摘要：電網上無功變化幅度較大，調相機及無功補償設備往往不能滿足其全部需要，為了進一步提高電能質量，現代大型同步發電機組都具備一定的進相運行能力。進相運行過程中，往往會受到靜穩定特性、機端磁通發熱、廠用電壓降低等條件的制約，給安全運行帶來一定的危害，因此每臺機組的進相深度應該通過試驗獲得，此文將從以上各方面進行詳細闡述。
關鍵詞：同步發電機、進相、靜穩定、安全。
1 引言
近些年來，隨著電網容量的增加及負荷中心的分布密集，網上有功不斷增加的同時，無功負荷也有所增加，然而，無功用戶多為工業用電，具有明顯的時段性特點，如夜間和節假日時段的需求就會大大降低，這種大幅度的變化將給電能質量帶來急劇考驗，尤其是220KV及以下網絡，將出現大量剩余的無功，此時就需要發電機進相運行來吸收網上多余的無功，維持系統穩定。這種吸收無功的能力會受到各種條件的制約，本文將逐一闡述。
2 同步發電機進相運行
發電機正常運行時，向系統提供有功的同時還提供無功，定子電流滯后于端電壓一個角度，此種狀態即遲相運行。當逐漸減少勵磁電流使發電機從向系統提供無功而變為從系統吸收無功，定子電流從滯后而變為超前發電機端電壓一個角度，此種狀態即進相運行。
3 進相運行的制約條件
3.1靜穩定特性的影響
同步發電機進相運行時較遲相運行狀態勵磁電流大幅度減少，發電機電勢Eq亦相應降低，從P-δ關系看，在有功不變的情況下，功角必將相應增大，比值整步功亦相應降低，發電機靜態穩定性下降。其穩定極限與發電機短路比，外接電抗，自動勵磁調節器性能等因素有關。當同步發電機勵磁降低，要維持有功出力的不變，功角將逐漸增大，當功角大于90°時，有功的變化將隨著功角的增加而降低，進入了不穩定區域，進入失磁及異步狀態，嚴重影響機組安全。
3.2發電機定子端部件溫度的限制
定子繞組端部的漏磁場也是以同步轉速對定子旋轉的，其漏磁場的一部分是經過定子繞組端部空間，轉子護環，氣隙及定子端部鐵芯構成磁路的，因此使定子端部鐵芯平面上產生渦流而發熱，此外，勵磁繞組緊靠護環，因此它的漏磁場主要經護環閉合，當進相運行時，由于勵磁電流減小勵磁繞組端部漏磁場減弱，于是護環的飽和程度下降，減小了定子端部漏磁場所經過磁路的磁組，從而使定子端部漏磁場增大，鐵損加大，致使定子端部鐵芯嚴重受熱。
3.3定子電流的限制
發電機不論發出有功還是無功，其最終都要受到額定容量的限制，而額定容量具體表現為有功P與無功Q的向量和，即視在功率S=P+Q，表示為電流最大值同樣是有功分量和無功分量的向量和，因此，無論任何情況之下，哪怕有功很低，當無功量較大的情況下，發電機定子電流同樣會出現超限的現象，是進相時的限制條件之一。
3.4廠用電電壓的限制
進相運行時，隨著勵磁電流的降低，發電機端部電壓會明顯降低，廠用電電壓也相應降低，此時輔機出力將受到嚴重影響，電壓的降低將勢必造成電流的增加，以致超出額定，經驗證明，廠用電電壓如果超出10%，就會影響廠用電安全運行。
綜上所述，發電機進入進相運行時，其自身靜態穩定性能下降，并且由于漏磁的影響，將嚴重引起發電機端部發熱。這兩項限制是發電機進相深度重要依據，相比定子過流和廠用電壓的降低更加抽象和難于監視，每臺發電機出廠時都配有P-Q出力曲線，如圖3-1：
圖：3-1 隱極同步發電機安全運行極限
這是典型的發電機出力限制曲線，同時包括進相時的發熱限制，從理論上講，靜態穩定極限為δ=90度，即MH直線，但考慮到10%的過負荷能力，留有一定的安全儲備，其實際靜態穩定極限為圓弧BF。實際上，大部分發電機都是經過變壓器和線路接入電網的，故還須計及這些元件的電抗。進相運行時的允許出力（即靜態穩定儲備系數）與自動電壓調節器、發電機短路比及外阻抗有關。當發電機有自動電壓調節器時，其靜態穩定極限可以擴大，但擴大的范圍與自動電壓調節器的類型有關。如帶復式激磁的電磁式電壓校正器，可是發電機運行在人工穩定區內，穩定極限功角可超過90度；而機械型電壓調節器因有失靈區，只能運行在功角90度范圍內。
4 進相運行試驗
發電機的進相深度，受到種種條件的制約，特性不同，出力情況不同，為了機組安全，每臺發電機的進相能力，必須通過試驗驗證，不能盲目進相運行，避免造成系統振蕩及發電機設備損壞。
4.1試驗運行條件
a） 6 kV 母線電壓維持在不低于5.8 kV；
b） 發電機端電壓應在19.5 kV；
c） 發電機定子電流不應超過額定值191245 A；
d） 發電機轉子電流不應超過額定值4145 A；
e） 最大進相無功值不應該超過廠家給出的邊界值；
f） 發電機（ 相對于系統等值機） 最大功率角不超過70°；
g） 發電機冷卻系統工作正常， 各部溫升在正常范圍內（ 如： 在正常氫壓時， 定子鐵心溫度不大于120 ℃ ， 定子繞組溫度不大于85℃ ）；
h） 汽輪發電機組軸系振動在正常范圍內。
4.2試驗注意事項
a） 發變組所有保護必須投入，升壓站、勵磁系統為正常運行方式。
b） 為了防止機組在進相運行時無功擺動較大，機組的有功負荷不得低于額定負荷的50%。
c） 發電機的微機自動勵磁調節器低勵限制性能良好，并且能滿足發電機的最大進相深度和機組穩定運行時的要求。
d） 發電機的定冷水系統、氫系統運行正常，各溫度、流量、壓力在正常范圍內。發電機各部溫度測點回路正常，表計指示正確并不超限。運行人員必須熟悉發電機各溫度測點的位置以及溫度的限額。
e） 在正常情況下，發電機的功率因素在滯相0.98以下。如系統電壓過高，調整無效時，應根據調度要求，逐漸減少無功負荷直至轉為進相運行狀態，嚴格按著調度命令調整進相值。（但不得超過試驗進相深度）
f） 在進相運行時，發電機的定子電壓應不低于額定值的95%。
g） 為保證廠用電系統有可靠的備用電源，在進相運行時廠用電仍由工作電源供電，并且工作分支電壓不低于額定值的95%，若低于此值則減少進相值，滿足廠用電的要求。
h） 進相過程中專人監視發電機各點的溫度，不得超限運行。
4.3試驗結果
試驗選取的負荷點是600 MW 、480 MW 、360MW ，勵磁調節器工作在自動方式下。試驗過程中，各負荷點最終進相工況受廠用系統電壓限制的影響。根據試驗過程數據，2臺600MW機組在網運行，允許的進相深度如下：
5 結論
同步發電機具有一定的進相運行能力，盡管受到穩定性、溫度以及機端電壓等條件的制約，但是只要我們通過科學的試驗，合理的調整，和必要的技術措施一定能夠安全掌控發電機的進相運行能力，進而既能讓發電機本身特性得以充分、合理利用，提高電網供電質量和系統穩定，在一定程度上節約電力設備投資。
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作者簡介：董志軍（1976-），男，助理工程師、發電廠電氣高級主管。
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