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　　試驗研究*京津唐電網發電機進相運行試驗總結華北電力科學研究院有限責任公司（北京100045）呂明行的試驗愚作a當時己對陡河電廠6號發電釀當帶自動動電壓調節器時曾進相運藏達到netbookmark1網內各發電廠必須進行進相運行試驗，確定各發電廠發電機組進相運行的能力，必要時根據電網運行需要實施發電機進相運行。分析了影響發電機進相運行的諸因素，詳細介紹了京津唐電網20多臺發電機進相運行試驗的情況，試驗表明，采用發電機進相運行可有效改善電網無功潮流分布，調節電壓，對提高供電質量起到了明顯的作用。：京津唐電網；發電機；進相運行試驗目前華北電網己形成了以500kV線路為主網架，220kV線路為骨干的輸電網絡，初步建成高電壓、大容量遠距離輸送的現代化電網。隨著電網的建設和發展，高壓輸電線路和電纜線路大量加，線間和線對地的電容也相應大，從而引起了系統電容電流以及容性無功功率的長在系統負荷處于低谷時，尤其是在節假日、午夜時間，線路所產生的無功功率過剩，使得電力系統中某些樞紐點上的電壓就會偏高，以至接近或超過系統運行電壓的上限值，嚴重地影響著送變電設備和用戶設備的安全運行。一般情況下，可采用并聯電抗器或同步調相機來吸收剩余的無功功率，但加了設備投資，且在運行使用上有一定的局限性從經濟運行的角度考慮，利用發電機（特別是大容量汽輪發電機）在系統處于低谷期間進相運行是一項切實可行的方法，不需要額外加設備投資，只要改變發電機勵磁運行工況，使發電機在發出有功功率的同時，吸收系統剩余的無功功率，即可達到平衡系統無功功率和調整系統電壓的目的，社會效益和經濟效益十分顯著我院早在80年代就己開始了發電機進相運機（哈爾濱電機廠200MW機組）和大同第二發電廠5號發電機（東方電機廠200MW機組）進行了全面系統的進相運行試驗，得到了完整的試驗數據，為以后同型號機組的進相運行提供了科學依據。

　　自2000年以來，為了進一步提高電網電壓質量，華北電力集團公司及華北電力調度局要求網內各發電廠都必須進行進相運行試驗，確定各廠發電機組進相運行的能力，在必要時根據電網的運行需要實施發電機的進相運行。根據網局這一要求，在各發電廠有關人員的大力配合下，我院己對華北電網17個電廠的近30臺發電機進行了進相運行試驗，取得了大量的試驗數據，確定了這些發電機進相運行的限制因素及進相運行的范圍，對華北電網實施進相運行，保證電網的電壓質量有著重要的意義1影響發電機進相運行的因素發電機進相運行時需考慮的主要問題有3點：一為發電機靜態穩定性降低；二為發電機端部漏磁引起的定子發熱；三為發電機端電壓下降導致廠用母線電壓降低下面簡要探討這3個問題靜態穩定性降低問題電機理論表明，發電機在進相運行時，其靜態穩定性降低。隨著發電機勵磁電流的減小，進相程度的加，其功角逐漸加大，當功角達到接近90*時，發電機將達到其靜穩極限，此時若再減小勵磁電流，則發電機將會失去穩定實際上，發電機進相運行時，由靜穩定決定的安全極限還與有無自動電壓調節器有關，當發電機帶自動電壓調節器時，其穩定性大大提高，理論穩定極限將高于90*，如所示我們在陡河電廠和大同第二發電廠實測時發現：當不帶自動電壓調節器時，要保持發電機不失去靜態穩定，功角S最大可達85* 12定子端部發熱問題發電機由遲相運行向進相運行方式變化時，端部合成漏磁磁密值相應高，引起定子邊段鐵心、壓圈、壓指等端部結構件上的感應渦流大，而產生附加發熱，當局部冷卻不足時，就會出現溫度過高的現象，甚至超過發電機溫度限制值。換句話說，發電機定子端部發熱問題是進相運行深度的另一個主要限制因素。為發電機端部合成漏磁通隨功率因數coh的變化曲線早期制造生產的發電機，其端部結構比較簡單，沒有降低端部磁密及加強冷卻的措施，因此，當發電機進相運行時其端部溫度升高較多，甚至超過了發電機的允許溫度極限，限制了發電機的進相運行。尤其是雙水內冷的發電機，由于其鐵心采用空氣冷卻，冷卻效果較差，這一矛盾就更為突出。

