發(fā)電機(jī)低功率因數(shù)運(yùn)行對(duì)發(fā)電廠的影響

武洪濤

[摘? ? 要]電力能源是社會(huì)生活的基礎(chǔ)，隨著社會(huì)的發(fā)展，用電量也不斷提升，因此中國(guó)一些大型發(fā)電站的數(shù)量也持續(xù)增加，特別是新能源發(fā)電發(fā)展迅猛，電力對(duì)于工業(yè)化來說，是現(xiàn)代工業(yè)的最基礎(chǔ)能源動(dòng)力，為了確保發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)電廠的發(fā)電狀態(tài)與設(shè)備進(jìn)行更加精心的維護(hù)，加強(qiáng)發(fā)電廠運(yùn)行過程監(jiān)控。對(duì)于影響發(fā)電廠的各種因素掌握清楚，本文從功率因數(shù)的特性論述了低功率因數(shù)運(yùn)行對(duì)于發(fā)電廠的影響。

[關(guān)鍵詞]發(fā)電廠;低功率因數(shù);發(fā)電機(jī)

[中圖分類號(hào)]TM31 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）06–0–03

The Influence of Low Power Factor Operation of Generator on Power Plant

Wu Hong-tao

[Abstract]Power energy is the foundation of social life. With the development of society， the power consumption is also increasing. Therefore， the number of large power stations in China has been increasing， especially the rapid development of new energy generation. For industrialization， power is the most basic energy power of modern industry. In order to ensure the stable operation of power plants， the power generation status and equipment of power plants must be treated More careful maintenance is carried out to strengthen the monitoring of power plant operation process. The paper discusses the influence of low power factor operation on power plant from the characteristics of power factor.

[Keywords]power plant; low power factor; generator

功率因數(shù)是指交流電路有功功率對(duì)視在功率的比值。用戶電氣設(shè)備在一定電壓和功率下，該值越高、效益越好，越能充分利用。因此，功率因數(shù)是測(cè)量供電系統(tǒng)使用程度和設(shè)備使用情況的一項(xiàng)指示性數(shù)據(jù)，在發(fā)電過程中十分重要，而發(fā)電機(jī)低功率因數(shù)運(yùn)行，對(duì)于發(fā)電廠的最直接影響在于供電系統(tǒng)。因此發(fā)電機(jī)功率因數(shù)的高低對(duì)于電廠企業(yè)來說，是關(guān)乎經(jīng)營(yíng)成本、發(fā)電效率的關(guān)鍵性因素，所以在電廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中，對(duì)于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)，要進(jìn)行測(cè)算，找到最適合的數(shù)值，為發(fā)電廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，做好保障，從而降低電廠企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)成本，提升企業(yè)效率，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)利益。

1 功率因數(shù)的高低對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的影響

在分析功率因數(shù)高低對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行影響時(shí)，要先對(duì)發(fā)電機(jī)的幾種并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，有一定的了解。發(fā)電機(jī)在不同的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)于功率因數(shù)的要求也不盡相同。比如，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)處于過勵(lì)磁狀態(tài)時(shí)，既向系統(tǒng)輸送有功功率又輸送無功功率，功率因數(shù)為正，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為遲相運(yùn)行，也稱滯相運(yùn)行[3]。

1.1 發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的概述

勵(lì)磁系統(tǒng)的電流逐漸地減小，發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)提供無功功率變?yōu)閺陌l(fā)電系統(tǒng)的后部吸收無功功率，定子勵(lì)磁電流從后部的端電壓變?yōu)橄冗M(jìn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的端電壓[4]。這種操作狀態(tài)稱為前向操作從功率角關(guān)系來看，如果功率不變，則功率角相應(yīng)增加，在整個(gè)階段，功率相應(yīng)降低，發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定性降低。穩(wěn)定極限與發(fā)電機(jī)短路比、外部電抗、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的性能及其運(yùn)行有關(guān)[5]。

