试验研究*京津唐电网发电机进相运行试验总结华北电力科学研究院有限责任公司（北京100045）吕明行的试验愚作a当时己对陡河电厂6号发电酿当带自动动电压调节器时曾进相运藏达到netbookmark1网内各发电厂必须进行进相运行试验，确定各发电厂发电机组进相运行的能力，必要时根据电网运行需要实施发电机进相运行。分析了影响发电机进相运行的诸因素，详细介绍了京津唐电网20多台发电机进相运行试验的情况，试验表明，采用发电机进相运行可有效改善电网无功潮流分布，调节电压，对提高供电质量起到了明显的作用。：京津唐电网；发电机；进相运行试验目前华北电网己形成了以500kV线路为主网架，220kV线路为骨干的输电网络，初步建成高电压、大容量远距离输送的现代化电网。随着电网的建设和发展，高压输电线路和电缆线路大量加，线间和线对地的电容也相应大，从而引起了系统电容电流以及容性无功功率的长在系统负荷处于低谷时，尤其是在节假日、午夜时间，线路所产生的无功功率过剩，使得电力系统中某些枢纽点上的电压就会偏高，以至接近或超过系统运行电压的上限值，严重地影响着送变电设备和用户设备的安全运行。一般情况下，可采用并联电抗器或同步调相机来吸收剩余的无功功率，但加了设备投资，且在运行使用上有一定的局限性从经济运行的角度考虑，利用发电机（特别是大容量汽轮发电机）在系统处于低谷期间进相运行是一项切实可行的方法，不需要额外加设备投资，只要改变发电机励磁运行工况，使发电机在发出有功功率的同时，吸收系统剩余的无功功率，即可达到平衡系统无功功率和调整系统电压的目的，社会效益和经济效益十分显著我院早在80年代就己开始了发电机进相运机（哈尔滨电机厂200MW机组）和大同第二发电厂5号发电机（东方电机厂200MW机组）进行了全面系统的进相运行试验，得到了完整的试验数据，为以后同型号机组的进相运行提供了科学依据。
自2000年以来，为了进一步提高电网电压质量，华北电力集团公司及华北电力调度局要求网内各发电厂都必须进行进相运行试验，确定各厂发电机组进相运行的能力，在必要时根据电网的运行需要实施发电机的进相运行。根据网局这一要求，在各发电厂有关人员的大力配合下，我院己对华北电网17个电厂的近30台发电机进行了进相运行试验，取得了大量的试验数据，确定了这些发电机进相运行的限制因素及进相运行的范围，对华北电网实施进相运行，保证电网的电压质量有着重要的意义1影响发电机进相运行的因素发电机进相运行时需考虑的主要问题有3点：一为发电机静态稳定性降低；二为发电机端部漏磁引起的定子发热；三为发电机端电压下降导致厂用母线电压降低下面简要探讨这3个问题静态稳定性降低问题电机理论表明，发电机在进相运行时，其静态稳定性降低。随着发电机励磁电流的减小，进相程度的加，其功角逐渐加大，当功角达到接近90*时，发电机将达到其静稳极限，此时若再减小励磁电流，则发电机将会失去稳定实际上，发电机进相运行时，由静稳定决定的安全极限还与有无自动电压调节器有关，当发电机带自动电压调节器时，其稳定性大大提高，理论稳定极限将高于90*，如所示我们在陡河电厂和大同第二发电厂实测时发现：当不带自动电压调节器时，要保持发电机不失去静态稳定，功角S最大可达85* 12定子端部发热问题发电机由迟相运行向进相运行方式变化时，端部合成漏磁磁密值相应高，引起定子边段铁心、压圈、压指等端部结构件上的感应涡流大，而产生附加发热，当局部冷却不足时，就会出现温度过高的现象，甚至超过发电机温度限制值。换句话说，发电机定子端部发热问题是进相运行深度的另一个主要限制因素。为发电机端部合成漏磁通随功率因数coh的变化曲线早期制造生产的发电机，其端部结构比较简单，没有降低端部磁密及加强冷却的措施，因此，当发电机进相运行时其端部温度升高较多，甚至超过了发电机的允许温度极限，限制了发电机的进相运行。尤其是双水内冷的发电机，由于其铁心采用空气冷却，冷却效果较差，这一矛盾就更为突出。