　　而近期制造的大型汽輪發電機，制造廠在設計、制造時，己經充分考慮了影響發電機進相運行的一些因素，特別是端部鐵心發熱的情況，在結構如采用非磁性材料的定子壓圈和壓指、定子鐵心端部幾段設計成階梯狀并在中間開窄槽、采用整壓成型的銅屏蔽結構等，都是降低端部漏磁場強度的有效措施同時，在通風冷卻系統中，加強了端部的冷卻。許多近期生產的發電機在出廠前己在端部安裝了溫度測點，以便運行時監視端部鐵心的溫度電機技術要求》第5. 13條中己經規定：“發電機帶額定負荷進相運行范圍按coh為超前Q95設計”因此近期生產的發電機都具備一定的進相運行能力，在出廠說明書中一般都有明確的規定例如：哈爾濱電機廠規定：QFSN-300-2型汽輪發電機可以長期連續地在帶額定有功功率負荷（300MW）功率因素csh= 0.95（超前）的情況下進相運行除水氫氫冷卻方式的發電機外，一些其他冷卻方式的發電機，如：雙水內冷、純氫冷（如：MB-J型，330MW，日本三菱公司生產）、空冷方式（如：SWX23Z-109LL型，200MW，ABB公司生產）等，都采用了有效的降低端部溫度的措施，具備了一定的進相運行能力1.3廠用母線電壓降低問題目前，大型汽輪發電機組的一次接線方式一般為單元式，即發電機出口經主變壓器升壓后并入電網的同時，出口還自帶高壓廠用變壓器根據5%而當發電機進相運行時，隨著發電機勵磁電流的降低，發電機吸收無功功率的加，將使發電機出口電壓下降并導致廠用母線電壓下降，有時將會低于廠用母線電壓的最低限制值解決這一問題的方法有幾種：一是減少發電機進相運行的深度，以滿足廠用電的要求；二是若廠用變壓器為有載調壓型，則可改變廠用變壓器分接開關的位置；三是將廠用電負荷倒至備用變壓器后兩種方法會對廠用電系統的靈活性和可靠性產生一定的影響，所以不宜經常采用2京津唐電網發電機進相試驗情況介紹上做了改進，采取了多靡少端部發熱的措施0|例釀M還是夠精確的rei此國家/M標準加bookmark2同步發電機進相運行，理論與實際均己證明是可行的但由于發電機的類型、結構、冷卻方式及容量等不同，發電廠的電氣主接線各異，允許輸送多少有功功率和吸收多少無功功率，理論上的（1999年版）《汽輪發電機運行規程》中第4. 3.5條規定：“發電機進相運行應遵守制造廠的規定。

　　制造廠無規定時應通過試驗來確定“2.1試驗方法自2000年以來，我院己對華北電網17個電廠的近30臺機組進行了發電機進相運行試驗。試驗的目的主要是確定在不同的發電機運行工況下，發電機進相運行的限制因素，同時測定這些發電機吸收系統無功功率的能力，對母線電壓的調壓效果。

　　根據各廠發電機的具體情況，發電機的進相運行試驗方法大體分為以下2種：對于早期制造的發電機，制造廠對發電機進相運行沒有提出要求，未能提供運行出力圖的發電機組，或雖然制造廠提供了運行出力圖，但在圖中未能明確說明其邊界為端部溫度限制曲線的發電機組，由于要考查這些發電機端部發熱的問題，因此必須在定子端部鐵心及壓圈、壓指上安裝測溫元件，以便在試驗中確定其端部溫升是否為進相運行的限制因素如：高井電廠1號機（TB2-100-2型）、下花園電廠2號機（SQF-100-2型）、溧河電廠6號機（QFN2-100-2型）北京第二熱電廠4號機（QFS-60-2型）盤山電廠1號機測溫元件一般為銅桌銅熱電偶制成根據發電機端部結構選擇安裝部位，一般選擇在端部邊段鐵心、階梯齒壓指、壓圈內圓等位置在機組大修期間安裝測溫元件，熱電偶必須粘結牢固，其引線可經徑向通風溝引出并在端部結構件上緊固后引至發電機機殼處當發電機為氫氣冷卻時，引出部位必須保證密封良好并能承受機內壓力。試驗時采用熱電偶巡回檢測儀測量其溫度值試驗完成后，在檢修時應將熱電偶從發電機內部拆除掉1996中對發電機進相運行己經做了明確的規定，因此近些年來各制造廠在設計、制造發電機時，己經考慮了影響發電機進相運行的一些特殊因素，特別是端部鐵心發熱的情況，采取了多種減少端部發熱的措施在國產或進口發電機的制造廠出廠技術手冊中都有進相運行的明確規定并提供了發電機P-Q運行圖，且在發電機的鐵心端部及壓圈、壓指上預埋有測溫元件，便于運行時監視端部鐵心及結構件的發熱情況但也應通過試驗來確定其進相運行的范圍。這是因為制造廠所提供的運行圖只是考慮了發電機自身的因素，即靜態穩定和定子端部局部發熱或由兩者共同決定的邊界，但是廠用電壓降低的情況則通過試驗才能確定，此外還要通過試驗確定發電機吸收系統無功功率的能力及對系統母線電壓的調壓效果。對這些發電機在進行進相運行試驗時，可不進行端部溫度測量，而以各制造廠提供的運行極限圖為依據。這類機組包括：近年投產的國產QFQS-200-2型、QFSN-200-2型、QFSN- 300-2型、QFS-100-2型及一些進口機組22試驗結果分析根據我們所做的20多臺發電機的進相運行試驗情況（表1為京津唐電網內幾種典型發電機進相運行試驗結果）可以分析出以下結果。

