1 前言彭城电厂1号机组发电机为上海电机厂引进美国西屋公司生产技术生产的改进优化型QFSN-300-2型水氢氢汽轮发电机，容量为300MW，采用高起始响应无刷励磁系统，励磁调节器为中国电力科学研究院生产的WKKL-1B型微机励磁调节器。

根据《发电机运行规程》第47条要求，发电机能否进相运行应遵守制造厂的规定，制造厂无规定的应通过试验来确定。

试验前中国电力科学研究院对试验的工况进行了静态稳定的估算，并经彭城电厂及江苏省电力调度中心认可，最后确定了进相试验工况。

试验由中国电力科学研究院负责，现场指挥操作由彭城电厂负责；进相试验于2002年3月9日－10日进行。

彭城电厂1号发电机主要参数如下：型号：QFSN-300-2额定容量：300MW额定电压：20000V额定电流：10189A额定励磁电压：302V额定励磁电流：2510A额定功率因数：0.85额定转速：3000rpm额定氢压：0.31Mpa额定冷氢温度：46℃励磁机额定励磁电压：16V励磁机额定励磁电流：147AX d＝ 1.86 X’d＝ 0.223 X’’d＝ 0.16T d o＝ 8.15S T’d＝ 0.91S T’’d＝0.041S2 试验目的2.1 由于超高压、长距离输电线路的日益增多，线路充电功率给电网的安全、稳定运行带来一系列问题，在线路轻载时，母线及线路电压过高的问题尤为严重。

采用发电机进相运行吸收过剩无功，降低母线电压是解决母线及线路电压过高问题的一种方法。

但由于发电机进相运行时对系统稳定和其端部发热等有不良影响，所以需要进行发电机进相试验，核定进相运行范围，并获取在进相运行时220KV 母线及厂用电压变化的经验数据。

2．2 通过进相试验，验证低励及继电保护的正确性。

指出在保护、监测方面存在的问题。

3 发电机进相运行的限制因素彭城电厂工程设计装机为2台300MW 机组，两条220KV 母线为双母带旁路接线方式。

彭城电厂与系统联系紧密，机组在进相运行时，如果电网有大的扰动，进相机组不会对主网的暂态稳定构成威胁。

发电机进相运行时主要受发电机端部结构件温升和静稳极限等的限制。

3.1 发电机静稳极限的限制发电机在不同有功负荷下所能吸收的无功最大值，随发电机有功负荷的改变而改变，因此首先计算在某些特殊运行点的进相无功值，以及进相状态下最大功率角δ值，进而推广到其它情况。

等值电路图如下：E q I U f U xt○○○○X d X b X由等值电路图，其中E q 为发电机内电势，X d 为发电机同步电抗，U f 为发电机端电压，X b 为主变电抗，X 为线路电抗，U xt 为系统电压。

由于彭城电厂母线出线较多，系统电压不易确定，且归算下来的线路电抗X 也比较小，所以本次计算可近似的将220KV 母线电压作为系统电压，主变电抗X b 做为系统电抗X xt 。

通过一系列的计算可求出进相时功角的限制值：df d dff df QX U PX arctg X U Q U X U Parctg +=+=2δ从汽轮发电机功率关系式：可以看到发电机在进相运行时，进相深度增加，发电机E q 降低，U xt 相应的有所下降。

为了保持有功P 不变，而δ角的增大使发电机静态稳定度降低，根据静稳定判据d p /d δ>0,也就是功角δ<90°范围内，发电机具备静稳定能力，为了获得一定的静稳定储备，一般采用按功率限制的办法，如静稳定极限按发电机的额定有功0.1P e 计算，估算得功角δ=70°，为静稳定限制值。

此时发电机的稳定储备系数K=1.06,可有6%的静稳定储备。

因此我们在试验中监视功角δ应不超过65°，作为防止发电机失稳条件。

根据计算最大进相无功不得超过150Mvar 。

3.2 受定子端部发热的限制发电机组进相运行时，定子边段铁芯和端部结构件的发热会增高，甚至会超过其允许温度限额，这也是限制发电机进相运行的因素。

这是因为，当发电机进相运行时，定子和转子绕组端部的漏磁场叠加，造成发电机端部的合成磁密增高，并对定子以同步转速旋转，在边段铁芯和结构件中引起损耗，并且损耗值与轴向磁密的平方成正比，所以此时会引起边段铁芯和端部结构件压板，铜屏蔽等发热增加，对发电机稳定运行产生较大影响，从而限制了发电机的进相运行深度。

发电机边段铁芯和端部结构件的温度限额如下：定子铁芯轭部：<120℃ 定子铁芯齿部：<120℃ 定子铁芯端部：<120℃ 定子槽内线圈：<90℃ 定子线圈出水：<81℃ 定子线圈进水：<50℃ 冷氢：<46℃ 出油：<70℃δsin bd xeq X X U E P +∙=轴瓦：<90℃磁屏蔽和铜屏蔽及压指：<180℃3.3 受厂用电压的限制在进相运行时，由于发电机端电压下降，厂用电压将下降。

按要求不得低于厂用电压额定值的95%，彭城电厂1号机组厂用变不是有载调压变压器，厂用电压下降至额定值的95%时会影响厂用正常工作，所以发电机的进相深度以厂用电压下降不低于额定值的95%为限。

