對(duì)發(fā)電機(jī)無功功率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的研究

馬金奎

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

對(duì)發(fā)電機(jī)無功功率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的研究

馬金奎

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

發(fā)電機(jī)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，電力系統(tǒng)中的無功電源之一就是發(fā)電機(jī)。由于現(xiàn)代發(fā)電機(jī)能夠調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，并且通過改變勵(lì)磁電流大小來調(diào)節(jié)無功功率輸出，大大降低發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行成本。本文主要探究對(duì)象為凝汽式3萬kW·h的發(fā)電機(jī)組，主要應(yīng)用無碳刷勵(lì)磁系統(tǒng)，探究發(fā)電機(jī)無功功率對(duì)電力系統(tǒng)功率的影響與作用。

發(fā)電機(jī)；無功功率；電力系統(tǒng)；作用

發(fā)電機(jī)無功功率對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性運(yùn)行有著重要影響。發(fā)電機(jī)通過發(fā)出無功功率，能夠維系電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。由于無功功率會(huì)在很大程度上影響發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率，將發(fā)電機(jī)組功率維持在額定值范圍內(nèi)，從而降低無功消耗，保障整個(gè)電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，或者提高無功補(bǔ)償來維護(hù)電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，能夠提高發(fā)電機(jī)工作效率。

1 發(fā)電機(jī)無功功率分析

1.1 無功功率生成

在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，內(nèi)部定子會(huì)在一定程度上產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過所產(chǎn)生的磁場(chǎng)來消耗功率的形式就是無功功率。正常情況下，無功功率不對(duì)外做功，在電能和電磁之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，也就是磁力轉(zhuǎn)電力，不消耗能源。無功功率與有功功率有著很大聯(lián)系，通常情況下只有產(chǎn)生無功功率才能夠產(chǎn)生有功功率。

1.2 無功功率補(bǔ)償

無功功率補(bǔ)償具備降低無功功率對(duì)電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，并對(duì)供電系統(tǒng)提高功率因數(shù)，對(duì)系統(tǒng)端電壓具有穩(wěn)定作用，從而提高電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性和質(zhì)量。再者，無功功率能夠?qū)旊娋€路起到降荷作用，降低用電設(shè)備的負(fù)荷，從而降低有功功率消耗，保障整個(gè)電力系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)，降低用電成本。由于電路系統(tǒng)中沒有純粹的電阻電路，因此，在通常情況下，電路元件中都會(huì)包含感性負(fù)載和容性負(fù)載。容性電路在電路當(dāng)中和感性電流相位差通常為180°，感性負(fù)載會(huì)吸收容性負(fù)載能量，容性負(fù)載也能夠吸收感性負(fù)載所釋放的能量，二者之間的荷載呈現(xiàn)出相互轉(zhuǎn)換的形態(tài)，容性符合無功功率是通過感性負(fù)荷無功功率得到補(bǔ)償。

1.3 無功功率補(bǔ)償形式分析

第一，集中補(bǔ)償。將補(bǔ)償應(yīng)用到電容器后，并安裝在所需母線上，同時(shí)也可以將所有電容器裝配在變壓器中的低壓一側(cè)，如果這時(shí)的電氣設(shè)備無法產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)就會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償過量，電器設(shè)備出現(xiàn)輕負(fù)荷情況也會(huì)出現(xiàn)過度補(bǔ)償，這時(shí)設(shè)備運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較大的電壓，如果電壓無法進(jìn)一步控制就會(huì)損壞裝置。通過集中補(bǔ)償方式能夠保障電力系統(tǒng)處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，該種補(bǔ)償方式的應(yīng)用面也更加廣泛、利用率更高。第二，分散補(bǔ)償。在分散補(bǔ)償過程中，可以將電容器采用分散安裝的形式，并將其安裝在各個(gè)用電支路中的母線中，讓各個(gè)支路多組出現(xiàn)分散形態(tài)，并在分散中獲得補(bǔ)償，在使用過程中會(huì)呈現(xiàn)出斷開使用和自動(dòng)投入使用兩種形態(tài)。總體來說，分散補(bǔ)償方法在應(yīng)用中更加靈活，并且容易控制。第三，個(gè)別補(bǔ)償。該種方法主要是應(yīng)用在電容器并聯(lián)到電氣回路當(dāng)中，通過設(shè)備開關(guān)就能夠控制補(bǔ)償，也就是讓無功電流平衡，還能夠?qū)o負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行補(bǔ)償控制，該種補(bǔ)償方法通常都應(yīng)用在大型電氣設(shè)備中。

2 發(fā)電機(jī)無功功率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響與作用

從使用情況層面分析，凝汽式發(fā)電機(jī)組的內(nèi)部壓力要比外部環(huán)境氣壓小一些，主要是汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)的一種。對(duì)于無碳刷勵(lì)磁系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)支點(diǎn)多、振動(dòng)大、動(dòng)平衡復(fù)雜；階數(shù)高、扭振模式復(fù)雜。并且，無碳刷勵(lì)磁系統(tǒng)具備能耗低、免維護(hù)等點(diǎn)，與有刷勵(lì)磁系統(tǒng)相比，無刷交流發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)繞組是靜止不動(dòng)的，即不隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)電機(jī)無功功率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響與作用主要表現(xiàn)在以下方面。

