发电机的无功安全裕度反映了当前运行点发电机可以发出或吸收无功功率能力，与系统的电压稳定裕度具有重要的联系。无功安全裕度主要由发电机的无功容量曲线决定，与发电机的运行状态相关。无功安全裕度包括元功备用裕度和进相裕度，分别对应发电机迟相和进相运行的状态。

发电机进相运行是相对于迟相运行而言的一种运行工况。进相运行时，发电机定子电流的相角超前机端电压，发电机向外容性无功功率。同步发电机无功出力通过励磁电流来控制，减少励磁电流，可使发电机由迟相运行转为进相运行；进一步减少励磁电流，发电机吸收的无功增多。

发电机进相运行时内电势较低，若保持发电机有功出力恒定（即原动机转矩不变），则需增大功角，从而使得发电机静态稳定裕度减小。同时，发电机绕组端部漏磁趋于严重，定子叠片中涡流电流增大，导致端部的局部发热。而电枢电流产生的磁通与磁场电流产生的磁通叠加所产生的热效应能使定子端部温升增大。若超过发电机本身的热极限，将对发电机的安全稳定运行产生不利影响。

1）发电机无功运行区域分析

连续运行的发电机要考虑3个因素：电枢电流极限、磁场电流极限和端部电流极限，如图7-6所示。

在图7- 6所示的P Q平面中，P轴右边为发电机迟相运行区域，左边为进相运行区域。FC曲线代表原动机输出功率极限，AC为半径的圆弧代表电枢电流发热运行极限，CD弧线代表磁场发热运行极限，FG弧线代表端部电流热运行极限，RP弧线代表最小励磁电流限制，实际静稳极限是在理论静稳极限基础上考虑一定的静稳裕度所获得的曲线，温升限制曲线则通过实验获得。

图7-6　凸极式同步发电机安全运行极限

2）迟相运行

当发电机迟相运行时，其电枢电流和磁场电流都将增加，因此电枢电流极限和磁场电流极限为发电机迟相运行的安全区域，即为图中的ADCO区域。

（1）电枢电流限制曲线的计算方法。

发电机的视在功率为：

式中　φ——功率因数角。

在P Q坐标平面上，最大允许电流可以表示成一个半圆，圆心在坐标原点，半径等于机组的额定视在功率S的幅值。

（2）最大磁场电流限制曲线的计算方法。

忽略凸极效应，即认为xd＝xq时，最大励磁电流限制为：

在P-Q坐标平面上，上式代表一个以（0，－／xd）为圆心，以xabUtIfd／xd为半径的圆。(www.daowen.com)

3）进相运行

当发电机进相运行时，内电动势较低，若保持发电机有功出力恒定（原动机转矩不变），则需增大功角，从而发电机静稳定裕度减小。进相运行时的发电机绕组端部漏磁趋于严重，加剧了定子叠片中涡流，导致端部的局部发热。另外，发电机进相运行时，电枢电流产生的磁通与磁场电流产生的磁通叠加所产生的热效应，也将使定子端部温升增大，若超过发电机本身的热极限，将对发电机的安全稳定运行产生不利影响。因此发电机进相运行的安全区域为图7-6中OFEPGA所包围的区域。

进相限制曲线是通过发电机现场进相试验获得，工程上一般近似用直线（折线）或圆弧来表示，如图7-7所示。

图7-7　低励限制曲线

直线型方程为：

可以给定K 和C，或者给定线上两点，求出K 和C：

圆周型圆心在Q轴上，方程为：

可以给定r和Q0，或用线上两点确定r和Q0：

当电压不同时，允许的进相无功功率是不同的，所以需要根据电压水平进行修正。

直线型：

圆周型：

可根据发电厂提供的资料，用上述方法将其近似用圆周来代替，建立相应的数据库。实时运行时，则可根据测得电功率P及电压，可查表得出此时最大运行的无功功率值。