1、K20備案號：16974-2006 中華人民共和國電力行業標準 DL/T 9702005 大型汽輪發電機非正常和特殊運行及維護導則 Guide for Abnormal and Special Operations and Maintenancesof Large Turbo-Generators 2005-11-28發布2006-06-01實施 中華人民共和國國家發展和改革委員會發布 目次前言1范圍2規范性引用文件3術語和定義4技術要求4.1進相運行4.2失步運行4.3失磁異步運行4.4頻率異常4.5三相不對稱運行4.6調

2、峰運行 前言 本標準是根據原國家經濟貿易委員會關于下達2002年度電力行業標準制定和修訂計劃的通知（國經貿電力2002973號文）的要求制定的。當前我國電力工業已經進入大電網與大機組的階段。隨著電網容量的增加和大容量發電機單機數量的增加，大電網和大機組之間的協調關系日趨重要。國內外的理論研究和運行實踐表明，大電網與大機組的相互影響與協調直接影響電網和發電機組的安全穩定運行。系統擾動或發電機本身突發故障時，可能使發電機進入非正常運行狀態，例如，系統振蕩、電網頻率異常、短暫不對稱運行、失磁、短路沖擊等，如果處理不當，不僅可能導致發電機的損壞，還可能使電網失去穩定，甚至造成電網崩

3、潰事故。因此，制定發電機非正常運行方式導則是網機協調關系的主要工作內容之一，也是系統穩定措施的重要組成部分。除電網或發電機在故障狀態下的非正常運行方式外，根據電網需求發電機主動或被動進入的某些特殊運行方式，例如，進相運行、調峰運行、連續不對稱運行等，也與電網的安全穩定運行關系密切，需要在保證電網安全和發電機組設備安全前提下取用適當的運行參數或保護定值。所以，本標準述及了電網或發電機多種非正常運行方式，也述及了某些屬于正常運行范疇的特殊運行方式。本標準的編制參照了1980年國際大電網會議（CIGRE）11.03工作組提交的同步發電機導常運行導則草案。本標準由中國電力企業聯合會提出。本標準由電力行

4、業電機標準化技術委員會歸口并解釋。本標準起草單位：華北電力科學研究院有限責任公司、國電華北電力設計院工程有限公司。本標準主要起草人：白亞民、袁季修、吳聚業。 大型汽輪發電機非正常和特殊運行及維護導則 1范圍 本標準規定了汽輪發電機多種非正常運行和特殊運行方式的允許限值以及相關的維護與檢修措施。本標準適用于300MW及以上容量的汽輪發電機，其他容量機組可以參照執行。對已投入運行但不能完全滿足本標準的發電機，可根據實際情況對不能滿足的部分條文，參照本標準確定運行條件。 2規范性引用文件 下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期

5、的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。GB 7552000旋轉電機定額和性能（idt IEC 60034-1：1996）GB/T 70642002透平型同步電機技術要求（neq IEC 60034-3：1988）GB/T 14285繼電保護和安全自動裝置技術規程 3術語和定義 下列術語和定義適用于本標準。3.1進相運行leading phase operation發電機處于欠勵狀態，此時發電機相位角超前，要從系統吸收無功。

6、3.2       失步運行out-of-step operation由某種擾動引起發電機失去同步，同時仍保持全部或部分勵磁。3.3       異步運行asynchronous operation發電機失磁引起的非同步運行狀態，此時異步轉矩等于原動機轉矩。3.4       連續不對稱運行continuous asymmetric operation發電機三相負荷不平衡造成的三相電壓和電流不平衡持續運行狀態。3.5

7、       短暫不對稱運行temporarily asymmetric operation發電機因不對稱短路或非全相運行造成的短時運行狀態。 4技術要求 4.1進相運行4.1.1一般要求進相運行屬于正常運行范疇的特殊運行方式。大型發電機應當具備按照電網需求隨時進相運行的能力，以便為系統提供較好的動態無功儲備，確保電網的電壓質量和經濟運行。按照GB/T 70642002中5.13的要求，汽輪發電機在設計時已具備了帶額定負荷進相運行范圍可以達到超前功率因數0.95的能力，但設計和制造時僅能考慮勵磁調節性能和定子端部附

8、加發熱的限制，實際進相運行時還必須考慮發電機與系統之間相關的限制條件，如發電機靜穩定、系統電壓以及廠用電壓降低等。4.1.2實際進相能力的確定進相運行時定子端部的附加發熱問題通常已由專門的設計加以解決，但某些早期生產的汽輪發電機（如部分雙水內冷發電機）定子端部可能仍存在發熱較高的問題；當勵磁系統設計適當時，一般都可以滿足發電機靜穩定的要求；廠用電壓的限制則主要取決于系統配置。實際進相運行能力應當通過不同有功負荷下的進相試驗（通常在0.5PN1.0 PN間取34點）確定安全的進相范圍，進相試驗的限值如下：a）定子端部發熱按生產廠家提供出力圖，或監視端部溫度預埋測點，不得超過GB/T 7064規定

