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梯级电站机组并网运行状态分析及对策

文档作者：王刚蒲瑜唐凡庞争争文档来源：雅砻江流域水电开发有限公司		点击数：	更新时间： 2025年12月28日
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２０１４ 年第４ 期
２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ ４
水电与新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
总第１１８ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１１８
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１４．０４．０１６
收稿日期：２０１４ －０１ －２２ 作者简介：王　刚，男，工程师，从事水电运行技术工作。
梯级电站机组并网运行状态分析及对策
王　刚，蒲　瑜，唐　凡，庞争争
（雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都　６１００５１）
摘要：结合雅砻江流域二滩、官地、锦屏一级、锦屏二级等水电站远离负荷中心的具体情况，分析归纳了机组并网正常进
相运行的不利影响及应对措施，机组并网异常运行状态（发电机失磁运行、机组振荡）的特征及处理方法。
关键词：并网；运行状态；异常；应对措施
中图分类号：ＴＶ７３７　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１６７１ －３３５４（２０１４）０４ －００５２ －０４
Operation State Analysis of Combined Grid of
Cascade Power Stations and Emergency Measures
ＷＡＮＧ Ｇａｎｇ， ＰＵ Ｙｕ， ＴＡＮＧ Ｆａｎ， ＰＡＮＧ Ｚｈｅｎｇｚｈｅｎｇ
（Ｙａｌｏｎｇ Ｒｉｖｅｒ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５１， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｓｃａｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｙａｌｏｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｓｕｃｈ ａｓ Ｅｒｔａｎ ， Ｇｕａｎｄｉ， Ｊｉｎｐｉｎｇ Ｉ ａｎｄ ＩＩ
ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｆａｒ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｃｅｎｔｅｒ ， ｔｈｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ
ｇｒｉｄ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ．Ｔｈｅｎ， ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａｂｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｔｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
ｌｏｓｓ ｏｒ ｓｕｒｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ． Key words： ｇｒｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ； ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ； ａｂｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ； ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｍｅａｓｕｒｅｓ
　　随着雅砻江流域水电的开发，雅砻江公司已有二
滩、官地、锦屏一级、锦屏二级４ 座水电站相继投产发
电，且二滩电站、官地电站、锦屏二级电站已在集控中
心实现远控，今年锦屏一级水电站也将实现集控中心
远控。通过观察二滩、官地和锦屏一级电站并网机组
的运行状况，发现机组并网运行时的状态有所区别，而
集控中心运行工程师分别负责二滩和官地电站的有
功、无功调整，因此熟悉两个电站机组并网运行的状态
及注意事项尤为重要，也为流域电站安全、经济运行做
