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发电机并网瞬间运行工况分析及措施
郭玉恒
（二滩水力发电厂 61700 四川攀枝花）
摘要：通过分析发电机并网瞬间无功功率的产生，无功补偿调差系数对无功功率的影响，以及无功功率变化对系统电压及其它机组的影响，从而提出防范措施。
关键词 发电机 无功功率 并列 冲击 平衡 措施
一、引言
发电机组并入系统瞬间，要么向系统提供容性无功功率，要么向系统提供感性无功功率，使相邻运行机组的无功重新分配，达到新的平衡点。但提供地容性或感性无功过多，势必造成其它机组的无功重新分配来不及补偿无功缺额或无功过剩，使当地无功失去平衡，从而造成电压下降或上升过多，危及系统的电压稳定。随着大型机组的投入运行，此现象不得不引起我们运行单位和调度部门的重视。
二、无功功率的产生
随着电力系统容量的不断增大，同步发电机的单机容量也越来越大，不恰当的并网将导致严重的后果，因此，对发电机的并列规定了如下理想条件[2]：1）待并发电机频率和系统频率相等；2）待并发电机电压与并列侧电压幅值相等；3）待并发电机与系统侧的电压矢量重合。但在实际运行中，要同时满足这三个理想条件十分困难，因此，只要求发电机并列时冲击电流较小，不危及电气设备，合闸后发电机组能迅速拉入同步运行，进入同步运行的暂态过程要短就可以了。
由于理想条件得不到同时满足，使得发电机合闸时有冲击电流。当待并发电机电压比系统电压幅值低时，综合因数产生的冲击电流在电枢反应中对转子励磁磁势起助磁作用，使得励磁电流迅速减小，励磁电压也随着变小，发电机从系统吸收无功功率。当待并发电机电压比系统电压幅值高时，综合因数产生的冲击电流在电枢反应中对转子励磁磁势起去磁作用，使得励磁电流迅速增加，励磁电压也随着变大，发电机向系统提供无功功率。
冲击电流的大小与并列瞬间两侧电源的电压幅值、角度差的大小切切相关。当只有电压差时，冲击电流主要为无功电流分量。当只有角度差时，冲击电流主要为有功电流分量，当既有电压差，又有角度差时，冲击电流就分成了无功电流分量和有功电流分量。
三、附加调差系数对无功功率的影响
图1 发电机电压调节特性
Fig.1 gengerator voltage regulation characteristic
Ug
U0

