陆海
（江苏国信扬州发电有限责任公司 江苏 扬州 225000)
摘要：文章介绍了某发电厂30%深度调峰负荷工况下，发电机开展进相试验的试验方案和试验结果，分析实验数据，结果表明：在30%深度调峰负荷工况下，发电机组仍具有进一步的进相运行能力，能有效解决电网低谷运行期间无功功率过剩、电网电压过高的问题。探索出适合630MW发电机组30％负荷深度调峰安全运行的经验和措施。
关键词：深度调峰；发电机；进相运行；试验分析
0 引言
近年来，江苏省风电、光伏新能源装机规模不断增加，同时整体受电规模也大幅提升，电网调峰矛盾日益突出。为缓解江苏省出现的调差缺口矛盾，这些形势变化要求现有630MW发电机组进一步挖掘深度调峰能力，在不改造设备前提下，机组近期能实现30％负荷安全运行，远期能实现更低负荷的深度调峰。
本文以国信扬电630MW汽轮发电机组30%深度调峰负荷工况下的实际进相运行试验，记录机组进相运行数据，对低励限制静态和动态功能验证，并给出低励限制定值，以保证发电机组及电网的安全运行。
1 影响发电机进相运行的制约因素
1.1静态稳定限制
发电机与无限大系统并列运行时，理论上讲当整步功率0时，发电机运行是稳定的。同时考虑到发电机并非与无限大系统直接并列运行，国信扬州发电有限责任公司的2号发电机需经过主变、500kV线路联到500kV电网，本次试验取发电机的激磁电势与电厂500kV母线之间的夹角70为静态稳定限额。
1.2定子端部铁芯和金属结构件的温度限制
发电机由迟相运行转移至进相运行时，发电机的端部漏磁会增加。定子端部漏磁通与转子端部漏磁通的磁路不一致，它们各自的磁阻（Rs和Rr）也就不同。对于定子端部某一点，定子电枢反应磁势引起的端部漏磁通ea易于通过，而转子漏磁通进入该点所遇到的磁阻要大一些。因此仅有一部分转子漏磁通经过气隙进入定子端部，如图1(a)中的AD，可等效其值e0=0(0为转子端部漏磁通,由图1(a)中的AB表示，==1，一般取=0.30.5)，此时端部合成漏磁通e如图1(a)中的CD。保持电机容量不变，且发电机端电压不变，即保持定子电流不变时，ea为一定值，发电机由迟相运行（如功率因数角1）转移至进相运行（如功率因数角2）时，定子端部磁势相量图由ACB变为KCB，CD’表示在此工况下的定子端部某点的合成漏磁通，显然CD’CD。因此，发电机由迟相运行转移至进相运行时，定子端部的合成漏磁通要上升，且随着进相深度的增加，上升的速度也增加。而端部损耗发热引起的温升与端部合成漏磁通密度的平方成正比，所以定子端部铁芯和金属结构件的温度有可能成为进相运行的限制条件。
国信扬州发电有限责任公司的2号发电机为美国西屋公司生产的THAR-741000-3000-2-20000型水氢氢汽轮发电机。机组端部有铜屏蔽，能有效改善端部的发热状况。
图1 (a) 定子端部漏磁通相量图 (b) 定子端部漏磁通随功率因数变化的关系
1.3低励限制和失磁保护
低励限制的主要作用是防止进相过分时的失步。低励限制的动作值是按发电机静态稳极限并留有一定余量进行整定的。
发电机的失磁保护如果退出，一旦发电机失磁，发电机转子电流将按指数规律衰减，同时将过渡到异步运行阶段。特别是此时发电机将从电网大量吸收无功，从一些试验值看，发电机失磁异步运行时，由电网吸收的无功功率平均值与输出的异步有功功率平均值之比值约为1.88，因此在试验过程中失磁保护应投入。
1.4厂用电压的影响
发电机进相运行时，发电机的端电压将会大幅下降。由于其高厂变直接与发电机出口相连，因此将会引起厂用电压的下降。考虑到有关发电机运行规程的要求和适当的安全裕度，一般拟以厂用电压的95%作为控制限额。
2 机组设备参数
国信扬州发电有限责任公司的2号发电机为美国西屋公司生产的THAR-741000-3000-2-20000型水氢氢汽轮发电机，容量为741MVA，励磁系统形式为自并励静止励磁方式，励磁调节器为南瑞公司生产的NES5100型调节器。发电机技术参数表详见表1。
3 试验运行方式及试验数据
在30%深度调峰工况下开展机组进相试验，低励限制静态和动态功能验证，试验时，机组AGC、AVC退出运行，发变组失磁保护退出投信号，AVR投入运行；系统全接线全保护运行，同厂其余机组AVC退出。考验30%深度调峰工况下机组进相能力（-165.8Mvar）要深于50%PN下进相能力（-162Mvar），满足电调〔2017〕198号《江苏电网统调发电机组深度调峰技术规范》要求，并给出低励限制定值。原不同负荷下发电机进相深度分别为：有功300 MW时，无功-160 Mvar；有功450 MW时，无功为-147 Mvar；有功600 MW时，无功为-120 Mvar。详见表2至表4。
