發(fā)電機的安全運行極限與P-Q曲線

發(fā)電機的安全運行極限與P—Q曲線在生產中的應用河北大唐國際2021/6/271摘要將發(fā)電機P—Q曲線圖通過DCS系統(tǒng)做成監(jiān)視畫面，使運行人員能及時、方便、準確地了解發(fā)電機的運行狀況，及時做出調整，確保機組的穩(wěn)定運行。2021/6/272摘要本文重點闡述了將發(fā)電機的P—Q曲線圖在DCS系統(tǒng)上做成監(jiān)視畫面后，使運行人員多了一種直觀、方便的監(jiān)視手段，從而達到在各種運行工況下，都能給值班人員提供即時、準確的參考信息。此項工作在實際實施過程中還需要熱控人員的大力配合，共同探討，使監(jiān)視畫面發(fā)揮其最大效用。2021/6/273概述隨著發(fā)電機組容量的不斷增大，對機組各運行參數(shù)的監(jiān)視要求更準確、及時、全面，目前DCS系統(tǒng)具備了上述要求的基本功能，但尚需我們進一步開發(fā)、利用這一先進的監(jiān)視手段，使其發(fā)揮最大作用，服務于機組的運行監(jiān)視。2021/6/274一、發(fā)電機的安全運行極限在穩(wěn)定運行的條件下，發(fā)電機的安全運行極限決定于下列四個條件：1)原動機輸出功率極限。原動機（汽輪機）的額定功率一般都稍大于或等于發(fā)電機的額定功率而選定。2)發(fā)電機的額定容量，即由定子繞組和鐵心發(fā)熱決定的安全運行極限。在一定電壓下，決定了定子電流的允許值。2021/6/275一、發(fā)電機的安全運行極限3)發(fā)電機的最大勵磁電流，通常由轉子的發(fā)熱決定。4)進相運行的穩(wěn)定度。當發(fā)電機功率因數(shù)小于零（電流超前電壓）而轉入進相運行時，Eq和U之間的夾角增大，此時發(fā)電機的有功功率輸出受靜態(tài)穩(wěn)定條件的限制，此外，對內冷發(fā)電機還可能受端部發(fā)熱的限制。上述條件，決定了發(fā)電機參數(shù)的允許運行范圍。2021/6/276二、發(fā)電機的P—Q曲線

在電力系統(tǒng)中運行的發(fā)電機，必須根據(jù)系統(tǒng)的情況，調節(jié)有功功率和無功功率，在一定的電壓和電流下，當功率因數(shù)下降時，發(fā)電機的無功功率增大，有功功率相應減少；而當功率因數(shù)上升時，則要減小無功功率、增大有功功率，以達到輸出容量不超過允許值。因此運行人員必須掌握功率因數(shù)變化時發(fā)電機的允許運行范圍。2021/6/277二、發(fā)電機的P—Q曲線發(fā)電機P—Q曲線圖就是表示其在各種功率因數(shù)下，允許的有功功率P和無功功率Q的關系曲線，又稱為發(fā)電機的安全運行極限。發(fā)電機的P—Q曲線，是在發(fā)電機端電壓和冷卻介質溫度一定，不同氫壓條件下繪制的。發(fā)電機在額定電壓、額定氫壓和額定冷卻介質溫度下的運行范圍是P—Q曲線的基礎。2021/6/278二、發(fā)電機的P—Q曲線圖1為我公司安裝的中國四川東方電機股份有限公司300MW水氫氫冷汽輪發(fā)電機的P—Q曲線。在發(fā)電機氫壓0.25MPa、額定電壓20KV、功率因數(shù)0.85（滯后）時，其銘牌額定容量為353MVA。在正常條件下運行時，發(fā)電機的最大連續(xù)輸出容量為388MVA。如圖1所示，表明了發(fā)電機運行受定子長期允許發(fā)熱（決定了定子額定電流In）、轉子繞組長期允許發(fā)熱（決定了額定勵磁電流）、原動機功率、穩(wěn)定極限等幾方面的限制。

2021/6/279圖一：2021/6/2710二、發(fā)電機的P—Q曲線發(fā)電機在欠勵運行時，除了要保證并列運行的穩(wěn)定性之外，還要受定子端部鐵心和定子端部構件溫升的附加限制。發(fā)電機的安全運行極限還與發(fā)電機的端電壓有關。當發(fā)電機端電壓比額定值大時，在圖1上CD部分將向右移。若發(fā)電機的端電壓降低，CD部分將向左移。如圖1所示，因發(fā)電機的允許出力不受原動機的限制，故P—Q曲線的上面BC部分不再是一水平的直線段，而是由定子線棒容許的溫升限制的圓弧。2021/6/2711三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用