而近期制造的大型汽轮发电机，制造厂在设计、制造时，己经充分考虑了影响发电机进相运行的一些因素，特别是端部铁心发热的情况，在结构如采用非磁性材料的定子压圈和压指、定子铁心端部几段设计成阶梯状并在中间开窄槽、采用整压成型的铜屏蔽结构等，都是降低端部漏磁场强度的有效措施同时，在通风冷却系统中，加强了端部的冷却。许多近期生产的发电机在出厂前己在端部安装了温度测点，以便运行时监视端部铁心的温度电机技术要求》第5. 13条中己经规定：“发电机带额定负荷进相运行范围按coh为超前Q95设计”因此近期生产的发电机都具备一定的进相运行能力，在出厂说明书中一般都有明确的规定例如：哈尔滨电机厂规定：QFSN-300-2型汽轮发电机可以长期连续地在带额定有功功率负荷（300MW）功率因素csh= 0.95（超前）的情况下进相运行除水氢氢冷却方式的发电机外，一些其他冷却方式的发电机，如：双水内冷、纯氢冷（如：MB-J型，330MW，日本三菱公司生产）、空冷方式（如：SWX23Z-109LL型，200MW，ABB公司生产）等，都采用了有效的降低端部温度的措施，具备了一定的进相运行能力1.3厂用母线电压降低问题目前，大型汽轮发电机组的一次接线方式一般为单元式，即发电机出口经主变压器升压后并入电网的同时，出口还自带高压厂用变压器根据5%而当发电机进相运行时，随着发电机励磁电流的降低，发电机吸收无功功率的加，将使发电机出口电压下降并导致厂用母线电压下降，有时将会低于厂用母线电压的最低限制值解决这一问题的方法有几种：一是减少发电机进相运行的深度，以满足厂用电的要求；二是若厂用变压器为有载调压型，则可改变厂用变压器分接开关的位置；三是将厂用电负荷倒至备用变压器后两种方法会对厂用电系统的灵活性和可靠性产生一定的影响，所以不宜经常采用2京津唐电网发电机进相试验情况介绍上做了改进，采取了多靡少端部发热的措施0|例酿M还是够精确的rei此国家/M标准加bookmark2同步发电机进相运行，理论与实际均己证明是可行的但由于发电机的类型、结构、冷却方式及容量等不同，发电厂的电气主接线各异，允许输送多少有功功率和吸收多少无功功率，理论上的（1999年版）《汽轮发电机运行规程》中第4. 3.5条规定：“发电机进相运行应遵守制造厂的规定。
制造厂无规定时应通过试验来确定“2.1试验方法自2000年以来，我院己对华北电网17个电厂的近30台机组进行了发电机进相运行试验。试验的目的主要是确定在不同的发电机运行工况下，发电机进相运行的限制因素，同时测定这些发电机吸收系统无功功率的能力，对母线电压的调压效果。
根据各厂发电机的具体情况，发电机的进相运行试验方法大体分为以下2种：对于早期制造的发电机，制造厂对发电机进相运行没有提出要求，未能提供运行出力图的发电机组，或虽然制造厂提供了运行出力图，但在图中未能明确说明其边界为端部温度限制曲线的发电机组，由于要考查这些发电机端部发热的问题，因此必须在定子端部铁心及压圈、压指上安装测温元件，以便在试验中确定其端部温升是否为进相运行的限制因素如：高井电厂1号机（TB2-100-2型）、下花园电厂2号机（SQF-100-2型）、溧河电厂6号机（QFN2-100-2型）北京第二热电厂4号机（QFS-60-2型）盘山电厂1号机测温元件一般为铜桌铜热电偶制成根据发电机端部结构选择安装部位，一般选择在端部边段铁心、阶梯齿压指、压圈内圆等位置在机组大修期间安装测温元件，热电偶必须粘结牢固，其引线可经径向通风沟引出并在端部结构件上紧固后引至发电机机壳处当发电机为氢气冷却时，引出部位必须保证密封良好并能承受机内压力。