9、的溫度限值。b）發電機靜穩定試驗時勵磁調節器應投入運行，并能穩定調節，確保發電機不會發生振蕩，同時應監視發電機功角變化。的控制數值應由電網調度根據電網運行的穩定性和勵磁調節器的性能決定，為留有一定的安全裕度一般控制不超過70°。c）廠用電壓控制在不低于額定電壓的95。電廠應根據發電機進相試驗繪制指導實際進相運行的出力圖，并編制相應的進相運行規程，根據電網的需要進相運行。4.1.3有關檢修和附屬設備配置的規定對發電機檢修不做特殊規定。新建或設備改造的發電機定子端部壓指、屏蔽環及邊段鐵芯等處宜預埋設檢溫計。勵磁系統應采用可以在線調整低勵限制定值的微機型勵磁裝置。運行應監視發電機雙向無功功

10、率和功率因數。根據要求的進相深度，當靜穩定成為限制進相因素時，應監視功角進相運行。4.2失步運行4.2.1一般要求失步運行屬于應避免而又不可能完全排除的非正常運行狀態。發電機失步往往起因于某種系統故障，故障點到發電機距離越近、故障時間越長，越易導致失步，并且失步的影響越嚴重。在失步至恢復同步或解列發電機之前，發電機和系統都要經受短時間的失步運行狀態。失步振蕩對發電機組的危害主要是軸系扭振和短路電流沖擊。發電機的失步保護應當考慮既要防止發電機損壞又要減小失步對系統和用戶造成的危害。為減輕失步對系統的影響，在一定條件下，應允許發電機短暫失步運行，以便采取措施恢復同步運行或在適當地點解列。4.2.2

11、失步運行具體規定當失步振蕩中心在發電機變壓器組內部時，應當立即解列發電機。當發電機電流低于三相出口短路電流的6070時（通常振蕩中心在發電機變壓器組外部），發電機組允許失步運行5個20個振蕩周期，并應當立即增大發電機勵磁，同時減少有功負荷，切換廠用電，爭取在短時間內恢復同步或在系統適當地點解列?，F有運行機組如不能完全滿足上述規定，應與制造部門協商確定運行條件。4.2.3檢修維護和附屬設備配置規定對較輕微的失步故障不做特殊的檢修規定，僅在發生過嚴重失步振蕩（失步振蕩時間超過上述規定）以后應當及時檢查發電機組的健康情況，重點檢查發電機組的軸系扭振和疲勞壽命損失、聯軸器螺栓和軸承裂紋等情況，同時詳細

12、檢查定子繞組端部的緊固情況，當發現存在松動和磨損以及端部整體動態特性性能劣化時必須及時加以處理。再運行半年至一年后應利用停機機會再一次檢查端部緊固情況。有條件的發電機建議加裝扭應力監測和分析設備，對軸系壽命損耗進行在線監視。4.3失磁異步運行4.3.1一般要求失磁異步運行屬于應避免而又不可能完全排除的非正常運行狀態。因發電機失磁瞬間可以從發送無功的正常運行狀態，立即階躍為吸收無功狀態，造成對電網非常不利的大幅度無功負荷變化，故應當嚴格限制失磁異步運行條件。運行實踐表明，有限的短時異步運行對發電機組運行是有利的，可能因此恢復勵磁，從而避免發電機緊急掉閘對熱動力設備的沖擊，若不能恢復勵磁，短時的異

13、步運行也可以使機組負荷在解列前以適當速度減少以至足以轉至其他機組。失磁異步運行對電網的不利影響較大，無論是立即從電網解列還是允許快速減負荷后短時運行，都會對電網造成一定的沖擊。4.3.2失磁異步運行的限制條件汽輪發電機失磁異步運行的能力及限值，與電網容量、機組容量、有否特殊設計等有關。失去勵磁的發電機因汽輪機機械轉矩大于電機的平均異步轉矩可以產生較大的滑差，而異步轉矩還因定子電壓的下降而減少，所以要維持發電機短時運行，必須快速降負荷。若有功相應減少，滑差維持在一個較低水平（通常小于0.5），則轉子過熱不會成為汽輪發電機異步運行的限制因素。通常轉子繞組的感應電壓數值不會成為限制因素。如果在規定的