發(fā)電機(jī)進(jìn)入相位運(yùn)行時(shí)，磁通量泄漏增加。尤其是大型發(fā)電機(jī)的線路負(fù)荷高時(shí)。正常運(yùn)行時(shí)，末端磁通泄漏較大，漏磁的增加加劇了溫度的上升。在高級(jí)階段工作時(shí)，發(fā)電機(jī)末端的電壓降低，輔助電源電壓相應(yīng)降低。超過10%會(huì)影響工廠電力運(yùn)行。發(fā)電機(jī)組在設(shè)計(jì)中充分考慮了對(duì)正常發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行不利的各種因素，使得發(fā)電機(jī)能在短的時(shí)間內(nèi)正常運(yùn)行制約了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，定子繞組發(fā)電機(jī)端部的一些漏磁場(chǎng)以發(fā)電機(jī)同步速度的方向旋轉(zhuǎn)，一些小的漏磁場(chǎng)可以進(jìn)入定子繞組發(fā)電機(jī)端部。此外，磁繞組靠近保護(hù)環(huán)，因此磁場(chǎng)主要保護(hù)環(huán)閉合。在高級(jí)階段工作時(shí)，磁線圈末端的漏磁場(chǎng)因磁電流的減少而減弱。因此，保護(hù)環(huán)的飽和度降低，降低了定子端部的漏磁場(chǎng)通過的磁路磁阻，增加了定子端部的漏磁場(chǎng)和鐵損失，使定子端部的鐵芯受到了嚴(yán)重加熱[6]。

幾年前，電網(wǎng)容量小、穩(wěn)定性差，加上發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的性能，發(fā)電機(jī)提前啟動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)和誤報(bào)，所以，發(fā)電機(jī)要在使用時(shí)按照正確操作啟動(dòng)。目前，電網(wǎng)的容量可以說是“無限”，其穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的差距很大。每個(gè)發(fā)電站可以根據(jù)轉(zhuǎn)子溫升、勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性等調(diào)度命令或發(fā)電站單位的實(shí)際情況選擇不同的正常運(yùn)行狀態(tài)

1.2 發(fā)電機(jī)的調(diào)相運(yùn)行

在電網(wǎng)的總負(fù)荷下，必須同時(shí)提供有效功率和無功功率。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的無功不滿足電網(wǎng)對(duì)無功的要求，整個(gè)電網(wǎng)電壓降低，不利于電網(wǎng)的電力負(fù)荷。通常，在執(zhí)行相位調(diào)制操作時(shí)，這意味著發(fā)電機(jī)在過度勵(lì)磁狀態(tài)下工作。也就是說，釋放無功功率。發(fā)電機(jī)電壓、頻率、功率因數(shù)變化時(shí)的工作方式：首先，發(fā)電機(jī)工作電壓的變動(dòng)范圍以額定電壓上下變動(dòng)時(shí)，內(nèi)部和功率因數(shù)為額定時(shí)，額定容量不變化。發(fā)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行的最大允許電壓必須符合制造商的規(guī)定，但最大電壓不能超過額定值的110%。發(fā)電機(jī)的最小額定工作電壓允許值應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定電流工作的要求自行確定，一般不超過額定工作電壓的90%。第三，如果發(fā)電機(jī)定子的電壓已下降至發(fā)電機(jī)額定值的95%以下，則控制發(fā)電機(jī)定子電流的允許值應(yīng)超過發(fā)電機(jī)額定值的105%。第四，如果發(fā)電機(jī)頻率的變化幅度范圍小于0.5Hz/s，發(fā)電機(jī)仍然可以在額定的容量下正常運(yùn)行[7]。

2 發(fā)電機(jī)低功率因數(shù)運(yùn)行的危害

2.1 造成線路經(jīng)濟(jì)損失

線路的銅損耗與電流的平方成正比，與功率的平方成反比。功率因數(shù)越低，在有功一定的情況下，無功輸出越大，定子、轉(zhuǎn)子電流越大，設(shè)備的銅損失越大，效率越低。同樣，如果系統(tǒng)功率因數(shù)低，電流也會(huì)增加。因此，導(dǎo)線尺寸相同，低功率因數(shù)運(yùn)行的電力傳輸系統(tǒng)意味著更大的能量損失，或者對(duì)于相同的能量損失需要更厚的導(dǎo)體，這也就增加了發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)成本。

2.2 發(fā)電設(shè)備的容量浪費(fèi)

當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)和發(fā)電機(jī)電壓不超過額定值時(shí)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的有功功率將降低。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能被充分利用的能量就越少。其中一部分在發(fā)電機(jī)和負(fù)載之間被交換浪費(fèi)，比如變壓器容量為2500 KVA如果，理想狀態(tài)，有功功率為2500 KVA，而在低功率因素運(yùn)行下，大約只有1700 KVA的有功功率。

3 提高發(fā)電機(jī)功率因數(shù)的方法

3.1 提高自然功率因數(shù)

自然功率的提高，是指在不增加設(shè)備的情況下采取措施減少供電系統(tǒng)的無功需求。這樣發(fā)電廠沒有必要增加額外成本投入，是提高功率因數(shù)最經(jīng)濟(jì)的方法。在人工提高功率因數(shù)之前，先提高自然功率因數(shù)。這樣可以節(jié)約用電，減少損耗，從而節(jié)省支出，變相減少了經(jīng)濟(jì)成本，提高經(jīng)濟(jì)效率。

