康明斯客户服务热线
13600443583摘要：这是一个非常专业且重要的问题。发电机的进相运行，是指发电机发出有功功率而吸收无功功率的运行状态。这常用于降低系统电压，尤其是在负荷低谷时期。
“深度限制”指的是在进相运行时，不能无限制地增加进相深度（即吸收的无功功率），否则会危及发电机本身和电力系统的安全稳定。
下面，我们对发电机进相运行的深度限制进行深入、系统的分析。
一、 核心限制因素
发电机进相运行的深度主要受到以下四个方面的限制，它们相互关联，共同决定了进相运行的极限。
1. 静态稳定极限
这是最根本的理论限制。
原理： 进相运行时，发电机的内电势 EqEq 与机端电压 UU 之间的功角 δδ 会增大。吸收的无功越多，功角越大。当功角 δδ 接近甚至超过90度时，发电机与系统之间的同步能力急剧下降，极易发生“失步”（即失去同步稳定），导致发电机跳闸。
影响因素：
系统电压 UU: 系统电压越低，静稳极限越低，允许的进相深度越浅。
发电机内电势 EqEq: EqEq 由励磁电流决定。进相运行时励磁电流减小，EqEq 降低，静稳储备减小。
系统等值阻抗： 发电机与系统联系越弱（即联络线长、阻抗大），静稳极限越低。
对策： 现代发电机通常配备自动励磁调节器（AVR），其中的“电力系统稳定器（PSS）”功能可以有效地抑制振荡，提高静稳极限，从而允许更深的进相运行。
2. 定子端部铁芯和金属构件发热
这是最常见的、最现实的物理限制，往往是决定进相深度的首要限制因素。
原理： 进相运行时，发电机的定子端部漏磁通会显著增加。这些交变的漏磁通会在定子端部的铁芯、压指、压圈等金属构件中感应出涡流，产生大量的热量。
原因分析：
进相时，电枢反应的去磁效应增强，为了维持气隙磁场，转子主磁通需要增加，但实际由于励磁电流减小，合成气隙磁通减少，但端部磁通的分布发生变化，其绝对值可能反而增大。
更通俗的理解：当发电机从迟相（发无功）转为进相（吸无功）时，其内部的磁场分布会从定子铁芯内部向端部“扩散”或“发散”，导致端部磁通密度升高。
危害： 定子端部温度过高会导致：
绝缘材料加速老化、烧损。
结构件过热变形，产生热应力。
严重时可能引发接地短路等恶性事故。
监测： 大型发电机通常在定子端部埋设有测温元件，用于实时监控该部位温度，并将其作为进相运行的重要约束条件。
3. 定子电流过载限制
原理： 发电机的视在功率 S=P2+Q2S=P2+Q2。即使有功功率 PP 不变，当吸收的无功功率 ∣Q∣∣Q∣ 增大时，定子电流 II 也会相应增大。
限制： 定子电流不能超过其额定值 ININ。否则，定子绕组会因铜耗过大而过热，影响绝缘寿命。
特点： 这是一个圆形限制，在P-Q平面上表现为以原点为圆心、SNSN 为半径的圆。对于给定的有功出力 PP，允许吸收的最大无功 QminQmin 受此圆限制：Q≥−SN2−P2Q≥−SN2−P2。
4. 厂用电电压过低
原理： 进相运行时，发电机机端电压会下降。而电厂的厂用变压器通常接在发电机机端或升高电压母线上。
危害： 机端电压过低会导致厂用电动机（如给水泵、循环水泵、风机等）转矩下降、电流增大，可能造成电机过热、停转，甚至危及电厂自身的安全运行。
限制： 一般要求厂用母线电压不得低于额定电压的90%-95%。这通常是一个硬性约束。
二、 限制的数学与图形化表示
上述限制可以在发电机的P-Q运行曲线（Capability Curve） 上直观地表示出来。
图中清晰地展示了几个边界：
转子发热极限（励磁电流限制）： 图中最上方的圆弧，对应迟相运行最大无功出力。
定子发热极限（定子电流限制）： 图中右侧的圆弧，是限制进相运行的一个边界。
静态稳定极限： 图中左侧的虚线或实线，在进相区，它与原动机功率（有功）有关。在实际P-Q曲线中，常采用实用静稳极限，例如在额定有功下，功角δ=70°对应的运行点。
端部发热限制： 这通常是图中最左侧的一条曲线，它可能在静稳极限曲线的内侧，成为实际的限制边界，尤其是在大容量机组上。
深度进相运行，就是在这几条边界围成的狭窄区域内，尽可能向左下方（吸收无功方向）拓展。
三、 如何安全地进行深度进相运行？
进行进相试验：
这是确定发电机实际进相能力的最重要手段。通过试验，在不同有功功率下，逐步增加进相深度，实测：
定子端部温度。
定子电流、转子电流。
机端电压、厂用电压。
功角δ。
根据试验数据，绘制出该机组实际的P-Q运行曲线，作为运行人员的操作依据。
加强监控：
实时监控定子端部温度、铁芯温度、绕组温度。
严密监视定子电流、励磁电流、机端电压和功角。
优化设备与控制系统：
采用端部磁屏蔽和非磁性材料等结构优化的发电机，可以从设计上降低端部发热。
确保AVR和PSS投入且工作正常。
采用自动电压控制（AVC） 系统，可以实现发电机进相运行的自动、优化控制。
总结
对发电机进相运行的深度限制，是一个多约束条件下的优化问题。其核心矛盾在于：
系统需求： 希望发电机吸收更多无功以降低电压。
机组安全： 受到静态稳定、定子端部发热、定子过流和厂用电电压的严格限制。
其中，定子端部发热往往是限制大型发电机进相深度的最关键因素。要实现安全、经济的深度进相运行，必须依赖精确的进相试验来确定运行边界，并辅以完善的监控和保护系统。任何超出限制的深度进相都是危险且不被允许的。