表2 当前低励定值
注：功率因数负数代表进相运行。
4 试验数据分析
4.1 运行稳定方面
2号发电机在有功约为184.5MW，进相到功率因数为进相0.74时，发电机无功为-165.8Mvar，发电机定子电压降至18.9kV，其额定电压的94.5%，发电机测量功角53.1。本次试验中，发电机机端电流最大为6.4kA，远低于额定定子电流21.391kA。
由此可见，在本次试验进相范围内，机组机端电压均大于90%；机端电流小于额定电流，发电机功角都在70以内。因此，在本次试验范围内，发电机能满足静稳和暂稳的要求。
4.2 温度方面
2号发电机所有温度测点温度均不超标，最高温度点出现在定子铁心，最高温度为60.2C，远低于120C的限额。因此，可以认为发电机因进相运行而引起的温升，在不超过本次试验的运行范围时，不对该机的安全运行构成威胁。
4.3 厂用电压方面
随着进相的深度增加，其厂用电压随之下降。根据发电机的运行规程和电厂的实际情况，规定了10.5kV厂用电压控制在9.8kV以上，3kV厂用母线电压降至2.95kV，400V系统的电压控制在361V以上。有功负荷约为184.5MW时，当功率因数为进相0.74时，10.5kV厂用母线电压降至9.9kV，400V母线电压降至368.5V，3kV厂用母线电压降至2.92kV，达到限制条件。厂用重要设备未出现超温等异常现象。
4.4 对电网电压的调压作用
从整个试验过程中可观察到，发电机的进相运行，对系统电网降压效果较明显，但由于电网电压本身波动，电网电压变化跟实际电网因机组进相的降压效果有所区别。
在发电机有功约为184.5MW负荷试验中，无功从40.0Mvar降到-165.8Mvar，系统电压从试验开始时的517.8kV降到试验结束时的515.0kV，试验过程中降压2.8kV。
4.5 低励限制及失磁保护
1）整个试验过程失磁保护未动作
2）对低励限A通道制静态录波，试验前低励限制定值设为0，当无功降至2Mvar时，低励限制动作并将无功维持在11Mvar左右，抑制了无功进一步降低，低励限制动作时，有功等参数正常。
3）对低励限制A通道动态验证录波，在给定电压1%下阶跃时，无功由14Mvar迅速降至-4Mvar，低励限制动作并将无功维持在7Mvar左右，抑制无功进一步降低。低励限制动作时，有功变化不大。
4）南瑞公司生产的NES5100系列励磁调节器低励限制有功可更改，退出平移使能控制，低励限制动作值不受机端电压变化影响，可以准确动作。由于调节器低励限制有功值可更改，低励限制整定曲线和机组进相能力完全重合。低励限制整定值见表5。
表5 低励限制整定值
5 建议
发电机进相运行时，系统电压不低于本次试验情况下，在本次试验的运行范围内，机组机端电压大于90%，定子电流小于额定电流，厂用电压满足要求，失磁保护不动作满足要求，发电机功角小于70。发电机进相运行在深度调峰工况下进相限制条件为3kV母线电压降至2.95kV。深度调峰下进相能力要深于50%PN下进相能力，深度调峰下机组进相能力满足规范要求。根据正常工况下进相报告、深度调峰试验数据以及低励限制动作特性，给出各有功工况下机组运行允许进相能力建议值，详见表6。
表6：机组运行允许进相能力建议值
6结论
通过对该电厂630ＭＷ 机组发电机组深度调峰至30％ 额定负荷的运行试验进行研究，该机组励磁调节器低励限制功能完善，整定后的低励限制曲线在机组进相能力曲线以内，确保机组进相运行时，在达到机组进相能力前，低励限制动作。在试验中总结了一些经验，以供深度调峰日常运行参考，同时发现了一些设备与系统的不足之处，以供及时改进。
参考文献：
[1]《江苏电网统调发电机组深度调峰技术规范（试行）》 电调（〔2017〕198号) 3-6.
[2]江苏省电力试验研究院《扬州第二发电有限责任公司2号机组深度调峰工况下进相能力试验报告》DJ-BG-2019-1215.
[3]王成亮，王宏华．同步发电机进相研究综述[J]．电力自动化设备，2012，32(1 1)：131-135．
作者简介：
陆海，男，1973 年5月生，江苏镇江人，大学本科，现供职于国信扬州发电有限责任公司，现任工程师/技师, 主要从事发电厂生产运行工作。