利用發(fā)電機(jī)組無功出力調(diào)整總降變電所功率因數(shù)

王磊，趙博識(shí)

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第二能源總廠，安徽馬鞍山243000）

利用發(fā)電機(jī)組無功出力調(diào)整總降變電所功率因數(shù)

王磊，趙博識(shí)

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第二能源總廠，安徽馬鞍山243000）

同步發(fā)電機(jī)組通過自動(dòng)電壓調(diào)整裝置，可以實(shí)時(shí)地監(jiān)控發(fā)電機(jī)出口電壓，通過改變勵(lì)磁電流來調(diào)發(fā)電機(jī)組的無功出力，以適應(yīng)系統(tǒng)電壓的變化。利用這一特點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)地調(diào)整自備電廠的無功出力，實(shí)現(xiàn)總降變電所功率因數(shù)動(dòng)態(tài)平滑的調(diào)整。

自動(dòng)電壓調(diào)整；功率因數(shù)；力率

1 引言

馬鞍山鋼鐵股份有限公司第二能源總廠下設(shè)一座220 kV鋼軋總降變電所，有兩臺(tái)240 MVA主變，自備電廠3臺(tái)發(fā)電機(jī)組通過兩條110 kV線路在鋼軋總降變電所110 kV母線處并網(wǎng)。正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)量較高，恒鋼4821線、恒鋼4822線基本處于上網(wǎng)狀態(tài)，同時(shí)由于變電所下設(shè)無功補(bǔ)償裝置容量不足，造成從供電系統(tǒng)吸收大量無功電量，導(dǎo)致鋼軋變力率較低而被供電部門考核。

2 線路力率計(jì)算方法

功率因數(shù)就是有功功率P與視在功率S的比值，有功功率越小，無功功率越大，功率因數(shù)就越低：

力率為月平均功率因數(shù)，為有功電量與視在電量的比值。與功率因數(shù)不同的是，有功電量只計(jì)正向電量（即外購電量），無功電量計(jì)正向無功電量與反向無功電量之和。當(dāng)有功電量大量上網(wǎng)時(shí)，正向有功電量很少，造成線路力率較低，只有減少正向無功電量與反向無功電量之和，才能提高力率。

馬鋼第二能源總廠屬大工業(yè)性質(zhì)用戶，力率以0.90為標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)力率數(shù)大于0.90時(shí)，供電部門按比例給予力率獎(jiǎng)勵(lì)。當(dāng)功率因數(shù)小于0.90時(shí)，供電部門按比例給予力率考核。

3 力率現(xiàn)狀

（1）2011年鋼軋變恒鋼4821線路、4822線路力率統(tǒng)計(jì)見表1。

從表1可以看出，由于無功電量為正反向之和，比較穩(wěn)定，而有功電量隨自備電廠發(fā)電機(jī)組出力情況變化較大。發(fā)電機(jī)出力較高的月份，外購有功電量較少，線路力率較低。由此可見，要減少無功電量，就要保證無功負(fù)荷的供用平衡，以減少與外網(wǎng)交換的無功電量。

（2）鋼軋變無功負(fù)荷平衡情況

無功負(fù)荷的來源主要有無功補(bǔ)償裝置、發(fā)電機(jī)、同步電機(jī)，無功負(fù)荷的去向主要有異步電機(jī)、變壓器、整流器、LF爐等，其中異步電機(jī)、變壓器、整流器的無功負(fù)荷相對平穩(wěn)，而LF爐的無功負(fù)荷受生產(chǎn)節(jié)奏影響波動(dòng)較大，表2是鋼軋變在無功補(bǔ)償裝置全部投入狀態(tài)下的無功負(fù)荷平衡情況。

表1 2011年鋼軋變線路力率統(tǒng)計(jì)

表2 鋼軋變110 kV母線無功負(fù)荷平衡情況

從表2可以看出，造成鋼軋變無功電量過高主要有兩個(gè)原因：

（1）當(dāng)2#LF爐（鋼軋變703線路）生產(chǎn)時(shí)，由于無功負(fù)荷波動(dòng)較大，達(dá)28 Mvar左右，是造成鋼軋變無功電量過高的主要原因。

（2）無功補(bǔ)償裝置不足，各饋線的無功補(bǔ)償裝置全部投入后，仍然需要吸收大量無功功率。

4 自動(dòng)電壓調(diào)整裝置（AVR）

如果新建無功補(bǔ)償裝置，需大量投資，由于自備電廠的發(fā)電機(jī)組無功出力仍有較大提升空間，可以利用其自動(dòng)電壓調(diào)整裝置特性，增加發(fā)電機(jī)組的無功出力。

（1）勵(lì)磁控制系統(tǒng)