3.4 调节器方面的限制彭城电厂1号机的励磁调节器是电科院研制的WKKL型微机励磁调节器。

试验前预置了四组可供选择的低励限制曲线，以备进相试验结束后，按试验结果及调度要求选一组低励限制曲线作为运行曲线。

为检查进相运行时微机自动励磁调节器的运行稳定性及低励限制性能，在进行进相运行试验时选择第一组低励限制曲线实际进行检验。

3.5 保护方面的限制在进相运行时，由于发电机电压降低，励磁减少，经过电压闭锁的一些保护可能误动，所以要检查失磁保护，对称过负荷，阻抗保护的定值。

另外，厂变复合电压过流保护也应在试验中加强监视。

4 试验方法及测量对象4.1 试验方法试验选在负荷低谷时进行。

在试验过程中将1号发电机WKKL励磁调节器放在自动状态。

厂用电仍由#1高厂变供电，电网运行于正常状态。

试验工况按表1逐一进行，测量表计于试验前接入。

试验时在调节至测温升工况后，稳定至各温度测点温升每小时不超过1℃时，测取发电机端部各结构件温度和运行参数，在端部结构件有较大裕度情况下，继续调节无功至测参数工况，测取各运行参数。

然后再进行下一个工况试验。

4.2 试验工况及测量对象表1 进相试验工况表2 电气测量对象及仪表表3定子铁芯及端部测温点表4 温度测点及测试5 试验结果和数据分析5.1 试验结果试验结果见表5~9表5 进相运行实测数据表6 冷却介质温度数据表7 定子铁芯机端部结构件温度和温升数据注：表中55－65测点温升数据系当时工况下与汽端冷氢温度之差；68－140测点温升数据系与励端冷氢温度之差；66、67测温点损坏，其数据没有记录。

9注：表中所列温升数据系当时工况下各测点温度与冷却介质温度之差；P、Q的单位分别是MW和Mvar。

105.2 数据分析发电机的运行范围由于受冷却条件、电压水平、系统运行方式、自动励磁调节器以及发电机参数的非线性（饱和作用）等多种因素的影响，进相运行的可能性决定于发电机端部结构件的发热和在电网中的运行稳定性。

5.2.1 端部温度发电机进相运行时，其端部磁密的增高造成端部铁芯和各部件的温度较该机迟相运行时要高得多。

这可以从实测结果看到，特别是铜屏蔽（68号测点）温升变化最明显，其中在P=170MW、Q=－82.6Mvar时，铜屏蔽的温度最高达264℃，温升达222.9℃超过温度限额（180℃）达84℃之多；在P=301MW、Q=15.5Mvar，发电机尚未进相运行时，铜屏蔽（68号测点）的温度就高达169℃，温升为125℃，接近温度限额（180℃）。

其它端部结构件和端部铁芯温度在进相时也有明显上升（定子线圈温度第12号测点温度相对其它测点温度上升速度快），但距温度限额相差较大，有足够的裕度。

因此该机在目前进相深度情况下受端部构件发热的限制，特别是受铜屏蔽发热的限制尤为明显。

5.2.2 静态稳定极限从表5的数据看，发电机在1号发电机进相最多时，功角δ为50.1°；在P=246.4MW、Q=－38.4Mvar时，δ为42.8°；在P=301MW、Q=15.5Mvar时，δ为44.2°；功角δ均未超过规定的65°的静稳定极限。

因此发电机在目前进相深度情况下不受功角δ的限制。

在试验过程中，失磁保护、厂变复合电压过流保护等均未动作，低励限制用第一组曲线（拨码开关在00位），在进相运行过程中没有动作，而且尚有裕度。

6 进相运行的降压效果在进相运行时，随着进相运行深度的增加，其中功角δ逐渐增大，吸收系统无功功率Q增多，系统电压相应下降。

从表5数据可以看出每进相20Mvar无功，220KV系统电压降低1000V左右，其降低效果是明显的。

而发电机端电压在进相时明显下降，最低时为18.9KV，下降5.5％左右。

在这次进相运行过程中，厂用电压下降到5.77KV，尚未达到限制值厂用电压额定值的95％(5.7KV),因此1号发电机在目前进相深度情况下，厂用电压是符合要求的。

7 计算结果分析中国电力科学研究院在进行试验前，根据试验条件对进相试验的各个工况点进行了静态稳定的计算，得到进相试验允许的各个工况点和各个参数值。

从试验结果表5看出，实测的发电机功角都比计算值小，其原因是发电机进相运行时，端电压U f是个变量，若维持发电机的有功功率P恒定进相运行，则随着进相深度的增加，吸收的无功功率增多，电压U f就相应降低。

另外制造厂提供的发电机同步电抗X d值设计为非饱和值，随着进相深度和机端电压的改变，发电机会饱和，而且饱和程度也不同，因此电抗X d值是与发电机进相深度有关的变量，比非饱和值要小。

同时由于1号发电机未作空载试验，故X d的实际值未知，X d 的设计值比实际值偏大。

以上原因造成了实测的发电机功角δ比计算值要小。

8 结论8.1 通过进相试验可以看出，发电机进相运行在一定条件下对彭城电厂220KV 母线电压长期过高超标有所改善。

但是因为1号发电机在进相运行时，端部结构件“铜屏蔽”处的温升过高，远远超过其额定值，严重影响了发电机的进相时的稳定运行。

因此，需要1号发电机进相运行时，一定要密切监视其端部结构件的温升。

具体的运行经验参数参照表5。

8.2 从测试结果数据看，发电机在进相运行时部分端部结构件（铜屏蔽）的温升很高，限制了1号发电机的进相能力。

例如与之同厂家、型号及参数的甘肃靖远电厂5号发电机相比，温升严重偏高。

甘肃靖远电厂5号发电机最大进相工况时端部结构件最高温度为97℃，温升仅58℃。

这说明1号发电机在制造上存在一定缺陷，进相能力偏差。

8.4 进相运行时厂高变低压侧6KV母线电压明显降低，但是并未超过厂用电压限制值5.7KV。