無功功率對聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響分析

無功功率對聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響分析

王一

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東 惠州516082)

摘要：從勵磁功率及廠用電率、變壓器無功損耗、異步電機(jī)耗功等方面出發(fā)，分析了機(jī)組無功功率變化對于燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響，為國內(nèi)其他同類型發(fā)電廠的機(jī)組運(yùn)行提供了一定的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)組；無功功率；運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

收稿日期：2015-06-30

作者簡介：王一(1980—)，男，吉林人，電氣工程師，運(yùn)行部電氣主管，從事運(yùn)行部電氣專業(yè)技術(shù)管理工作。

0引言

發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷對發(fā)電經(jīng)濟(jì)性有著直接的影響，有功負(fù)荷的大小直接影響著發(fā)電機(jī)組的效率、發(fā)電廠的銷售收入和利潤、廠用電率等重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過對有功功率的電能計量，可準(zhǔn)確分析、計算其影響程度。

然而，無功電量由于未計入電能計量，不能產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益，所以發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷對發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的影響常常被忽略。但機(jī)組實際運(yùn)行中，無功功率的變化與機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性也有著較為密切的關(guān)系。

1無功功率變化對勵磁功率及廠用電率的影響

要改變發(fā)電機(jī)無功功率，必須改變勵磁機(jī)勵磁功率的大小，我廠機(jī)組的勵磁方式為自并勵靜態(tài)勵磁，勵磁變?nèi)‰娪诎l(fā)電機(jī)出口，即發(fā)電機(jī)發(fā)出功率的一部分用于供應(yīng)勵磁系統(tǒng)。通過機(jī)組運(yùn)行勵磁功率曲線可以看出，當(dāng)維持發(fā)電機(jī)有功為定值且保持不變時，隨著發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷降低，勵磁功率逐漸下降。即在發(fā)電量不變的情況下，降低發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷時，機(jī)組減少了因發(fā)無功而多消耗的勵磁能量所對應(yīng)的出力，換句話說即運(yùn)行中機(jī)組出力不變，這部分降低的勵磁能量消耗將用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而減少了一部分廠用電量。這樣，既增加了發(fā)電量又降低了廠用電率。

為了分析無功負(fù)荷改變對勵磁功率的影響，在DCS上選取了某一特定時段，此時機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在359 MW，手動將無功功率由203.97 Mvar逐步降至145.91 Mvar，機(jī)組此時沒有其他任何影響廠用電數(shù)據(jù)的操作。

分析中每隔一定時間進(jìn)行一次取樣，共進(jìn)行15次取樣，生成如圖1所示曲線。

圖1　無功功率變化對勵磁功率的影響

由圖1可以看出，隨著無功功率從203.97 Mvar逐步降至145.91 Mvar，機(jī)組的勵磁功率也逐漸降低，其調(diào)節(jié)前后的變化差值達(dá)220 kW左右。假設(shè)每臺機(jī)組每年運(yùn)行3 000 h，無功由200 Mvar降至145 Mvar時勵磁耗功差值按平均值200 kW計算，我廠3臺機(jī)組每年勵磁功率損耗W1=200×3×3 000=1 800 000 kW·h=180萬kW·h。由此可見，在保證機(jī)組設(shè)備及電網(wǎng)系統(tǒng)安全的前提下，發(fā)電機(jī)組所發(fā)無功功率越少，其經(jīng)濟(jì)性越好。

2無功功率變化對變壓器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響

對于變壓器的損耗，通常大家注意的是空載損耗和負(fù)載損耗。

空載損耗是變壓器二次繞組開路時，一次繞組通以額定頻率和額定電壓的三相正弦交流電，此時變壓器消耗的有功功率。空載損耗又叫鐵損，它屬于勵磁損耗，與變壓器所帶負(fù)載的大小無關(guān)，是變壓器磁路磁滯損耗與渦流損耗之和。

負(fù)載損耗是指變壓器正常運(yùn)行時，由于繞組存在著電阻，負(fù)載電流流過繞組時在這些電阻上消耗一定的功率變成熱量，它隨著負(fù)載的增加而加大，我們也稱這種損耗為銅損。