3.2 正確選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)與容量

發(fā)電廠的主要用電設(shè)備是在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)中的三相異步電動(dòng)機(jī)，平時(shí)運(yùn)行的功率因數(shù)低，對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行也是一種隱性損耗。為了提高異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，需要防止電動(dòng)機(jī)的空載、輕載運(yùn)轉(zhuǎn)，盡量提高負(fù)載系數(shù)。因此，在選擇異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，不僅要考慮機(jī)械性能，還要考慮綜合指標(biāo)，合理選擇型號(hào)、規(guī)格、容量，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的變化和定子、轉(zhuǎn)子氣隙的變化對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的無功功率有很大影響，必須努力提高異步電動(dòng)機(jī)的維護(hù)質(zhì)量。根據(jù)負(fù)載選擇相應(yīng)的變壓器。電力變壓器的功率因數(shù)不僅與負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān)，還與負(fù)載率有關(guān)。變壓器運(yùn)行全負(fù)載時(shí)，在輕負(fù)載下工作時(shí)，負(fù)載低于0.6時(shí)，一側(cè)的功率因數(shù)從11%大幅降低到18%，以60%到70%的負(fù)載率運(yùn)行變壓器是最經(jīng)濟(jì)的。

3.3 合理安排和調(diào)整發(fā)電流程

發(fā)電廠對(duì)于設(shè)備的維護(hù)要及時(shí)，需建立一套對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)全天候監(jiān)測(cè)的體系，要根據(jù)不同需求來調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，盡可能合理的安排和調(diào)整發(fā)電流程，完善設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。部分設(shè)備采用空載自動(dòng)延時(shí)斷電技術(shù)，可以更有效地改善低功率因數(shù)對(duì)發(fā)電的影響。既節(jié)省了電廠在設(shè)備空載時(shí)的運(yùn)行成本，又延長(zhǎng)了設(shè)備的使用年限，讓電廠的經(jīng)營(yíng)效率得到了提升。

3.4 提高功率因數(shù)的人工補(bǔ)償方法

采用提高發(fā)電設(shè)備自然力率的方法的如果不滿足《電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》所需的值，請(qǐng)使用特殊的校準(zhǔn)裝置提高功率因數(shù)。手動(dòng)校準(zhǔn)無功功率通常有相移電容器、使用同步電動(dòng)機(jī)、使用同步調(diào)相機(jī)3種搭配方法。根據(jù)并聯(lián)電容器在供電系統(tǒng)上的安裝位置，無功補(bǔ)償可分為集中補(bǔ)償、群補(bǔ)償、局部補(bǔ)償三種類型。靜態(tài)無功補(bǔ)償器是所有提供電力而無需機(jī)械驅(qū)動(dòng)組件的設(shè)備。由靜電電容器和晶閘管組成。補(bǔ)償范圍最大最有效。但是，這種方法經(jīng)濟(jì)成本過大，并非所有設(shè)備都被廣泛使用。發(fā)電廠基本上是在工作場(chǎng)所的每個(gè)低壓母線上安裝電容器組自動(dòng)補(bǔ)償裝置，這樣可以降低經(jīng)濟(jì)成本，得到更高的發(fā)電廠功率因數(shù)。從而提升電廠的發(fā)電效率，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)利益。

3.5 提高電廠員工職業(yè)素養(yǎng)

對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)要求是多樣化的[8]。操作運(yùn)行人員、維護(hù)人員必須具有一定的電力專業(yè)維護(hù)知識(shí)、操作技能，這樣才能夠?qū)㈦娏p失控制到最小。讓運(yùn)行、維護(hù)成本降到最低。電廠需要為運(yùn)行操作人員、維檢人員提供專業(yè)的教育指導(dǎo)和專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)。保證發(fā)電機(jī)組迅速、有效地以正常狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。這決定了電廠能否有效運(yùn)行發(fā)電系統(tǒng)來創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，是保證電廠安全運(yùn)營(yíng)的前提條件，因此運(yùn)行操作人員、設(shè)備維護(hù)技術(shù)人員必須認(rèn)識(shí)到責(zé)任所在，保證電廠設(shè)備的有序安全運(yùn)行，從而保證電廠的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。

4 結(jié)束語

發(fā)電廠設(shè)備低功率因數(shù)運(yùn)行，對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)來說是一種負(fù)面影響。為了確保電廠的穩(wěn)定運(yùn)行，必須提高功率因數(shù)，促進(jìn)國(guó)家能源利用和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。因此，要重視功率因數(shù)控制，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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