　　22.1勵磁調節器所有發電機進相運行試驗都是帶自動勵磁調節器直接進行的，沒有進行退出自動勵磁調節器的進相運行試驗22.2發電機功角情況雖然從理論上和實踐上都己證明，發電機帶自動勵磁調節器后，其靜穩定極限功角可超過90*但是，從靜穩定儲備和安全角度考慮，即使在有自動勵磁調節器的情況下，仍應該以功角小于90*作為控制條偉因為在W< 90*的范圍內運行時，自動勵磁調節器特性不良或者失靈時，并不直接導致發電機失去穩定。因此基于上述考慮，再留出一定的靜穩定儲備裕度，通常試驗將功角的極限值定為70*在試驗中僅有個別電廠的發電機在高負荷時功角達到了70*的限制條件，如：下花園電廠2號機京能熱電股份有限公司2號機其它大多數機組都是其另外的限制條件首先限制了發電機的進相運行，因此功角都小于70*在這樣的范圍內進相運行，發電機的靜態穩定性是能夠得到保證的。

　　22.3發電機端部發熱情況除個別機組外，發電機端部發熱不是進相運行的首要限制條件。

　　只有北京第二熱電廠4號機（QFS-60-2型）和高井電廠1號機（TB2-100-2型）的定子端部鐵心發熱成為發電機進相運行的限制條件其中北京第二熱電廠4號機為1975年出廠，冷卻方式為雙水內冷式，當負荷為30~ 47MW時，分別儈發電幾蚺然不用安部1溫old釀進相運行至⑶吟在忍（超前）表1幾種典型發電機的進相運行試驗結果進相試驗結果名稱發電機型號（超前）母線電壓降低％限制因素高井電廠（滯后）端部鐵心發熱1號機（原蘇聯制造）京豐熱電（三熱）7號機（北重電機廠制造）廠用電陡河電廠6號機（哈爾濱電機廠制造）廠用電秦皇島電廠4號機（上海電機廠制造）廠用電定子電壓低大港電廠4號機（意大利Ansaldo制造）廠用電三河電廠1號機（日本三菱制造）廠用電盤山電廠廠用電1號機（俄羅斯制造）行的條件，有c\9組愚赫在進相運釀整高壓廠用變壓器分頭的余地，只有個別電廠尚加bookmark6時，其端部最高溫度己達到制造廠的限制值而高井電廠1號機為I960年出廠的氫外冷發電機，己運行40余年。其端部冷卻效果較差，因此在有功負荷為100MW及85MW時，功率因數cosh分別為0.99（滯后）和1.00，端部溫度己接近極限值，因此不允許進相運行；當有功負荷為45MW時，可進相運行至功率因數cosh=對于其它在試驗前埋設了測溫元件，進行了進相溫升試驗的機組，如：下花園電廠2號機溧河電廠6號機、盤山電廠1號機等，這些發電機的端部溫度都不高，不成為進相運行的限制條件22.4廠用母線電壓情況本次試驗中，原則上都是發電機自帶廠用分支直接進行試驗，只有個別電廠做了帶廠用電、不帶廠用電的2種情況下的進相試驗對于大多數發電機組來說，廠用母線電壓降低是進相運行時，其廠用母線電壓降低而限制了發電機的進相運行深度。雖然可以通過調整高廠變的分頭來提高廠用母線電壓，但實際上多數電廠在發電機遲相運行時（功率因數cosh為0.90滯后），其廠用母線電壓己接近或超過廠用母線電壓額定值的1.05倍（即達到了6.3~6.4kV），如京能熱電股份有限公司1號發電機在遲相運行時的數據表2京能熱電股份有限公司1號發電機運行數據發電機有功/MW發電機無功/Mvar功率因數（滯后）發電機定子電壓/kV廠用母線電壓在上述情況下，若再提高廠用母線電壓，將對廠用系統產生不利影響，因此，大多數電廠己無調有少量的