于机端电压变为超前于机端电压运行,这就是发电机的进相运行;进相运行也就是现场经常提到的欠励磁运行或低励磁运行;此时,由于转子主磁通降低,引起发电机的励磁电势降低,使发电机无法向系统送出无功功率,进相程度取决于励磁电流降低的程度;二、引起发电机进相运行的原因引起发电机进相运行的原因是低谷运行时,发电机无功负荷原已处于底限,当系统电压因故突然升高或有功负荷增加时,励磁电流自动降低引起进相；AVR 失灵或误动、励磁系统其他设备发生了故障、人为操作使励磁电流降低较多等也会引起进相运行;三、发电机进相运行故障的处理1.如果由于设备原因引起进相运行,只要发电机尚未出现振荡或失步,可适当降低发电机的有功负荷,同时提高励磁电流,使发电机脱离进相状态,然后查明励磁电流降低的原因;2.由于设备原因不能使发电机恢复正常运行时,应及早解列;因通常情况下,机组进相运行时,由于定子端部漏磁和由此引起的损耗要比调相运行时增大,所以定子铁芯端部附近各金属部件温升较高,容易发热,对系统电压也有影响;3.制造厂允许或经过专门试验确定能进相运行的发电机,如系统需要,在不影响电网稳定运行的前提下,可将功率因数提高到1或在允许的进相状态下运行;此时,应严密监视发电机的运行工况,防止失步,尽早使发电机恢复正常;此外,应注意高压厂用母线电压的监视,保证其安全;由于水轮发电机是凸极式结构,其纵轴和横轴同步电抗不相等,电磁功率中有附加分量,因而使它比汽轮发电机有较大的进相运行能力;四、发电机进相运行时为什么会引起定子端部温度升高进相运行时由于助磁性的电枢反应,使发电机端部漏磁增加,端部漏磁引起定子端部温度升高,发电机端部漏磁通为定子绕组端部漏磁通和转子端部磁通的合成;进相运行时,由于两个磁场的相位关系使得合成磁通较非进相运行时大,导致定子端部温度升高;五、发电机进相运行时应注意什么发电机进相运行时,主要应注意四个问题：①静态稳定性降低；②端部漏磁引起定子端部温度升高；③厂用电电压降低；④由于机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加,易造成过负荷;六、发电机进相运行的必要性超高压远距离输电网络不断扩大,导致系统无功增多,如220KV、330 KV和500 KV级的架空线路,每公里对地的容性无功分别为130kvar、400 kvar和 1 000～1300 kvar;加之,为弥补系统高峰负荷时的无功不足,在电网中还装设了一定数量的电容器,这些电容器有时难以适应系统调节电压的需要而及时投切;因此,在节假日或午夜等系统负荷处于低谷时,其过剩无功必导致电网电压升高,甚至超过运行电压容许的规定值,不仅影响供电的电压质量,还会使电网损耗增加,经济效益下降;发电机进相运行能吸收网络过剩的无功功率,降低系统电压;发电机进相运行是结合电力生产需要而采用的切实可行的运行技术,它可使发电机由改变运行工况而达到降压的目的;仅是利用系统现有设备增加的一种调压手段,便可扩大系统电压的调节范围,改善电网电压的运行状况;该方法操作简便,在发电机进相运行限额范围内运行可靠,其平滑无级调节电压的特点,更显示了它调节电压的灵活性,发电机进相运行是改善电网电压质量最有效而又经济的必要措施之一;七、发电机进相运行的基本原理发电机正常运行时,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使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,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;发电机进相运行时各电气参数是对称的,并且发电机仍保持同步转速,因而是属于发电机正常运行方式中功率因数变动时的一种运行工况,只是拓宽了发电机通常的运行范围;同样,在允许的进相运行限额范围内,只要电网需要是可以长期运行的;同步发电机在低有功情况下可以无励磁运行,此时发电机能保持同步运行,并吸收电网无功功率,但其定子电压要下降;发电机进相运行会受到下列因素的限制：①发电机的静稳定和动稳定限制；②发电机的暂态和动态稳定限制；③低励磁不稳定的限制;。

发电机进相运行注意事项发电机进相运行是指发电机在启动或切换负载时，将发电机与电网进行同步并实现稳定运行的过程。

在进行发电机进相运行时，需要注意以下几个方面的注意事项。

必须确保发电机的绝缘性能良好。

在进相运行之前，应对发电机进行全面检查，包括绝缘电阻测试、绝缘油检测等。

只有确保发电机的绝缘性能良好，才能保证运行的安全性和稳定性。

需要保证发电机与电网的频率、相序和电压相匹配。

在进行进相运行之前，应先检查电网的频率、相序和电压，并对发电机进行调整，使其与电网保持一致。

如果频率、相序或电压不匹配，会导致发电机无法与电网同步，进而影响发电机的运行效果。

还需要注意发电机的机械部件是否正常运行。

在进相运行之前，应对发电机的机械部件进行检查，包括轴承、齿轮、润滑系统等。

确保这些机械部件正常运行，能够保证发电机在进相运行过程中的稳定性和可靠性。

还需要对发电机的励磁系统进行调整和检查。

励磁系统是保证发电机稳定运行的重要组成部分，对于进相运行尤为重要。

在进行进相运行之前，应对励磁系统进行调整，使其能够满足运行的要求。

同时，还应对励磁系统进行检查，确保其正常工作，避免出现异常情况。

在进行进相运行时，应密切关注发电机的输出功率和电流。

发电机的输出功率和电流是判断发电机运行状态的重要指标，对于进相运行尤为重要。

应通过监控仪表或监控系统实时监测发电机的输出功率和电流，确保其在正常范围内运行。

如果发现输出功率或电流异常，应及时采取措施进行处理，避免发生故障。

在进行进相运行时，应遵循相关的操作规程和安全要求。

操作人员应熟悉发电机的运行原理和操作流程，并按照规程进行操作。

同时，还应注意安全要求，佩戴好个人防护装备，确保人身安全。

在进行发电机进相运行时，需要重点关注发电机的绝缘性能、频率相序电压匹配、机械部件运行、励磁系统调整和检查、输出功率和电流监测以及操作规程和安全要求等方面的注意事项。

只有确保这些方面的问题得到妥善处理，才能保证发电机的进相运行顺利进行，实现稳定的发电功效。