好保障。
１　机组并网后正常运行状态
发电机并网后，就可向电网输送电能，由于电能的
发、供、用是在同一瞬间完成的，有功的不平衡会影响
电网的频率，无功的不平衡会影响电网的电压，因此必
须时刻保持系统功率的平衡。机组并网正常运行时，
由于系统负荷发生变化，运行人员应根据负荷曲线和
调度指令，及时对发电机的有功和无功进行调整。
对同步发电机而言，机组并网后，有功负荷的调整
是借助调速器控制系统，通过测速装置和机械液压系
统，改变水轮机导叶开度，从而改变水轮发电机组的动
力矩来实现的。发电机无功的调整，是通过改变励磁
系统励磁电流来实现的。
1．1　机组进相运行
所谓进相运行［１］ 是指减少发电机励磁电流，使发
电机电势减小，功率因数角就变为超前的，发电机负荷
电流产生助磁电枢反应，发电机处于向系统输送有功
功率，而吸收无功功率的状态。二滩水电站位于四川
省的最南部，远离负荷中心。根据四川省调的要求和
无功就地平衡的原则，电网要求二滩电站发电机进相
运行，尤其在枯水期的低负荷段四川电网无功过剩较
多，造成系统电压普遍偏高，二滩机组常常深度进相吸
收系统无功来满足系统的电压平衡。表１ 给出了二滩
电站枯水期低谷负荷时段机组有功、无功、线路无功的
对照。
５２
王　刚，等：梯级电站机组并网运行状态分析及对策２０１４ 年４ 月
表1　二滩电站枯水期低谷负荷时段机组有功、无功、线路无功对照表
时刻
１ 号机
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
３ 号机
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
５ 号机
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
二榄一线
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
二普二线
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
二普三线
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
５００ ｋＶ
电压／ｋＶ
１：００ １５２ －１７２ １５２ －１２１ ３６７ －１１１ １１ －１５９ ２１ －１６０ ２１ －１６２ ５２５ ２：００ １５２ －１６６ １６１ －１５２ ４３９ －７９ ５６ －１６６ ７０ －１６７ ６１ －１６６ ５２４ ３：００ １６０ －１４６ １５９ －１４４ ３６２ －８２ ６９ －２００ ７０ －２００ ６４ －２００ ５２５ ４：００ １６３ －１４９ １６１ －１３３ ４０６ －９５ ５０ －１６５ ６０ －１６７ ５７ －１６５ ５２５ ５：００ １５８ －１４９ １６４ －１７７ ４０８ －７７ ８８ －１６９ ８７ －１６７ ７３ －１６７ ５２５ ６：００ １６０ －１４９ １５８ －１４８ ３９３ －８２ １１５ －１６６ １２３ －１６８ １１５ －１６９ ５２４ 　　由表１ 可以看出，二滩电站５００ ｋＶ 母线电压在夜
间基本运行在５２４ ～５２５ ｋＶ，二普三回线线路距离长
约２００ ｋｍ，线路充电功率（由线路的对地电容电流所
产生的无功功率称为线路的充电功率）比较大，这就
要求二滩并网机组都需要进相运行吸收线路的无功功
率来降低系统电压。表２ 给出了每１００ ｋｍ 线路的充
电功率参考值。
表2　每100 ｋｍ 线路的充电功率参考值
电压／ｋＶ 分裂数充电功率／（ＭＶ· Ａ）
２２０ １ １３ ２２０ ２ １６ ３３０ ２ ３８ ５００ ３ ９０ ５００ ４ １００ ７５０ ４ ２０８ １．１．１　机组进相运行时的不利影响
１）系统稳定降低。已知发电机单机对无限大容
量的功率为P ＝EqU
Xd ｓｉｎδ，因而进相运行时，在输出功
率P 恒定的前提下，随着励磁电流iＦ 的减小，发电机
电势Eｑ 随之减小，功率因数角δ 就会增大，从而使静
态稳定性降低。上述是相应于发电机直接接在无限大
容量母线上的情况。实际上，发电机总是要经变压器、
输电线路才接入系统的。所以，要计算这些元件的电
抗，此时系统的静态稳定性还要降低。
２）发电机端部漏磁引起的定子发热。在相同的
视在功率和端部冷却条件下，发电机由迟相向进相转
移时，端部漏磁的磁密度值相应增高，引起定子端部构
件的严重发热，致使发电机出力要相应降低。发电机
端部漏磁是定子绕组端部漏磁和转子绕组端部漏磁共
同组成的，它的大小与发电机的结构、材料、定子电流
大小、功率因数等相关。发电机的上述合成漏磁总是
尽可能地通过励磁最小的路径形成闭路的。因此，由
磁性材料制成的定子端部铁芯、绕组以及转子护环等
部件便通过较大的漏磁。漏磁在空间与转子同速旋
转，对定子则有相对运动，故在定子端部铁芯齿部、线
圈等部件中感应的涡流磁滞损耗较大。
３）发电机机端电压下降。厂用电通常引自发电
