無(wú)功功率過(guò)高對(duì)發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)的影響分析

雷明洋+董朝輝

摘 要：在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)發(fā)出一定的無(wú)功功率來(lái)維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是它又影響了發(fā)電機(jī)的效率。本文在保證發(fā)電機(jī)維持額定的功率因數(shù)運(yùn)行同時(shí)，減少電力用戶的無(wú)功消耗或增加無(wú)功補(bǔ)償裝置，既保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)又提高發(fā)電機(jī)的效率。

關(guān)鍵詞：無(wú)功功率；發(fā)電機(jī)；系統(tǒng)；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.131

0 引言

電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率主要用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)，完成電磁能量的互相轉(zhuǎn)換，不對(duì)外做功，為系統(tǒng)提供電壓支撐，在電源與負(fù)荷之間提供電壓降落所需的勢(shì)能，雖不直接消耗，但無(wú)功的交換將引起發(fā)電和輸電設(shè)備上的電壓升降和能量損失。

變壓器、大量感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)、冰箱，空調(diào)等設(shè)備，不僅需要向系統(tǒng)吸收有功，同時(shí)需要吸收無(wú)功，以產(chǎn)生設(shè)備維護(hù)正常運(yùn)行所必須的交變磁場(chǎng)。但大量的無(wú)功會(huì)引起有功損耗，造成電壓降，影響電能質(zhì)量，對(duì)發(fā)電、供電、配電三方面都會(huì)產(chǎn)生不良影響。

1 無(wú)功功率對(duì)發(fā)電機(jī)的影響

我公司是兩臺(tái)220MW型號(hào)為WX23Z—109機(jī)組，勵(lì)磁方式為：靜子可控硅勵(lì)磁，恒機(jī)端電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，發(fā)電機(jī)視在功率258.8MVA，額定功率220MW，額定電流8301A，額定電壓18KV，滿載勵(lì)磁電流1346A，滿載勵(lì)磁電壓325V，短路比0.52，額定功率因數(shù)0.85

根據(jù)2009年我公司#1機(jī)運(yùn)行參數(shù)保留圖片分析如下：發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷201MW，無(wú)功負(fù)荷142Mvar，勵(lì)磁電壓306V，勵(lì)磁電流1357.8A，定子電流最大7980A，發(fā)電機(jī)端電壓17.9KV，母線電壓112KV，功率因數(shù)0.818，系統(tǒng)頻率50Hz。通過(guò)運(yùn)行參數(shù)不難看出 ：

（1）勵(lì)磁電流已經(jīng)超過(guò)額定勵(lì)磁電流的1.009倍，勵(lì)磁電流長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電流運(yùn)行勢(shì)必造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈過(guò)熱，從而是轉(zhuǎn)子絕緣下降，影響發(fā)電機(jī)的使用壽命。

（2）根據(jù)功率三角形此時(shí)發(fā)電機(jī)容量為201/0.818=245.7MVA，再增加有功負(fù)荷到220MW很難，應(yīng)為在增加負(fù)荷的同時(shí)，交軸電樞反應(yīng)用的勵(lì)磁多了，那么勵(lì)磁分給直軸電樞反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功的部分就少了。所以由于電樞反應(yīng)，增加有功功率會(huì)產(chǎn)生去磁作用，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)欠磁，無(wú)功功率降低，電壓降低。為了維持靜態(tài)穩(wěn)定，恒機(jī)端電壓運(yùn)行方式由于電壓下降從而增加勵(lì)磁使無(wú)功增加，所以根據(jù)功率圓，視在功率一定的，發(fā)電機(jī)不可能滿負(fù)荷運(yùn)行。如果維持功率因數(shù)不變，發(fā)電機(jī)有功只能帶到210MW，同時(shí)無(wú)功的增高使網(wǎng)絡(luò)中的有功損耗增加，即高無(wú)功限制了發(fā)電機(jī)帶有功和網(wǎng)絡(luò)傳輸有功的能力。勵(lì)磁電流增加又進(jìn)一步造成了轉(zhuǎn)子繞組的發(fā)熱，如果勵(lì)磁電流繼續(xù)增加到1.15倍的額定勵(lì)磁電流時(shí)，即If=1.15*1346=1547.9A時(shí)，根據(jù)過(guò)勵(lì)磁反時(shí)限保護(hù)，18S后將自動(dòng)減出力，負(fù)荷隨之下降。