變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來改變電壓大小的一種電力設(shè)備，是由無功功率建立磁場來進(jìn)行能量的傳遞和轉(zhuǎn)移的，實際上相當(dāng)于一個有鐵芯的大電感線圈，其等值電路可簡化為如圖2所示。

圖2　變壓器簡化等值電路圖

3無功功率變化對異步電機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響

對于變工況運(yùn)行的異步電機(jī)(如給水泵電機(jī))，由于其有功輸出隨著工況的不同波動較大，無法準(zhǔn)確估算無功變化對其的影響。所以，選取了運(yùn)行工況基本穩(wěn)定的異步電機(jī)來進(jìn)行研究。高壓廠用負(fù)荷選取了機(jī)組循環(huán)水泵電機(jī)，低壓廠用負(fù)荷選取了機(jī)組真空泵電機(jī)。

同樣，在DCS上選取某一特定穩(wěn)定運(yùn)行時段。此時，機(jī)組循環(huán)水泵電機(jī)電流穩(wěn)定在105 A，真空泵電機(jī)電流穩(wěn)定在188 A，且運(yùn)行工況穩(wěn)定不變。當(dāng)機(jī)組無功由203.97 Mvar逐步降至145.91 Mvar時，通過取樣繪圖生成如圖3、圖4所示曲線。

圖3　無功功率變化對循泵耗功的影響

圖4　無功功率變化對真空泵耗功的影響

從圖3、圖4中可以看出，隨著機(jī)組無功逐步下降，循泵耗功計算得出降低了17.6 kW，真空泵耗功降低了2.76 kW。這是由于假設(shè)電機(jī)運(yùn)行電壓為U，電機(jī)的銘牌額定電壓為Ue。當(dāng)U>Ue時，電機(jī)中的磁通Φ將增加，由于電動機(jī)磁路的飽和，在磁通增加不多的情況下勵磁電流將大大增加。在U>Ue時，不僅鐵損增大，而且定子繞組的銅損也要增加，這就使定子繞組的發(fā)熱可能超過允許值，異步電機(jī)的無功當(dāng)量損耗增加。所以，這部分增加的無功損耗除了一小部分用來增加電機(jī)磁路磁通以外，其余都變成熱量消耗掉了，這就造成了異步電機(jī)在負(fù)載近似不變的情況下總功耗增加。

按照每年每臺循泵運(yùn)行3 500 h，每臺真空泵運(yùn)行4 500 h計，無功按照145 Mvar升至200 Mvar計，我廠6臺循環(huán)水泵共多耗電ΔW循環(huán)水泵=3 500×6×17.6=36.96萬kW·h，3臺真空泵多耗電ΔW真空泵=4 500×3×2.76=3.726萬kW·h。隨著機(jī)組無功的增加，看似一臺循泵和一臺真空泵增加的耗功不多，但是異步電機(jī)作為發(fā)電廠中的主要廠用負(fù)荷，如果將全廠所有異步電機(jī)負(fù)荷都統(tǒng)計進(jìn)來，每年全廠額外消耗在無功增加上的損耗就極其可觀了。

4結(jié)論

綜合以上分析可以得出結(jié)論：發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷變化影響發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的主要因素有4個，一是發(fā)電機(jī)勵磁能量的消耗，二是發(fā)變組負(fù)載損耗，三是用于發(fā)電機(jī)、變壓器散熱(冷卻)的電量增大，四是因無功升高對異步電機(jī)功耗的影響。此外，發(fā)電機(jī)多帶無功負(fù)荷會使得發(fā)電機(jī)、變壓器、異步電機(jī)等設(shè)備工作條件惡化，增大了這些設(shè)備故障、損壞的可能性。因此，在保證機(jī)組設(shè)備和電網(wǎng)系統(tǒng)安全的前提下，盡量提高運(yùn)行機(jī)組的功率因數(shù)，減少無功負(fù)荷，能夠降低廠用電率，提高運(yùn)行機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

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