试验时采用热电偶巡回检测仪测量其温度值试验完成后，在检修时应将热电偶从发电机内部拆除掉1996中对发电机进相运行己经做了明确的规定，因此近些年来各制造厂在设计、制造发电机时，己经考虑了影响发电机进相运行的一些特殊因素，特别是端部铁心发热的情况，采取了多种减少端部发热的措施在国产或进口发电机的制造厂出厂技术手册中都有进相运行的明确规定并提供了发电机P-Q运行图，且在发电机的铁心端部及压圈、压指上预埋有测温元件，便于运行时监视端部铁心及结构件的发热情况但也应通过试验来确定其进相运行的范围。这是因为制造厂所提供的运行图只是考虑了发电机自身的因素，即静态稳定和定子端部局部发热或由两者共同决定的边界，但是厂用电压降低的情况则通过试验才能确定，此外还要通过试验确定发电机吸收系统无功功率的能力及对系统母线电压的调压效果。对这些发电机在进行进相运行试验时，可不进行端部温度测量，而以各制造厂提供的运行极限图为依据。这类机组包括：近年投产的国产QFQS-200-2型、QFSN-200-2型、QFSN- 300-2型、QFS-100-2型及一些进口机组22试验结果分析根据我们所做的20多台发电机的进相运行试验情况（表1为京津唐电网内几种典型发电机进相运行试验结果）可以分析出以下结果。
22.1励磁调节器所有发电机进相运行试验都是带自动励磁调节器直接进行的，没有进行退出自动励磁调节器的进相运行试验22.2发电机功角情况虽然从理论上和实践上都己证明，发电机带自动励磁调节器后，其静稳定极限功角可超过90*但是，从静稳定储备和安全角度考虑，即使在有自动励磁调节器的情况下，仍应该以功角小于90*作为控制条伟因为在W< 90*的范围内运行时，自动励磁调节器特性不良或者失灵时，并不直接导致发电机失去稳定。因此基于上述考虑，再留出一定的静稳定储备裕度，通常试验将功角的极限值定为70*在试验中仅有个别电厂的发电机在高负荷时功角达到了70*的限制条件，如：下花园电厂2号机京能热电股份有限公司2号机其它大多数机组都是其另外的限制条件首先限制了发电机的进相运行，因此功角都小于70*在这样的范围内进相运行，发电机的静态稳定性是能够得到保证的。
22.3发电机端部发热情况除个别机组外，发电机端部发热不是进相运行的首要限制条件。
只有北京第二热电厂4号机（QFS-60-2型）和高井电厂1号机（TB2-100-2型）的定子端部铁心发热成为发电机进相运行的限制条件其中北京第二热电厂4号机为1975年出厂，冷却方式为双水内冷式，当负荷为30~ 47MW时，分别侩发电几蚺然不用安部1温old酿进相运行至⑶吟在忍（超前）表1几种典型发电机的进相运行试验结果进相试验结果名称发电机型号（超前）母线电压降低％限制因素高井电厂（滞后）端部铁心发热1号机（原苏联制造）京丰热电（三热）7号机（北重电机厂制造）厂用电陡河电厂6号机（哈尔滨电机厂制造）厂用电秦皇岛电厂4号机（上海电机厂制造）厂用电定子电压低大港电厂4号机（意大利Ansaldo制造）厂用电三河电厂1号机（日本三菱制造）厂用电盘山电厂厂用电1号机（俄罗斯制造）行的条件，有c\9组愚赫在进相运酿整高压厂用变压器分头的余地，只有个别电厂尚加bookmark6时，其端部最高温度己达到制造厂的限制值而高井电厂1号机为I960年出厂的氢外冷发电机，己运行40余年。其端部冷却效果较差，因此在有功负荷为100MW及85MW时，功率因数cosh分别为0.99（滞后）和1.00，端部温度己接近极限值，因此不允许进相运行；当有功负荷为45MW时，可进相运行至功率因数cosh=对于其它在试验前埋设了测温元件，进行了进相温升试验的机组，如：下花园电厂2号机溧河电厂6号机、盘山电厂1号机等，这些发电机的端部温度都不高，不成为进相运行的限制条件22.4厂用母线电压情况本次试验中，原则上都是发电机自带厂用分支直接进行试验，只有个别电厂做了带厂用电、不带厂用电的2种情况下的进相试验对于大多数发电机组来说，厂用母线电压降低是进相运行时，其厂用母线电压降低而限制了发电机的进相运行深度。