机出口的厂高变上。进相运行时，随着发电机励磁电
流的降低，发电机无功功率的减小，发电机出口处的厂
用电电压也要降低。正常运行时，进相运行的水轮发
电机机端电压还不止降低到额定电压的９０％，但随着
机组进相深度的增大，就会导致机端电压降低至额定
电压的９０％以下。此时，低励限制器会动作，因此对
于机组的P ／Q 曲线要牢记于心中。表３ 是二滩电厂
励磁低励限制对照表。表3　二滩电厂励磁低励限制对照表
有功功率
／ＭＷ
无功功率
／（ＭＶ· Ａ）
有功功率
／ＭＷ
无功功率
／（ＭＶ· Ａ）
有功功率
／ＭＷ
无功功率
／（ＭＶ· Ａ）
５５０ －５０ ３７４ －１３０ １９８ －２１０ ５２８ －６０ ３５２ －１４０ １７６ －２２０ ５０６ －７０ ３３０ －１５０ １５４ －２３０ ４８４ －８０ ３０８ －１６０ １３８ －２３８ ４６２ －９０ ２８６ －１７０ １２１ －２４５ ４４０ －１００ ２７５ －１７５ ８８ －２６０ ４１８ －１１０ ２６４ －１８０ ５５ －２７５ ４１２ －１１２ ２４２ －１９０ ２２ －２９０ ３９６ －１２０ ２２０ －２００ ０ －３００ １．１．２　机组进相运行时应对措施
机组进相运行时，应采取以下应对措施。
１）对进相运行的机组，要根据机组P ／Q（有功／无
功）限制曲线进行调整，尤其在枯水期低谷负荷时段，
经常３ 台机组运行，且调度要求５００ ｋＶ 母线电压靠下
限运行，此时并网机组都深度进相，经常导致机组欠励
５３
水电与新能源２０１４ 年第４ 期
限制动作，电压无法调整。因此，要特别防止这种情况
发生。
２）牢记丰水期、枯水期电压曲线，按电压曲线勤
调整电压，根据负荷变化特点及逆调压原则，哪些时段
需调整电压偏上限运行，哪些时段偏下限；同时二滩电
站母线电压根据省调５００ ｋＶ 电压考核范围的要求，每
５ ｍｉｎ 作为一个考核点。因此，在电压偏下限运行时
一定要注意该时段电压考核范围，以免引起电压不
合格。
二滩电厂枯水期电压曲线要求如表４ 所示。
表4　二滩电厂枯水期电压曲线要求
考核时段电压合格范围／ｋＶ
２２：０１ －０８：４５ ５２４ ～５３３ ０８：４６ －１１：４５ ５２５ ～５３５ １１：４６ －１６：３０ ５２４ ～５３４ １６：３１ －２２：００ ５２５ ～５３５ 　　３）对于深度进相的机组，要严密监视机组的定子
绕组温度、定子线圈温度和定子夹板温度，若温度上升
过快，以至于接近规程中规定的上限就应调整其他机
组的无功来减少该机组的进相，若仍未满足系统电压，
应立即汇报调度值班员。
1．2　机组迟相运行
所谓迟相运行是指增加发电机励磁电流，使发电
机电势增加，功率因数角就变为滞后的，发电机向系统
输送有功功率，同时发出无功功率的状态［２］ 。也就是
常说的发电机处于＂过励＂状态。作为国家＂西电东
送＂重点工程的官地电站，其电能通过锦苏直流外送
直达华东电网，直流系统在输送有功功率时，需要消耗
大量容性无功功率（可以理解为发出感性无功，即我
们通常所说的无功，有正负之分），且其所输送的有功
功率与其所消耗的无功功率成一定比例，即输送有功
越大，所消耗无功越大，反之越小。直流系统消耗的无
功功率，主要靠换流站投入的交流滤波器和交流系统
的无功来支撑，但根据无功就地平衡原则，主要还是依
靠滤波器来进行无功支持。正是如此，直流系统运行
多采用定无功控制方式，输送有功到一定值时投入一
定数量滤波器来平衡其无功消耗。同时，由于官地电
厂官月两回和锦屏二级东锦两回送出线路距离短，所
以线路的充电功率很小。因此，官地机组正常运行时，
多数运行在迟相运行状态即可满足系统电压要求。表
５ 是官地电站机组有功、无功和线路无功的对照表，表
６ 是锦苏直流负荷变化与官月线无功变化对照表。
官地属于国调直调厂站，其母线电压调整依据国
调下发的５００ ｋＶ 母线电压考核（参见表７）。
锦屏二级也同属国调直调厂站，其母线电压调整
也依据国调下发的５００ ｋＶ 母线电压考核（参见表８）。
从表７、表８ 可以看出，官地、锦屏二级机组多在
迟相状态运行，运行人员应重点关注直流系统负荷变
化情况，及时作出正确调整，维持系统电压在合格范围
之内。
表5　官地电站机组有功、无功和线路无功对照表
时刻
１ 号机
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
３ 号机
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
官月一线
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
官月二线
有功
／ＭＷ
无功
／（ＭＶ· Ａ）
５００ ｋＶ
电压／ｋＶ
１：００ １５６ ６ １９７ ４ １７５ １０ １７０ １１ ５３５ ２：００ １５６ ３ １９８ －４ １７２ １０ １７４ １２ ５３５ ３：００ １６０ ２ ２００ ４ １７６ １１ １７５ １０ ５３５ ４：００ １５７ １ １９８ ５ １７７ １１ １７４ １０ ５３５ ５：００ １５８ ４ ２００ ５ １７５ １０ １７５ １２ ５３５ ６：００ １６０ ５ １９８ ６ １７６ １２ １７５ １３ ５３５ ２　机组并网后异常运行状态