勵(lì)磁控制系統(tǒng)是由自動(dòng)電壓調(diào)整裝置、勵(lì)磁機(jī)和同步發(fā)電機(jī)形成的反饋控制系統(tǒng)。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器以發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)(電壓、電流、功率因數(shù)等)作為反饋控制信號(hào)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以維持機(jī)端電壓為給定值，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無功功率自動(dòng)分配和提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性等。

（2）自動(dòng)電壓調(diào)整裝置原理

發(fā)電機(jī)端電壓由測量元件轉(zhuǎn)換為可與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的信號(hào)，兩者間的誤差信號(hào)經(jīng)放大后控制勵(lì)磁電源的輸出量以克服機(jī)端電壓的偏差，使誤差信號(hào)降至微小值或?yàn)榱?，即調(diào)整發(fā)電機(jī)端電壓接近或等于給定值。通常用發(fā)電機(jī)的無功調(diào)節(jié)特性來反映自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的靜態(tài)性能，且用調(diào)差系數(shù)δ表示：

δ%=(U0-U)×100式中，U0——發(fā)電機(jī)空載狀態(tài)下端電壓的標(biāo)幺值；

U——功率因數(shù)等于零，定子電流等于額定值時(shí)發(fā)電機(jī)電壓的標(biāo)幺值。

可見，要調(diào)整發(fā)電機(jī)組的無功出力，一是要調(diào)整調(diào)差系數(shù)δ，二是控制系統(tǒng)電壓。但因CCPP機(jī)組的調(diào)差系數(shù)無法調(diào)整，如果只調(diào)整135機(jī)組和60 MW機(jī)組的調(diào)差系數(shù)，會(huì)造成無功負(fù)荷分配不平衡，影響發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。

5 系統(tǒng)電壓調(diào)整

（1）電壓損失

電壓損失是指串聯(lián)電路中阻抗元件兩端電壓的代數(shù)差，即：

式中，P——系統(tǒng)有功功率，kW；

Q——系統(tǒng)無功功率，kvar；

R、X——系統(tǒng)的電阻和電抗，Ω。

通常系統(tǒng)電阻R遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電抗X，所以電壓損失主要取決于無功功率Q。

（2）LF爐的無功沖擊對自備電廠無功出力的影響

LF爐生產(chǎn)時(shí)，負(fù)荷末端處于短路狀態(tài)，吸收大量無功功率（約28 kvar），造成鋼軋變及自備電廠110 kV母線電壓降低，此時(shí)自備電廠發(fā)電機(jī)組的AVR裝置會(huì)自動(dòng)調(diào)整無功出力來適應(yīng)電壓變化，通過AVR裝置的補(bǔ)償，自備電廠的無功出力增加了約17 kvar。

圖1 鋼軋變無功功率變化趨勢

但由于電廠主變的電抗和調(diào)差系數(shù)的作用，發(fā)電機(jī)的無功補(bǔ)償仍然無法滿足鋼軋變的無功需求。

（3）系統(tǒng)電壓調(diào)整

鋼軋變2臺(tái)主變均為有載調(diào)壓變壓器，可以通過改變主變檔位，人為地降低系統(tǒng)電壓，以增加自備電廠無功出力。

2012年4月，經(jīng)省調(diào)許可，我廠將鋼軋變主變檔位由5檔降至4檔，鋼軋變110 kV母線電壓由原來的115.3 kV降至114.8 kV，調(diào)檔后，電廠并網(wǎng)無功負(fù)荷比原先增加了10 kvar左右，鋼軋變無功補(bǔ)償不足的情況得到了很大緩解，鋼軋變的無功負(fù)荷達(dá)到平衡狀態(tài)，調(diào)整后的鋼軋變無功負(fù)荷平衡詳見表3。

表3 調(diào)整后鋼軋變無功負(fù)荷平衡表

由圖2可以看出，2012年4月電壓調(diào)整后，鋼軋變月無功電量減少了約400萬kvar·h，力率也基本維持在了0.9以上。

圖2 4821線路無功電量與力率

6 結(jié)語

利用自備發(fā)電機(jī)組無功出力調(diào)整變電所功率因數(shù)，不僅可以節(jié)省大量無功補(bǔ)償裝置投資，而且如果參數(shù)設(shè)置合理，可以實(shí)現(xiàn)對無功沖擊負(fù)荷的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

Use of Reactive Power Output of Generating Set to Control Power Factor of Step Down Substation

WANG Lei，ZHAO Boshi
(No.2 Energy Sources Plant of Maanshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

A synchronous generating set can real-time monitor outlet voltage of a generator by the automatic voltage regulation device.The reactive power output of the generating set is controlled by changing the excitation current to adapt to the change of system voltage.Use of this feature can real-time control reactive power output of the self-provided power plant to realize dynamic smooth adjustment of power factor of the step down substation.

automatic voltage regulation;power factor;power rate

TM714.1

B

1006-6764(2013)07-0018-03

2013-03-01

王磊（1985-），男，2007年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，現(xiàn)從事三電管理工作。