虽然可以通过调整高厂变的分头来提高厂用母线电压，但实际上多数电厂在发电机迟相运行时（功率因数cosh为0.90滞后），其厂用母线电压己接近或超过厂用母线电压额定值的1.05倍（即达到了6.3~6.4kV），如京能热电股份有限公司1号发电机在迟相运行时的数据表2京能热电股份有限公司1号发电机运行数据发电机有功/MW发电机无功/Mvar功率因数（滞后）发电机定子电压/kV厂用母线电压在上述情况下，若再提高厂用母线电压，将对厂用系统产生不利影响，因此，大多数电厂己无调有少量的裕度，可以在必要时适当调整高厂变的分头位置，提高厂用母线电压，使发电机能够提高进相运行的能力22.5功率因数cosh的限制情况根据华北电力调度局的要求，网内发电机进相运行能力应达到cosh=0.95（超前）因此大多数电厂在进相试验时基本上只做到功率因数cosh=0.95（超前）为止，共有13台机组在低负荷时限制条件为cosh=0.95（超前），此时其它限制条件（功角70*端部发热厂用母线电压等）尚未起作用，若能适当放宽低负荷时功率因数的限制值，如csh= 0.90（超前），则这些发电机的进相运行能力可进一步提高22.6母线电压降低情况从27台发电机的进相试验数据来看，发电机进相运行时对母线电压的调压效果是比较明显的，一般可使母线电压降低1%~ 2%左右，最大可达5.8%其中盘山电厂1号机（平均降低12. 5%）大港电厂4号机（平均降低5.3kV，23%）溧河电厂6号机（平均降低5. 5.3%）秦皇岛电厂4号机（平均降低63kV，29%）三河电厂1号机（平均降低4.7kV，21%）调压效果比较明显，其它各电厂的发电机进相运行时也可使母线电压平均降低1.1~4.0kV，有一定的调压效果由此可见，发电机进相运行后，虽然由于厂用母线电压等条件的限制，使发电机吸收系统无功功率的能力有限，但对改善电网无功潮流分布调节系统电压、提高供电质量可起到明显的作甩3结论在发电机进相运行时，为了保证发电机的静态稳定性，发电机必须带自动电压调节器京津唐电网20多台发电机进相运行试验表明，200MW及以上发电机进相运行的主要限制条件为厂用母线电压，且大部分电厂在兼顾额定正常运行和进相运行的前提下，己无调整高厂变分头的余地采用发电机进相运行可有效改善电网无功潮流分布、调节系统电压，对提高供电质量可起到明显的作甩（上接第6页）墙、数据加密和解密、数字签名和数字证书等技术，使系统具有很强的信息安全丨生数据网络应尽量采用专用网络，满足安全性、实时性可靠性的要求22.6全面考虑华北电网电力市场技术支持系统的建设华北电网电力市场技术支持系统的设计应充分考虑各个组成部分的相互关联性和集成性，如服务器、网络设备、网管设备、数据库系统、应用系统的相互关联性，并充分考虑这些设备和系统可扩展性及兼容性；应用模块的开发必须注重独立性、可扩展性、可替换性；应用接口必须符合有关标准，注重全面性、可扩展性及安全性。
华北电网电力市场技术支持系统的建设应具有与其它电网电力市场技术支持系统互联的能力，适应未来区域级、国家级电力市场电力交易的需要，适应由发电侧开放的电力市场向配电侧开放的电力市场过渡的需要3结论华北电网电力市场运营模拟系统不仅可以应用于培训华北电网、各省公司调度人员及交易人员，进行华北电网电力市场技术支持系统的可行性研究，还可以论证华北电网电力市场运行规则的合理性，辅助决策与分析电力市场运营的有关问题，对于建立科学实效的华北电网电力市场，具有重要的意义华北电网电力市场运营模拟系统的推广应用需要华北电力集团公司及各省公司调度、计划营业、财务以及科研部门的协作配合才能完成京津唐电网经济调度程序设计了电力市场接口，应在现有的能量管理系统（EMS）的基础上，尽快开展这项工作，充分地利用企业内部资源，使科技成果转化为生产力，以提高华北电网电力市场运营水平，确保华北电网安全、稳定、优质、经济运行质量是企业的生命线