1、運行監(jiān)視方面1）電壓監(jiān)視

機組正常運行額定功率因數(shù)為0.85（遲相），發(fā)電機通過做進相試驗，具備在額定功率因數(shù)為0.85（遲相）～0.95（進相）范圍內連續(xù)調整的能力，目前我公司嚴格執(zhí)行調度局下發(fā)的季度電壓曲線，即高峰時段為223KV～230KV，平谷時段223KV～

228KV。2021/6/2712三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用

但實際運行中由于夜間電網系統(tǒng)方式的變化，時常出現(xiàn)平谷時段電網電壓低于223KV，這就需要值班人員及時調整發(fā)電機的無功功率，但隨著功率因數(shù)的降低，發(fā)電機的視在功率也應相應地降低。因此通過圖1值班人員可以方便清晰地看到發(fā)電機此時的運行點是否在允許范圍內，并且通過圖中幾個特殊的點可以計算出下列對應關系：2021/6/2713三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用功率因數(shù)COSφ1.00.90.850.80.70.60.50.40.30.20.1有功功率MW353317300268222180141110805326無功功率MVAR01551862012262532442522552592602021/6/2714三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用有了圖1的圖形范圍和上述計算數(shù)據(jù)做參考，值班人員可以準確調整發(fā)電機無功功率，使其功率因數(shù)低于0.85運行，但此時發(fā)電機的勵磁電流不得超過額定值且應注意有功功率與無功功率的配合，以滿足隨著隨著功率因數(shù)的降低，發(fā)電機的視在功率也應相應地降低的條件。2021/6/2715三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用2）轉子線圈溫度的監(jiān)視

大型發(fā)電機轉子線圈的溫度及溫升的監(jiān)視，目前主要靠監(jiān)視發(fā)電機冷、熱氫的溫度來實現(xiàn)，即冷氫溫度在35～46℃，熱氫溫度≤65℃。通過圖1的顯示能夠使值班人員隨時看到并熟知圖中AB圓弧即為勵磁線圈溫升限制線，發(fā)電機在功率因數(shù)低于0.85（滯后）運行時，其運行點不應超出此圓弧的限制線。通過圖形配合監(jiān)視發(fā)電機冷、熱氫的溫度能更好地監(jiān)視轉子線圈溫度。

2021/6/2716三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用2、氫壓變化時的監(jiān)視

對于水氫氫冷的發(fā)電機，因為定子繞組的熱量是被定子線棒內的冷卻水帶走，所以，提高氫壓并不能加強定子線棒的散熱能力，故發(fā)電機的允許負荷也就不能增大。當氫壓降低時，由于氫氣的傳熱能力減弱，必須降低發(fā)電機的允許負荷。2021/6/2717三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用

圖1中分別畫出了氫壓為0.1MPa、0.2MPa、0.25MPa不同氫壓下的三條限制線。如果因氫氣系統(tǒng)的原因發(fā)電機不能達到額定氫壓，而必須降低氫壓運行時，圖中能使值班人員方便地看出由于降低氫壓而發(fā)電機有功負荷必須相應地降低時發(fā)電機的運行點。例如：氫壓為0.1MPa時（COSφ=0.85）負荷不能超過200MW；氫壓為0.2MPa時（COSφ=0.85）負荷不能超過270MW。

2021/6/2718三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用3、發(fā)電機進相運行的監(jiān)視

汽輪發(fā)電機的進相運行就是低勵磁運行。發(fā)電機在此工作狀態(tài)下運行時，它的功率因數(shù)是超前的，即它從系統(tǒng)中吸收感性無功功率并發(fā)出有功功率。發(fā)電機通常是發(fā)出有功功率和電感性無功功率，以供給電感性負荷。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電壓等級的提高，輸電線路的加長，線路的電容電流也愈來愈大，它也相當于發(fā)出電感性無功功率。2021/6/2719三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用在系統(tǒng)負荷較輕，即電感性負荷較輕時，線路上的電壓會上升，例如在節(jié)假日、午夜等低負荷的情況下，如果不能有效地減少和吸收過剩的無功電流（無功功率）樞紐變電所母線上的電壓可能超過額定電壓15%～20%左右。此時利用部分發(fā)電機進相運行，以吸收剩余的無功功率，使樞紐點上的電壓保持在允許的范圍內，則可少裝其他吸收剩余無功功率的調壓設備。2021/6/2720三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用發(fā)電機通常運行情況下是發(fā)出無功功率，如果減少勵磁電流，使發(fā)電機轉為欠勵磁運行，即轉為進相運行，發(fā)電機就由發(fā)出無功功率轉為吸收無功功率。勵磁電流愈小，從系統(tǒng)吸收的無功功率愈大，功角δ也愈大。所以對于進相運行，允許吸收多少無功功率，發(fā)出多少有功功率，靜穩(wěn)定極限角是限制條件之一。此外，進相運行時，定子端部漏磁和轉子端部漏磁的合成磁通增大，引起定子端部發(fā)熱增加，因此，定子端部允許發(fā)熱也是進相運行時的允許出力限制之一。2021/6/2721三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用

