郑宇明，韩临慧

（1.山西电力科学研究院，山西 太原 030001；2.太原供电分公司，山西 太原 030012）

水轮发电机进相运行功角计算与试验验证

郑宇明1，韩临慧2

（1.山西电力科学研究院，山西 太原 030001；2.太原供电分公司，山西 太原 030012）

介绍了水轮机的特性，详细分析了水轮发电机的功角特性，提出一种功率角的计算方法，并对功率角计算值和实测值的差值做出对比分析。

水轮发电机；进相运行；功角分析

0 引言

功角是表征同步发电机运行状态和判别电力系统稳定性的重要参量。它的改变要引起有功功率及无功功率的改变。在发电机进相运行时，伴随着进相深度的增加，发电机功角不断拉大，静稳定极限也随之下降。因此，发电机功角同时是影响机组进相深度、控制发电机进相运行的重要指标。

1 水轮发电机特性

水轮发电机组作为一个整体，水轮机和发电机的特性是紧密相连的。水轮发电机是凸极式发电机。

1.1 凸极式发电机特性

气隙不均匀，有明显的磁极，转子铁芯短粗。凸极同步电动机转子有明显的磁极，转子磁极中心线附近气隙最小，磁阻最小，磁导最大；而在转子磁极几何中心线处气隙最大，磁阻最大，磁导最小，所以磁通所走的路径不同，所遇的磁阻不同，对应的电抗参数也就不同。

1.2 凸极式发电机的功角特性

凸极式发电机的功角特性方程为[1]

由公式 （1）、（2）可得出

式中：Eq——空载电势；

xd、xq——发电机直交轴同步电抗；

U——机端电压；

δ——功率角。

公式（1）可以表示为

公式（4）中第一部分PE1是主电磁功率或基本电磁功率，第二部分PE2是磁阻功率或附加电磁功率，由于水轮发电机是凸极同步发电机,直轴和交轴同步电抗不相等（xd≠xq）,因此出现了一个按两倍功率角的正弦sin 2δ变化的功率分量。……