裕度，可以在必要時適當調整高廠變的分頭位置，提高廠用母線電壓，使發電機能夠提高進相運行的能力22.5功率因數cosh的限制情況根據華北電力調度局的要求，網內發電機進相運行能力應達到cosh=0.95（超前）因此大多數電廠在進相試驗時基本上只做到功率因數cosh=0.95（超前）為止，共有13臺機組在低負荷時限制條件為cosh=0.95（超前），此時其它限制條件（功角70*端部發熱廠用母線電壓等）尚未起作用，若能適當放寬低負荷時功率因數的限制值，如csh= 0.90（超前），則這些發電機的進相運行能力可進一步提高22.6母線電壓降低情況從27臺發電機的進相試驗數據來看，發電機進相運行時對母線電壓的調壓效果是比較明顯的，一般可使母線電壓降低1%~ 2%左右，最大可達5.8%其中盤山電廠1號機（平均降低12. 5%）大港電廠4號機（平均降低5.3kV，23%）溧河電廠6號機（平均降低5. 5.3%）秦皇島電廠4號機（平均降低63kV，29%）三河電廠1號機（平均降低4.7kV，21%）調壓效果比較明顯，其它各電廠的發電機進相運行時也可使母線電壓平均降低1.1~4.0kV，有一定的調壓效果由此可見，發電機進相運行后，雖然由于廠用母線電壓等條件的限制，使發電機吸收系統無功功率的能力有限，但對改善電網無功潮流分布調節系統電壓、提高供電質量可起到明顯的作甩3結論在發電機進相運行時，為了保證發電機的靜態穩定性，發電機必須帶自動電壓調節器京津唐電網20多臺發電機進相運行試驗表明，200MW及以上發電機進相運行的主要限制條件為廠用母線電壓，且大部分電廠在兼顧額定正常運行和進相運行的前提下，己無調整高廠變分頭的余地采用發電機進相運行可有效改善電網無功潮流分布、調節系統電壓，對提高供電質量可起到明顯的作甩（上接第6頁）墻、數據加密和解密、數字簽名和數字證書等技術，使系統具有很強的信息安全丨生數據網絡應盡量采用專用網絡，滿足安全性、實時性可靠性的要求22.6全面考慮華北電網電力市場技術支持系統的建設華北電網電力市場技術支持系統的設計應充分考慮各個組成部分的相互關聯性和集成性，如服務器、網絡設備、網管設備、數據庫系統、應用系統的相互關聯性，并充分考慮這些設備和系統可擴展性及兼容性；應用模塊的開發必須注重獨立性、可擴展性、可替換性；應用接口必須符合有關標準，注重全面性、可擴展性及安全性。

　　華北電網電力市場技術支持系統的建設應具有與其它電網電力市場技術支持系統互聯的能力，適應未來區域級、國家級電力市場電力交易的需要，適應由發電側開放的電力市場向配電側開放的電力市場過渡的需要3結論華北電網電力市場運營模擬系統不僅可以應用于培訓華北電網、各省公司調度人員及交易人員，進行華北電網電力市場技術支持系統的可行性研究，還可以論證華北電網電力市場運行規則的合理性，輔助決策與分析電力市場運營的有關問題，對于建立科學實效的華北電網電力市場，具有重要的意義華北電網電力市場運營模擬系統的推廣應用需要華北電力集團公司及各省公司調度、計劃營業、財務以及科研部門的協作配合才能完成京津唐電網經濟調度程序設計了電力市場接口，應在現有的能量管理系統（EMS）的基礎上，盡快開展這項工作，充分地利用企業內部資源，使科技成果轉化為生產力，以提高華北電網電力市場運營水平，確保華北電網安全、穩定、優質、經濟運行質量是企業的生命線