14、短時運行時間內不能恢復勵磁，則機組應當與系統解列。具備如下條件時，可以短時異步運行：a）電網有足夠的無功余量去維持一個合理的電壓水平。b）機組能迅速減少負荷（應自動進行）到允許水平。c）發電機的廠用電系統可以自動切換到另一個電源。4.3.3失磁運行的規定發電機失去勵磁后是否允許機組快速減負荷并短時運行，應根據電網和機組的實際情況綜合考慮，電網運營部門應當與電廠就具體機組失磁后可能的運行方式達成協議。若電網不允許發電機無勵磁運行，應由失磁保護立即將發電機與電網解列。從發電機本身的能力可對失磁異步運行做出如下規定。由于定子端部溫升迅速升高且異步轉矩較小，按照GB/T 70642002中5.14的規

15、定，300MW及以下機組可以在失磁后60s內減負荷至額定有功功率的60，90s內降至40，在額定定子電壓下帶0.4倍額定有功，定子電流不超過1.0倍1.1倍時，發電機總的失磁運行時間不超過15min。600MW級及以上機組的允許運行時間和減負荷方式應由電網運營部門、用戶與制造廠共同協商決定。4.3.4相關的檢修規定按規定時間承受短時失磁運行的發電機可以按正常規定進行檢修。對于發生嚴重失磁運行事故的發電機，例如超過上述規定的負荷和時間，或引起強烈系統振蕩，應當盡快對發電機組進行停機檢查，重點檢查發電機組的軸系扭振和疲勞壽命損失、聯軸器螺栓和軸承裂紋等情況，同時詳細檢查定子繞組端部的緊固情況，當發

16、現存在松動和磨損以及端部整體動態特性性能劣化時必須及時加以處理，再運行半年至一年后應再一次利用停機機會檢查端部的緊固情況。4.4頻率異常4.4.1一般要求頻率異常屬于應避免而又不可能完全排除的非正常運行狀態。電力系統由于某種原因造成有功功率不平衡時，頻率將偏離額定值。偏離的程度與系統有功功率不平衡情況及系統的負荷頻率特性等因素有關。限制系統頻率降低，一般采用低頻減負荷，但由于低頻減負荷裝置的動作時延和電力系統的慣性，在減負荷后系統頻率的恢復有一定的時延。所以，當系統由于某種原因突然出現功率嚴重短缺時，即使采用了低頻減負荷，系統也不可避免地將出現短暫的頻率降低。頻率降低的程度和持續時間與電力系統

17、的具體情況及低頻減負荷的配置和整定有關。如果系統頻率下降時處理不當而將機組跳閘，則此時機組跳閘造成的系統功率短缺將進一步導致頻率降低，因而形成連鎖反應，嚴重時最終導致系統崩潰。所以為防止電網頻率異常時發生電網崩潰事故，發電機組應當具有必要的頻率異常運行能力。同時，機組低頻保護整定必須與系統頻率降低特性協調，即系統頻率降低不應使機組保護動作而引起惡性連鎖反應。4.4.2發電機組頻率異常的限制因素限制大機組在頻率異常時運行的因素主要為汽輪機葉片諧振。汽輪機葉片的諧振頻率和允許時間特性與葉片的長度、斷面形狀及材質等因素有關。電力系統頻率的變化會導致激振頻率偏離設計工況，使某些調頻葉片落入諧振。因此汽

18、輪發電機組允許頻率異常的運行能力主要受汽輪機調頻葉片的限制。4.4.3頻率異常運行的限值限制機組頻率升高是由其調速器來實現的。一般要求系統事故時限制機組的暫態最高轉速不超過額定轉速的107108。新訂購汽輪機和發電機（含輔機），在帶負荷運行（不包括啟動和停機等）情況下，汽輪發電機組頻率異常的運行能力應符合表1的規定。 表1汽輪發電機組頻率異常允許運行時間頻率范圍fHz允許運行時間累計min每次s51.0f51.5303050.5f51.018018048.5f50.5連續運行48.0f48.530030047.5f48.0606047.0f47.5102046.5f47.0254.4

19、.4檢修和相關設備配置規定在上述規定范圍內的頻率異常運行按常規檢修進行。超過上述時間規定的應對汽輪機進行相關檢查。系統的低頻減載配置和整定應能保證系統頻率動態特性的低頻持續時間小于表1所規定的每次允許時間，并有一定的裕度。按GB/T 14285的規定，發電機應裝設低頻保護，保護動作于信號并有低頻累計時間顯示。特殊情況下當低頻保護需要跳閘時，保護動作時間可按汽輪機和發電機制造廠的規定進行整定，但必須符合表1規定的每次允許時間。若發電機低頻保護動作時間低于規定的每次動作時間，則在發電機低頻跳閘時，應在該地區附加切除相應容量的負荷，以避免頻率下降的連鎖反應。4.5三相不對稱運行4.5.1一般要求連續