2.1 對(duì)發(fā)電機(jī)的影響

以3萬kW·h的發(fā)電機(jī)組為例，勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)方法是通過恒機(jī)端電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)的額定功率為3萬kW·h，發(fā)電機(jī)的端電壓為17.9kV，母線電壓為112kV，功率因數(shù)為0.212，系統(tǒng)頻率為50Hz，通過上述運(yùn)行參數(shù)得知，其勵(lì)磁電流會(huì)超過額定的勵(lì)磁電流，如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行就會(huì)造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈熱量過多，轉(zhuǎn)子絕緣性能也會(huì)逐漸降低，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的使用壽命。在增加磁力時(shí)，由于交軸電樞勵(lì)磁會(huì)產(chǎn)生過多，直軸電樞無功部分也就會(huì)相應(yīng)的降低，在電樞反應(yīng)下，有功功率增加會(huì)降低磁的產(chǎn)生量，這時(shí)發(fā)電機(jī)就會(huì)呈現(xiàn)出欠磁狀態(tài)，無功功率和電壓也就會(huì)隨之降低。在恒機(jī)端電壓運(yùn)行狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)運(yùn)行無法形成滿負(fù)荷裝填。在功率因素保持不變的情況下，發(fā)電機(jī)有功功率會(huì)只能維持在3萬kW·h，無功功率就會(huì)帶動(dòng)提高有功功率，這樣就會(huì)限制發(fā)電機(jī)的功率傳輸性能，磁力電流也就會(huì)相應(yīng)增加，在此造成轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)過熱問題。

由于無功符合降低會(huì)提升功率因數(shù)，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致機(jī)端電壓逐漸降低，無法對(duì)負(fù)荷進(jìn)行彌補(bǔ)，這樣就會(huì)造成電樞缺磁問題，發(fā)電機(jī)也就無法處于暫態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)，電力系統(tǒng)很可能出現(xiàn)崩潰的情況。反之，無功功率過高會(huì)降低功率因數(shù)，這時(shí)轉(zhuǎn)子也會(huì)發(fā)熱，會(huì)大大影響發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的有功功率。

2.2 線損問題

在整個(gè)電力系統(tǒng)當(dāng)中，電壓水平主要取決于無功功率平衡水平，如果無功功率損耗提升會(huì)造成電力系統(tǒng)電壓不夠穩(wěn)定，這樣就會(huì)造成電壓大幅度降低，在額定電壓下，電氣設(shè)備就無法實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)作，如果工作人員沒有對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行妥善處理就會(huì)造成嚴(yán)重的后果。發(fā)電機(jī)在多發(fā)無功狀態(tài)下才能夠保障無功功率平衡性，因此沒有無功補(bǔ)償形式也能夠保障電壓的穩(wěn)定性，但是在輸送無功功率過程中，傳輸線路需要消耗一定的有功功率。如果有功功率達(dá)到一定值時(shí)，無功功率也會(huì)隨之增大，有功功率損耗程度也會(huì)進(jìn)一步提高。

由此可見，在傳輸穩(wěn)定條件下，無功功率越小，有功功率傳輸性能也就越強(qiáng)，通過投入無功補(bǔ)償裝置就能夠維持無功功率平衡，還能夠保持電壓輸出的穩(wěn)定性，降低對(duì)線路的損耗程度，提高發(fā)電機(jī)帶負(fù)載能力，對(duì)整個(gè)線路帶負(fù)荷能力有著很大提升作用，當(dāng)系統(tǒng)電壓較低時(shí)，還能夠降低對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響。

2.3 維持發(fā)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行

如果發(fā)電機(jī)無功投入較多，就會(huì)造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子變熱，需要適當(dāng)?shù)耐度霟o功補(bǔ)償裝置，從而保障電力系統(tǒng)中電壓的穩(wěn)定性，同時(shí)也能夠提高無功功率的平衡度。采用無功的方式對(duì)系統(tǒng)電力負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算能夠彌補(bǔ)一定的費(fèi)用，實(shí)施限電控制運(yùn)行也能夠在很大程度上讓發(fā)電機(jī)組和電力系統(tǒng)保持平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中發(fā)電功率因素越高，電力系統(tǒng)運(yùn)行效率就越高，經(jīng)濟(jì)效益也就越好。對(duì)于電力系統(tǒng)而言，安全大于一切。通過實(shí)踐分析表明，電壓穩(wěn)定時(shí)，靜態(tài)電壓穩(wěn)定值越大，發(fā)電機(jī)處于全相運(yùn)行狀態(tài)下，原本的發(fā)電機(jī)會(huì)從主動(dòng)控制變?yōu)楸粍?dòng)控制，電壓系統(tǒng)也不夠穩(wěn)定。因此，不能讓發(fā)電機(jī)處于全相運(yùn)行狀態(tài)，約束勵(lì)磁電流，將有功功率和無功功率結(jié)合，這樣就能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行控制。

3 結(jié)語

綜上所述，發(fā)電機(jī)能夠提供大量的電力能源，如何保障機(jī)組電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是當(dāng)今相關(guān)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文首先對(duì)發(fā)電機(jī)無功功率進(jìn)行了詳細(xì)闡述，分析了發(fā)電機(jī)無功功率對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響與作用，旨在全面提高電機(jī)組電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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