唐山熱電公司#1、#2機進相試驗工作由華北電力科學研究院有限責任公司于2005年4月完成。通過試驗確定了發(fā)電機進相運行的能力，即進相運行的限制因素（靜穩(wěn)極限、定子電壓、廠用電壓等）；同時測定了對220KV出線電壓的調壓效果。2021/6/2722三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用

考慮到220KV出線電壓較低的情況，在確定#1、#2發(fā)電機的進相運行范圍時留有適當欲度，避免發(fā)電機定子電壓及220KV出線電壓低于限制值。根據(jù)進相運行試驗結果，確定#1、#2發(fā)電機進相運行范圍如表1所示。2021/6/2723三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用表1#1、#2發(fā)電機進相運行范圍P（MW）Q（Mvar）功率因數(shù)COSφ300-50-0.986250-55-0.977200-60-0.957150-55-0.9392021/6/2724三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用#1、#2發(fā)電機在上述范圍的邊界進相運行時，可吸收系統(tǒng)無功功率50~60Mvar，并使220KV出線電壓降低2.3~3.2KV。在完成#1、#2發(fā)電機進相試驗的同時，也確定了#1、#2發(fā)電機勵磁裝置中的低勵限制范圍，如表2所示。2021/6/2725三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用表2#1、#2發(fā)電機P/Q限制范圍%P/SnQ（MVar）%Q/Sn0-78.8-22.3%25-78.3-22.2%50-78-22.1%75-77.7-22.0%100-53-15%2021/6/2726三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用

根據(jù)表1#1、#2發(fā)電機進相運行范圍和表2#1、#2發(fā)電機P/Q限制范圍，將發(fā)電機進相運行限制線和發(fā)電機P/Q限制線分別畫在圖1發(fā)電機容量曲線圖上，形成限制線1和限制線2。通過圖1可以比較直觀地看出:發(fā)電機進相運行限制線1在發(fā)電機運行的允許范圍內,被發(fā)電機P/Q限制線2完全包容在內,且留有一定的欲度。2021/6/2727三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用

另兩條限制線在高負荷即260MW—300MW及以上有一個明顯的回收趨勢，這說明在高負荷時發(fā)電機的進相允許范圍和P/Q限制（低勵限制）范圍要明顯減小。有了圖1做為參考再加上發(fā)電機功率因數(shù)、無功功率等數(shù)據(jù)的CRT顯示，值班人員可以隨時看到發(fā)電機進相運行時的運行點及與進相范圍限制線、低勵限制線的距離，做到可靠調整。2021/6/2728三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用

另外值班人員還需要再嚴格執(zhí)行進相運行的有關規(guī)定。進相運行應具備的條件：1）發(fā)電機進相運行應在電網負荷低谷期間，依據(jù)調度命令或季度電壓曲線執(zhí)行。2）低谷時段220KV線路電壓高于電壓曲線規(guī)定數(shù)值。3）發(fā)電機進相運行時，負荷應在150MW以上穩(wěn)定運行。2021/6/2729三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用4）發(fā)電機勵磁裝置正常運行。5）發(fā)電機氫氣冷卻系統(tǒng)正常，冷氫溫度在35℃～46℃范圍，各氫冷卻器出口氫溫差不大于2℃。6）發(fā)電機溫度監(jiān)視畫面各溫度測點溫度顯示正常。

2021/6/2730三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用遇有下列情況，可暫時改變進相深度或改為遲相運行，正常后重新進入進相狀態(tài)：1）6KV廠用電動機啟動。2）380V廠用電動機啟動。3）輸煤上煤設備啟動。4）機組負荷不穩(wěn)定。

2021/6/2731三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用遇有下列情況，機組由進相運行轉為遲相運行：1）220KV系統(tǒng)發(fā)生故障，線路電壓降低至電壓曲線要求范圍時，無需調度命令，應及時調整無功，力爭維持線路電壓在合格范圍內。2）1（2）號機組故障掉閘，或大量減負荷，無需調度命令，應及時調整2（1）號機無功，力爭維持線路電壓在合格范圍內。2021/6/2732三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用3）1、2號機進相運行時發(fā)生任一PT保險熔斷時，應逐步增加發(fā)電機的勵磁電流，待廠用系統(tǒng)電壓高于6KV后，再按發(fā)電機規(guī)程處理。4）發(fā)電機自動勵磁裝置任一整流柜故障或勵磁裝置由“自動”切至“手動”運行

2021/6/2733三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中的應用進相運行時的注意事項：

1）因進相運行時發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定性降低，注意不能使發(fā)電機失去靜態(tài)穩(wěn)定性。2）應密切監(jiān)視發(fā)電機端部鐵芯及結構件的溫升情況。3）應密切監(jiān)視廠用電壓不低于5.7kV。2021/6/2734三、發(fā)電機的P—Q曲線

在生產中