王 伟

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

电力系统在节假日或午夜等系统负荷处于低谷时间段，电网中常出现大量无功过剩情况，结果导致电网电压升高，甚至超过电网电压的允许值，这不仅影响了供电质量，还会使电网损耗增加，影响电网的经济运行，同时也威胁电气设备特别是磁通密度较高的大型变压器的安全用电。利用发电机进相运行来吸收电网过剩的无功功率，可以解决电网低谷运行期间无功功率过剩、电压过高问题，发电机进相运行是改善电网电压质量最有效而又经济的必要措施之一。

发电机进相运行要确定发电机静态稳定极限问题、发电机端部铁心因漏磁引起发热和机端电压降低等问题。由制造厂提供的发电机运行极限图是按照发电机设计参数确定的，不能直接作为发电机进相运行的依据，故发电机进相运行参数还需通过试验来确定。

1 发电机进相试验准备

方家山核电的汽轮发电机构造及原理和火电机组的基本相同，因此核电机组进行试验的限制条件按照《同步发电机进相运行试验导则》中火电机组的要求来确定，进相运行的限制条件主要包括：发电机功角、机端电压、厂用电电压、主变压器高压侧电压、发电机定子端部温升、发电机静态稳定性等。其中静态稳定性限制主要体现在进相无功和功角的控制。发电机无功进相参照发电机静稳圆并保留适当裕度[1]。

表1 2 号发电机参数表

表2 2 号主变主要参数表

1.1 进相试验限制条件

根据同步发电机进相试验导则(Q/GDW 746-2012)确定了进相试验限制条件具体要求：根据功角相对于极限功角90°要留有15 至20°的安全裕度，试验前确定发电机功角不能超过70°；发电机机端电压不小于90%额定电压（24*0.9=21.6KV）；机端电流不大于额定电流29108A；厂用电电压不低于95%额定电压（6.6*0.95=6.27KV），进相试验时厂用电不低于6.3KV；主变压器高压侧电压即500KV 母线电压不低于电网规定值；发电机定子线圈、定子铁芯、铜屏蔽等各部位的温升不超过机组运行中的限制值。

1.2 方家山核电机组基本情况介绍

秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）以下简称方家山核电厂，规划建设2×1000MW 级核电机组，机组分别以发电机-主变压器单元接线升压至500kV 系统，发电机出口设断路器。发电机出口由封闭母线经出口开关与主变压器及两台高压厂用变压器连接。励磁方式为自并励旋转无刷励磁系统。本文针对2 号发电机组进相试验进行分析。

2 号发电机参数及失磁保护定值见表1，2 号主变主要参数见表2。

2 低励限制与失磁保护分析

试验前首先分析了发电机低励限制曲线和发电机失磁保护配合关系，低励限制应先于失磁保护动作，避免发电机进相运行时进入发电机失磁保护动作区造成失磁保护误动作。方家山发电机的失磁保护是在阻抗坐标系内按照发电机的异步阻抗圆整定的，励磁系统的低励限制曲线是在PQ 坐标系内整定的。为便于比较低励限制与失磁保护配合关系，需将失磁保护从阻抗坐标系转换到PQ 坐标系中。

2.1 发电机失磁保护与低励限制曲线

方家山2 号发电机失磁保护转换至PQ 坐标系后的功率方程如下[2]：

式中X0=Z11+（Z21-Z11）/2=0.541Ω，R0=(Z21-Z11)/2=0.466Ω，发电机电压取U=0.95Un。将其代人式（1）得发电机失磁保护功率圆：

P2＋（Q＋3714）2＜32002曲线1

由导则Q/GDW 746-2012 可知，发电机静稳功率极限圆方程为：

式中：UG为发电机机端电压；X∑S为发电机外电抗；XG为发电机直轴同步电抗。结合发电机的实际运行工况，静稳极限功率圆应留有一定的储备系数，一般取为10%，即静稳圆圆心和半径乘以系数0.9[3]，将方家山参数代入式（2）得发电机静稳圆：

励磁系统低励限制定值见表3。

表3 低励限制定值表

2.2 同一坐标系内分析

将失磁保护功率圆、发电机静稳圆和低励限制曲线绘制在同一PQ 坐标系内，如图1 所示。

图1 PQ 坐标下失磁保护、低励限制曲线图

图1 中，曲线2 为发电机静稳圆，圆内为稳定区；曲线1 为发电机失磁保护功率圆，圆内为动作区域；曲线3 为励磁系统低励限制曲线，曲线下方为低励限制动作区域。从图中可看出，低励限制曲线在失磁保护功率圆上方，两者配合合理，裕度充分；低励限制曲线在发电机静稳圆内，两者之间裕度充分；发电机静稳圆与失磁保护功率圆存在部分重叠，但由于低励限制曲线与失磁保护功率圆之间有较大裕度，发电机在进相运行时会受到低励限制曲线限制，不会进入失磁保护圆内发生失磁保护误动作的情况。

3 进相试验分析

3.1 进相试验数据

试验期间2 号发电机自动励磁调节装置投入运行，主变设置为额定档。由于方家山核电机组运行时无辅助变供厂用电的运行方式，所以试验只在高压厂变供电的方式下进行。为确保厂用电安全，试验时未调整高压厂变的档位。进相试验在如下三种工况下进行：

工况一：P=545MW，Q=-94.1Mvar（进相）；

工况二：P=785MW，Q=-64.4Mvar（进相）；

工况三：P=1089MW，Q=-15.4Mvar（进相）。

进相试验测量的电气量数据见表4，测得的发电机温升数据见表5[4]。

表4 电气量测量数据表

表5 发电机温升数据表

3.2 数据分析

由表4 和表5 可知，在三个进相试验工况中，发电机功角均控制在70 度以内；发电机机端电压均不低于预定限值21.6KV 并有一定裕量；发电机定子线圈、定子铁芯、铜屏蔽等各部位的温度都在其温度限值内并有较大裕度；500KV 母线电压不低于系统规定值；只有厂用电6.6KV 母线电压最低达到6.3KV，接近最低限值，因此厂用电电压是限制三个工况下机组进相深度的主要原因。为确保机组及厂用电安全，试验时采取保守原则，进相试验终止于厂用电电压限值。

根据上述图表中数据，试验的三种进相工况保留了足够的静稳定裕度。厂用电电压虽然接近预定限值，但发电机电流和主要厂用负荷的电流上升不大并低于额定电流，并且厂用变压器低压侧电压在允许运行范围内。因此机组在上述进相工况下能够安全稳定的运行。

4 结语

方家山2 号发电机组在三个进相试验工况下所测得的电气量、功角和发电机各部位温升数据表明，方家山2 号发电机具备相应工况下进相运行的能力。发电机进相运行扩大了机组稳定运行范围，增加了电网调度对系统有功、无功潮流调配能力，保障系统电压变化更加平稳。

［1］Q/GDW 746-2012.同步发电机进相试验导则[S].北京：中国电力出版社,2012.

［2］孟凡超.发电机进相运行引起失磁保护误动作的事故分析[J].陕西电力,2011(04):82-84

［3］郭春平,余振,殷修涛.发电机低励限制与失磁保护的配合整定计算[J].中国电机工程学报,2012,32(28):129-132

［4］俞卢涛.方家山核电工程2 号发电机进相试验调试报告[S].中核核电运行管理有限公司方家山调试队,2015:24-42.