20、不對稱運行屬于正常運行范疇的特殊運行方式；短暫不對稱運行屬于故障狀態下的非正常運行方式。根據GB/T 70642002中3.11的規定，汽輪發電機應能承受一定的連續和短暫負序電流。發電機在并網、與系統解列或運行過程中可能發生的非全相運行，也屬于短暫不對稱運行范圍。當發電機出口出現不對稱短路故障時，在保護動作清除故障以前發電機將承受短暫的不對稱運行。在停機或啟機過程中，某相高壓開關因故障拒動而形成非全相運行；最嚴重的情況發生在發電機非全相異步啟動時，此時因發電機從電網吸收能量，汽輪機可能承受逆功率，發電機轉子表層金屬部件可能因感應渦流嚴重燒傷，定子繞組可能因電流沖擊而嚴重過熱。4.5.2不平衡負

21、荷的限制條件不平衡負荷在發電機上產生以同步速度反方向旋轉的負序磁場，由此在轉子上感應生成2倍工頻交變的電流，該電流在轉子槽楔、齒部和護環等部件上產生的附加發熱是限制發電機帶不平衡負荷能力的主要因素。連續不平衡負荷的主要限制條件是轉子繞組絕緣等級的熱老化極限和槽楔等部件的高溫蠕變現象對材料機械性能的破壞，其判據按IEC標準用負序電流I2（標么值）表示。短暫不平衡負荷主要考慮對材料機械性能的破壞，其判據按IEC標準用負序電流I2（標么值）的平方和持續時間的乘積表示，判據適用的持續時間應限定在60s以內（不考慮散熱的影響）。任何情況下也不允許發電機主動承擔非全相運行，因事故進入非全相運行時，應盡快與

22、系統解列。4.5.3不平衡負荷的限制值汽輪發電機承受不平衡負荷的限制值按GB 7552000規定，見表2。 表2同步電機不平衡運行條件（圓柱形轉子同步電機）項號電機型式連續運行時的I2/IN最大值在故障狀態下運行的（I2/IN）2t最大值s1間接冷卻的轉子繞組空冷0.115氫冷0.1102直接冷卻（內冷）轉子繞組SN350MVA0.088350MVASN900MVA0.08-8-0.00545（SN-350）900MVASN1250MVA0.08-51250MVASN1600MVA0.055注：SN為額定容量，MVA4.5.4檢修和發電機配置規定當連續不平衡負荷在允許范圍內時，按常規

23、正常運行檢修；超過允許限值時應當對轉子絕緣過熱情況和槽楔等部件有針對性地進行檢查。發生短暫不平衡故障保護動作以后，即使（I2/IN）2t數值低于廠家承諾限值，也應停機檢查轉子表面的過熱情況，必要時進行金相和探傷檢查，對因過熱燒損的局部進行相應處理。定、轉子繞組應當進行全面的電氣檢查。短時而輕微的非全相運行不做特殊的檢修規定。嚴重的非全相運行除需要檢查轉子表面外，還應當檢查定子繞組端部的緊固結構，發現問題及時處理，在繼續投運半年至一年期間應當再次檢查定子繞組端部的緊固結構。對經常帶較大連續不平衡負荷的發電機，應能監視不平衡負荷運行下的負序電流，避免超限值運行。4.6調峰運行4.6.1一般要求調峰

24、運行屬于正常運行范疇的特殊運行方式。調峰運行與電力需求密切相關。正常情況下電網的負荷量呈周期性變化，例如晝夜照明和動力需求的變化、工作日與節假日對電力需求的變化、氣溫變化引起空調或取暖設備的投運與否等，在電力供應充足的情況下，必然存在電網負荷峰谷差，也就必然存在發電機組的調峰問題，即在負荷低峰期總是有一部分發電機組少發或停機備用，即進行調峰運行。汽輪發電機的調峰運行分為兩種方式，一種是大范圍負荷變化的負荷波動式運行，稱為“深調運行”，通常帶3570至100基本負荷間反復變化；另一種是停機熱備用的零負荷至基本負荷頻繁交替變化，稱為兩班制運行。前者一般為較大容量機組，后者通常容量較小，但隨負荷峰谷差加大，部分較大容量機組也需要按照兩班制運行。4.6.2調峰對發電機的影響調峰運行時負荷的頻繁交替變化可能縮短發電機使用壽命，有可能產生的主要問題如下：a）轉子繞組銅線變形。b）繞組絕緣提前老化。c）定子繞組端部結構的松動和磨損故障。d）發電機結構件，特別是旋轉部件的應力疲勞損傷。e）附屬設備電動機、線路開關等故障率增高。頻繁啟停機的兩班制運行比單純