蔡泽鹏

（广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 522000）

0 引言

随着我国用电负荷不断创新高，能源资源与电力负荷分布的不平衡问题日益凸显，区域间电网连接愈加紧密，跨区电网快速发展。而随着西电东送规模的不断扩大以及超高压远距离输电线路的持续新增，广东电网无功储备不足的问题引起了更多关注[1]。系统存在过剩的无功会导致系统电压升高，甚至越过正常运行时允许的电压上限，不仅影响供电电压质量，严重时还会威胁电网安全。

发电机进相运行是一种无须增加额外设备的调压手段，具有平滑无级调压的特点，兼顾了经济性和高效性，是维持电能质量的有效措施之一[2]。按照广东电网调控分析〔2019〕12号文对机组进相深度的要求，本文以广东某电厂A机组为例，通过进相试验方式对超超临界机组发电机进相能力进行探析。

1 设备主要参数

该机组采用东方电机股份有限公司生产的QFSN-1000-2-27型发电机，额定容量为1 120 MVA，额定定子电压为27 kV，额定电流为23 949 A，采用自并励励磁方式。该发电机配套主变为保定天威保变电气股份有限公司生产的SFP-1140000/500型变压器，额定容量为1 140 000 kVA，额定电压为525±2×2.5%/27 kV，采用YNd11接线组别。

2 试验限制条件

进相中如有以下任意一个条件不满足，即保持运行工况，此时的进相无功就是实际的进相深度。

（1）系统电压保持不低于525 kV（调度允许500 kV母线最低运行电压）。

（2）发电机机端电压保持不低于0.9Ue（24.3 kV）。

（3）发电机机端电流不高于Ie（23 949 A）。

（4）考虑电动机的正常运行，6.0 kV厂用母线电压不低于0.95Ue（5.7 kV），380 V低压厂用母线电压不低于0.95Ue（361 V）[3]。

（5）发电机功角不大于70°，励磁调节器自动方式运行时可适当放宽，但不得超过80°。

（6）定子铁芯及端部构件的温度不大于温度限值：定子线圈温度≤90 ℃；定子铁芯温度≤120 ℃。

3 试验结果

3.1 试验工况

该电厂A机组发电机额定有功功率为1 008 MW，由于受到客观燃料限制，该机组最大稳燃负载为960 MW，故分别在最大稳燃负载960 MW、75%额定功率750 MW及50%额定功率500 MW下开展进相试验。机组进相试验过程中，主变运行在2挡，A高厂变为有载调压，在试验中调整到15挡，B高厂变为无载调压且运行在3挡，厂用电未做切换操作。

3.2 发电机电气量

（1）最大稳燃负载960 MW工况下，当机组无功功率进相至约-253 Mvar时，发电机功角达到了77.58°，接近限制值，380 V母线电压下降至361.70 V，达到限制条件，功率因数为0.967 0（超前），500 kV母线段电压下降至533.12 kV，为了机组的安全稳定，停止进相，则认为机组在该工况下的最大进相深度为-253 Mvar。故在有功功率为960 MW时，将低励限制定值整定为-220 Mvar。

（2）75%额定功率即750 MW工况下，当机组无功功率进相至-275.2 Mvar时，发电机功角达到了76.29°，接近限制值，380 V母线电压下降至364.2 V，500 kV母线段电压下降至534.32 kV，功率因数为0.938 6（超前），为了机组的安全稳定，停止进相，认为机组该工况下的最大进相深度为-275.2 Mvar。故在有功功率为750 MW时，将低励限制定值整定为-240 Mvar。

（3）50%额定功率即500 MW工况下，当机组无功功率进相至约-290.1 Mvar时，发电机功角达到了73.46°，接近限制值，380 V母线电压下降至364.82 V，500 kV母线段电压下降至534.28 kV，功率因数为0.867 0（超前），为了机组的安全稳定，停止进相，认为机组该工况下的最大进相深度为-290.1 Mvar。故在有功功率为500 MW时，将低励限制定值整定为-250 Mvar。

由表1可以看出，在进行最大稳燃负载960 MW、75%额定功率750 MW及50%额定功率500 MW工况的进相试验过程中，发电机的电压、电流变化规律正确，发电机功角达到限制值，构成三个工况进相深度的限制因素；励磁电压和励磁电流的变化规律与无功功率的变化相符合，厂用系统电压随进相深度的增加呈下降趋势，在机组额定功率工况下380 V厂用系统电压最低达到了361.7 V，厂用系统电压构成额定功率工况的进相深度的限制因素，其他工况厂用系统电压未构成机组进相深度的限制因素。

表1 发电机不同工况下电气量

3.3 发电机冷却温度

由表2可以看出，在最大稳燃负载960 MW工况的进相试验过程中，发电机空气冷却温度随进相深度的增加变化不大，基本保持稳定，温度也小于规程中允许的发电机冷却温度的要求，发电机冷却温度不构成进相深度的限制因素。

表2 发电机线棒出水温度变化情况

3.4 发电机铁芯及绕阻温度

由表3可以看出，在最大稳燃负载960 MW工况的进相试验过程中，发电机铁芯温度远低于允许的最高温度120 ℃，定子绕组温度低于允许的最高温度90 ℃，在进相运行中，发电机的铁芯和绕组温度不构成进相深度的限制因素。

表3 发电机定子铁芯及绕组温度变化情况

4 低励限制曲线整定

4.1 定值整定

该机组配套励磁系统为GE 2100EX，由于GE励磁系统低励限制器定值为11点拟合[4]，根据进相试验数据，最终励磁调节器低励限制环节整定值如表4所示，对应低励限制曲线如图1所示。

图1 低励限制曲线图

表4 低励限制环节整定值单位：p.u.

4.2 低励限制动作试验

将低励限制按以上定值整定，在机组有功功率750 MW，无功功率-220 Mvar的工况下，缓慢减少励磁电流，无功功率随之降低，当达到限制定值时，低励限制报警动作，减磁无效，集控室发低励限制动作光字牌，报警正常。

5 结束语

该超超临界机组发电机进相试验数据分析表明，厂用电380 V母线电压及发电机功角达到限制值，构成进相运行的限制条件，在实际进相运行时应予以重点关注和监视。而500 kV系统电压、6.0 kV厂用母线电压、发电机冷却温度等有足够裕度，不构成进相深度的限制因素。综合试验结果可知，该机组具备一定的进相能力，在进相能力范围内可参与电网无功优化。

发电机进相运行可通过吸收过量无功功率来调节系统电压，增加电网的无功储备，提高系统的动态稳定性[5]。但是发电机进相运行的限制因素很多，包括机端电压、系统电压、厂用电压、定子铁芯温度、发电机冷却温度等。为了机组运行的安全稳定，发电机的进相深度需由厂家提供参数及专项的发电机进相试验确定。随着超超临界机组所占发电比重不断攀升，系统复杂度持续提高。本文对超超临界机组的发电机进相能力进行了探析，不仅可为该机组的进相运行提供依据，还可为同行业机组提供参考。