2．1　机组失磁运行
２．１．１　机组失磁运行的定义
在电力系统运行过程中，发电机的励磁系统突然
出现励磁功能全部消失或部分消失的现象，这种现象
称作发电机失磁运行。
２．１．２　机组失磁运行时的特征
１）发电机失磁后转子电流降为零或接近于零。
当发电机失去励磁后，转子电流迅速地按指数规律衰
减，其减小的程度与失磁原因及剩磁大小有关。
２）定子电流升高且摆动。失磁后的发电机进入
异步运行状态，既向系统送出有功功率，又从电网吸收
无功功率，所以造成电流指示值的上升。摆动的原因
５４
王　刚，等：梯级电站机组并网运行状态分析及对策２０１４ 年４ 月
表6　锦苏直流负荷变化、官月线无功变化对照表
（系统电压５３５ ｋＶ）
序号
锦苏直流
有功功率
／ＭＷ
官月Ｉ 线
无功功率
／（ＭＶ· Ａ）
官月ＩＩ 线
无功功率
／（ＭＶ· Ａ）
５００ ｋＶ
母线电压
／ｋＶ
说明
１ ０ （直流停运） －１４ －５ ５３５ 只受交流
线路影响
２ １８２ －７８ －６７ ５３７ 主要受直流
的影响，启
动瞬间向交
流系统发出
大量感性无
功，导致电
压升高
３ ２２６ －７１ －５６ ５３５ ４ ５０６ －１２ －６ ５３５ ５ ７８５ ５ １８ ５３５ ６ ９５６ ２５ ３０ ５３５ ７ １ １２８ ３３ ４７ ５３５ ８ １ ４１０ ５５ ８８ ５３５ ９ １ ７７２ ６９ ８３ ５３５ 表7　官地电站母线电压控制及考核范围
时段
高峰时段
０８：００ －２２：００ 低谷时段
２２：００ －０８：００ 电压控制范围／ｋＶ ５３３ ～５４０ ５３３ ～５４０ 电压考核范围／ｋＶ ５２５ ～５４５ ５２５ ～５４５ 表8　锦屏二级电站母线电压控制及考核范围
时段
高峰时段
０８：００ －２２：００ 低谷时段
２２：００ －０８：００ 电压控制范围／ｋＶ ５３５ ～５４３ ５３５ ～５４３ 电压考核范围／ｋＶ ５３０ ～５４８ ５３０ ～５４８ 是由于转子回路中有差频脉动电流所引起的，摆动电
流有时是由转矩的变化引起的。
３）有功功率降低且摆动。发电机失磁后，转子电
流很快以指数曲线衰减为零，原来由转子电流所建立
的转子磁场很快消失，这样电磁转矩也消失了，转子在
原动机的作用下很快加速。这时调速器将开度减小，
来调整转速。所以，在建立新的平衡点时，有功功率要
下降一些。
４）发电机母线电压均较原来降低且摆动。由于
定子电流增大，线路压降增大，导致机端电压下降，危
及厂用电负荷的安全稳定运行。
５）功率因数指示超前，无功功率指示为负。这是
由于失磁后的发电机的无功由输出变为输入而发生了
反向，发电机进入定子电流超前于电压的进相运行状
态，发电机向系统吸收感性的无功功率用于励磁。
２．１．３　机组失磁运行的处理
二滩电站属于四川省调度，官地电站和锦屏二级
电站属于国调直调电站。虽调度不同，但在处理失磁
事故原则上是一致的。如发现机组失磁，应立即尝试
增加励磁，如无效则应不待调度指令将机组解列。同
时汇报值班调度员，并立即调整其他机组的无功功率，
维持系统电压在合格范围之内。
2．2　机组异步振荡
２．２．１　机组异步振荡的定义
发电机因某种原因受到较大的扰动，其功角δ 在
０°～３６０°之间周期性地变化，发电机与电网失去同步
运行的状态。
２．２．２　机组异步振荡的特征
异步振荡机组的有功、无功、电流大幅波动，可能
过零。异步振荡机组有周期性轰鸣声，水轮机导叶开
度周期性变化。
２．２．３　机组异步振荡的处理
运行人员发现单机异步振荡后，应不待调度指令，
立即退出异步机组的ＡＧＣ 装置，减少异步机组的有功
出力，增加励磁，并汇报值班调度员。采取减少异步机
组的有功出力、增加励磁电流等措施几分钟后，若机组
仍未进入同步状态，应立即汇报值班调度员，根据调度
指令将异步机组解列。若振荡是因机组非同期合闸引
起的，应立即解列该机组。
３　结　语
在水电站机组并网运行中，可能出现进相运行、迟
相运行和失磁、失步等运行状况，对前两种按照电网要
求调节都属于正常运行状态，但相应参数要控制在正
常范围内。而失磁和失步运行属于不正常运行状态，
而且不容易被发现，因其一直向电网输送有功功率。
因此，要求集控中心运行值班人员必须熟悉和掌握发
电机并网运行的基本状态，懂得在运行过程中的电势
平衡与力矩平衡，在机组运行过程中加强对发电机运
行状态和各重要参数的监视，按系统要求调整有功、无
功，以保证系统频率、电压合格，为系统送上高质量的
电能。
参考文献：
［１］国家电力调度通信中心．电力系统继电保护实用技术问答
［Ｍ］．２ 版．北京： 中国电力出版社， ２０００
［２］曾令全．电机学［Ｍ］．北京： 中国电力出版社， ２００７
５５

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