U2

U1

IQ1
IQ
2
1
3
为了实现无功功率在各机组间稳定合理地分配，在AVR测量回路中引入了一个与无功电流成比例的电压，作为无功补偿环节，使机端电压随无功变化而改变。 调差方式有3种[1]：零调差、正调差、负调差。如图1，直线1、2为负调差，在第一象限内，机端电压随无功电流增大而上升，在第二象限，机端电压随无功电流绝对值的增大而下降。直线3为正调差，在第一象限内，机端电压随无功电流增大而下降，在第二象限内，机端电压随无功电流绝对值的增大而上升。
对于直接并入母线运行的发电机，一般采用正调差。对于发电机变压器组接线的，由于变压器电抗比较大，当无功电流流过变压器时，将产生电压降，因此，采用负调差方式来补偿压降，发电机组在高压母线上的调节特性仍是向下倾斜的。
这个附加调差环节在机组未并网时不发挥作用，当并网后检测到无功功率时，它将根据调差系数去计算对应的电压值，从而送到AVR的PID环节中，与电压反馈进行比较，如有差值，将进行励磁电流调整，使机端电压与由调差系数计算出来的电压一致。如图1，当并网后，无功电流为IQ1，从直线1、2可知，调差系数大的，对应的电压高，U1＞U2，相应的电压差值(U1-U0) ＞(U2-U0)。如机组并网后，实际电压值比对应电压低，此时，励磁装置将根据偏差增加励磁电流使机端电压升高，相反，励磁装置将根据偏差减小励磁电流使机端电压降低。由此可知，当升高过多或下降过多，将造成机组间大幅度的无功重新分配和系统电压波动。
四、无功功率变化对系统电压和其它机组的影响
发电机向系统提供容性无功功率，当冲击电流大时，助磁作用显著，发电机并列后迅速从系统吸收过多的无功，打破无功先前的平衡，造成无功缺额，系统电压随之下降，为了达到新的平衡，相邻运行机组检测到电压下降，为维持电压恒定，将增加励磁电流去承担电压下降到稳定值后的无功缺额。
发电机向系统提供感性无功功率，当冲击电流大时，去磁作用显著，发电机并列后迅速向系统提供过多的无功，打破无功先前的平衡，造成无功过剩，系统电压随之升高，为了达到新的平衡，相邻运行机组检测到电压升高，为维持电压恒定，将减小励磁电流去承担电压上升到稳定值后的过剩无功。
总之，几台发电机在同一母线上并联运行时，必须遵循基尔电流定律及电压定律。改变任何一台机组的励磁电流不仅影响该机组的无功电流，而且还影响同一母线上并联运行机组的无功电流，与此同时也引起母线电压的变化。
五、防范措施
为了避免发电机并网后瞬间产生的无功功率引起机组间无功环流过大，系统电压变化过大，造成系统电压波动，根据以上分析，提出以下防范措施。
1．在同期装置中，电压差和角差不能追求并网速度而设置过大，但也不能设置过小，应根据机组能在短时间内并列和并网后瞬间无功较小的原则，设置几套定值，在机组检修后试验中，向调度申请，在待并发电机电压比系统电压高和比系统电压低情况下，将待并机组与系统并列，并录取发电机无功功率、励磁电压、励磁电流数据，根据这些数据，选出一套定值作为同期装置运行的永久定值。
2．机组并网时，运行人员发现系统电压过高，应先调整机端电压，使两侧电源电压差值不大时投入同期装置，并网后对励磁电流进行相应的调整，使无功功率迅速平衡。
3．对单元接线的发电机励磁装置无功补偿调差系数不能整定过大，应根据发电机无功功率的变化引起电压的变化程度为参考进行整定，并且调度部门应按机端下达调差系数。
4．励磁装置的起励电压设定值不能与系统电压相差过大，应把本电站在汛期的电压上限和枯期的电压下限折算到低压侧，然后取平均值作为起励电压设定值。
5．定期校验同期装置的采样精度，使测量误差在规定的范围内。
六、结语
随着网架结构的加强，似乎此现象对系统不会造成多大影响，但在本站内，机组与机组之间会发生无功功率波动，重者造成机组失磁，甚至造成系统电压波动，特别随着大型机组的相继投入，在系统上是十分有分量的一部分，我们应该对此现象引起重视。希望以上分析和防范措施能对运行单位和调度部门提供鉴借作用。

参考文献：[1] 黄耀群 李兴源 同步电机现代励磁系统及其控制 成都科技大学出版社1993.12
[2] 杨嗣彭 同步电机运行方式的分析 成都科技大学出版社1989.11
作者简介：郭玉恒（1972-），男，四川乐山人，从事水电站技术管理工作。

Operation analyze and measure for generator synchronizing to the power grid instant
Guo yuheng
(Ertan hydropower plant panzhihua sichuan 617000 )
Abstract ：When generator was synchornizing to the power grid, it will be generating reactive power at the same time, the reactive power will be influenced by reactive power regulate factor, reactive power also will put an affect on the grid voltage and other generators。This article analyze the influence, and then take out some effective preventive measures。
Key words：generator reactive power connection balance measures
Reference literature：Huang yaoqun , Li xingyuan , modern times excitation system and control of synchronization generator , Chengdu science and technology university publishing company 1993.12
Yang sipeng , analyzing of synchronization generator operation manner,Chengdu science and technology university publishing company 1993.12