如果刻意降低無(wú)功負(fù)荷，雖然功率因數(shù)提高了，帶有功能力有了，但勢(shì)必造成機(jī)端電壓降低，無(wú)法彌補(bǔ)負(fù)荷增加時(shí)電樞去磁現(xiàn)象，相對(duì)勵(lì)磁較低將是發(fā)電機(jī)失去暫態(tài)穩(wěn)定，重則引起系統(tǒng)的崩潰。

可見(jiàn)，若果無(wú)功功率過(guò)高，功率因數(shù)較低時(shí)，不但轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，限制發(fā)電機(jī)帶無(wú)功的能力，也必將限制發(fā)電機(jī)帶有功負(fù)荷的能力。

怎樣既保證發(fā)電機(jī)能滿負(fù)荷運(yùn)行，維持功率因數(shù)在0.85左右，無(wú)功負(fù)荷能滿足電壓在額定方式下運(yùn)行，從而勵(lì)磁電流又不超流呢？

（1）發(fā)電機(jī)維持0.85功率因數(shù)左右運(yùn)行，額定負(fù)荷才能達(dá)到220MW，此時(shí)無(wú)功為136MW左右，功率圓能說(shuō)明在無(wú)功負(fù)荷增加時(shí)將限制有功的輸出，無(wú)功的一味下降將造成機(jī)組暫態(tài)穩(wěn)定破壞，引起機(jī)組振蕩，所以發(fā)電機(jī)應(yīng)嚴(yán)格地按照有功功率-無(wú)功功率（P—Q）極限曲線運(yùn)行，不得超出曲線范圍。最大無(wú)功功率受轉(zhuǎn)子溫升的條件限制，由于系統(tǒng)負(fù)荷大部分是感性負(fù)荷，無(wú)功大部分作為變壓器、異步電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載磁場(chǎng)交換，造成了無(wú)功的損耗，此時(shí)只有及時(shí)投入無(wú)功補(bǔ)償裝置或多發(fā)無(wú)功，才能維持無(wú)功的平衡，從而減小電壓降和提供功率因數(shù)，通過(guò)以上分析發(fā)電機(jī)多發(fā)無(wú)功將影響發(fā)電機(jī)的出力和轉(zhuǎn)子的熱效應(yīng)，故最好各個(gè)用電單位投入無(wú)功補(bǔ)償裝置，即維持了電壓，也維持了無(wú)功的平衡。

（2）根據(jù)用電單位所用負(fù)荷，計(jì)算其無(wú)功負(fù)荷，通過(guò)無(wú)功計(jì)量，多吸收無(wú)功者給予無(wú)功計(jì)費(fèi)，彌補(bǔ)發(fā)電機(jī)不能額定出力的費(fèi)用。

（3）對(duì)沒(méi)上無(wú)功補(bǔ)償裝置的施行限電運(yùn)行，并督促其及時(shí)裝備無(wú)功補(bǔ)償裝置。

2 無(wú)功功率對(duì)線損的影響

電力系統(tǒng)中無(wú)功平衡水平對(duì)電壓水平有很大的影響，如果無(wú)功損耗較大將引起系統(tǒng)電壓的大幅度下降，設(shè)備就不能在額定電壓下運(yùn)行，就不能保證最佳的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備處理不夠，對(duì)設(shè)備將產(chǎn)生不良的后果。為了維持無(wú)功平衡，在沒(méi)投無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)，發(fā)電機(jī)必須多發(fā)無(wú)功才能維持電壓的穩(wěn)定，但是，線路在輸送無(wú)功功率的同時(shí)，需要消耗有功功率。當(dāng)有功功率一定時(shí)，無(wú)功越大，則網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗越大。當(dāng)傳輸能力一定是，無(wú)功越小，傳輸有功的能力越大。所以最好投入無(wú)功補(bǔ)償裝置，維持無(wú)功的平衡，保持電壓的穩(wěn)定。這樣既減少了線路損耗，增加了發(fā)電機(jī)和線路的帶負(fù)荷能力，也避免了電壓過(guò)低對(duì)設(shè)備出力的影響。

3 無(wú)功多發(fā)對(duì)公司經(jīng)濟(jì)效益的影響

根據(jù)第一條分析，當(dāng)發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷201MW，無(wú)功負(fù)荷142Mvar，功率因數(shù)0.818運(yùn)行時(shí)，有功只能出力210MW，如果，按滿負(fù)荷220MW算，一年按300天計(jì)算，一年同比少發(fā)電300*24*10000=7200萬(wàn)千瓦時(shí)，每千瓦時(shí)按0.3元計(jì)算，少收入2160萬(wàn)元。

所以，根據(jù)以上分析，要求電力用戶及時(shí)投、退無(wú)功補(bǔ)償裝置是勢(shì)在必行的。

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