发电厂厂用电系统无功与经济运行
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摘 要：在能源紧张的今天，一个发电企业如何合理的利用能源，降低能耗，对发电企业发展具有十分重要的意义。而发电厂厂用系统无功损耗不容忽视，通过对发电厂无功损耗的理论分析和计算，阐述如何降低发电厂厂用电系统的无功损耗，提高发电企业的经济效益。
关键词：厂用电系统；无功功率；无功损耗；无功补偿
引言
“十二五”规划提出“大力推进节能降耗”，是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，对于调整经济结构、转变增长方式、提高人民生活质量、维护中华民族长远利益，具有极其重要而深远的意义。电力工业是“节能减排”的重点领域之一，电力企业应把节能作为重点工作来抓，只有通过降低发电成本，降低厂用电率，提高电力运营效率，实现资源的优化配置，发电企业才能适应发电市场激烈竞争力。
1 发电厂厂用系统无功电压对经济运行的影响
电能是二次能源，我们把在能量转化过程中做功的电能叫做有功电能，习惯上称其为“有功功率”，在交流电路里感性负载和容性负载之间流动的既不做功也不消耗的电能叫做无功电能，习惯上称做“无功功率”，由于无功功率在电源、配电线路、负载之间往返流动，该功率在电网内各元件的阻抗回路中又产生了有功损耗。所以研究无功功率的产生的损耗对降低发电厂厂用电率有很重要的意义。
2 发电厂三相异步电动机的无功功率损耗
发电厂厂用负载大部分为三相异步电动机（以下简称电动机），这里主要探讨三相异步电动机的无功消耗。
GB 12497-1995中把电动机的综合功率损耗∑Pc用下列公式表达： （公式1）
式中∑Pc-电动机的综合功率损耗（kw）
∑P-电动机的有功损耗（kw）
Kq-无功经济当量（kw/kvar）。当电动机直连发电机母线或直连已进行无功补偿的母线时取0.02～0.04；二次变压取0.05～0.07；三次变压取0.08～0.1。当电网采取无功补偿时，应从补偿端计算电动机的电源变压次数。
电动机有功功率损耗的计算：
∑P=P0+？茁2（∑PN-P0） （公式2）
P0-电动机的空载有功损耗（kw）
β-负载系数，β= （公式3）
∑PN-电动机额定负载时的有功损耗（kw）
∑PN=（ -1）PN （公式4）
P2-为电动机输出功率（kw）
PN-电动机额定功率（kw）
？浊N-电动机的额定效率
电动机无功功率的计算：
（公式5）
U-电源线电压（KV）
I-负载电流（A）
正常运行的电动机功率因数有多种算法，在工程上计算自然功率因数的公式如下：
（公式6）
（公式7）
I-负载电流（A）
IN-电动机的额定电流（A）
从以上计算公式得到电动机综合功率损耗：
（公式8）
分析上面的公式8，电动机的综合功率损耗主要由两部分组成，一部分是电动机的有功功率损耗，一部分是电动机的无功功率损失，电动机的空载损耗PO、电动机的额定效率？浊N和无功经济当量KQ为常数，电动机综合功率损耗与负载系数β的平方成正比，与电动机电源电压成正比，与电动机的自然功率因数成反比。有功功率损耗主要由电动机的负载系数β决定，无功功率损耗主要由电动机的电动机的自然功率因数cos？渍决定。
3 电动机无功补偿提高功率因数的经济效益
异步电动机进行无功补偿，电动机进行无功补偿具有增容、节能、提高出力等优点，经济效益显著。电动机运行中不仅消耗有功功率，也需要无功功率。属于感性负载，因此功率因数较低，一般约在0.76～0.89之间。在发电厂厂用负荷中异步电动机所占的厂用负载比例较大，是厂用电系统的主要无功负荷。降低异步电动机的无功损耗，提高异步电动机的效率有重要意义。对发电厂的厂用电系统加入无功补偿后，对提高发电厂经济效益方面有很明显的作用。移相补偿电容器在供电系统中的补偿方式有集中补偿、成组补偿和分散补偿三种方式。
无功补偿容量的确定
无功补偿容量计算： （公式9）
根据计算无功补偿容量推算电动机的空载电流IO：
（公式10）
UN-电动机电源的额定电压
将计算的IO与电动机的额定空载电流ION比较，如果IO≤ION，则电动机在退出运行时不会自励磁过电压。
无功补偿后功率因数的确定：
为防止电机退出运行时产生自励磁过电压，补偿容量一般不应大于电机的空载无功，通常推荐补偿后的电动机功率因数cos？渍2在0.95～0.98之间。
下列是松花江热电有限公司一期厂用高压电机运行自然功率因数情况计算统计表（装设变频装置的电动机没做统计）：
表1
我们以给水泵为例计算自然功率因数下的综合功率损耗和额定功率因数下的综合功率损耗然后做比较。
自然功率因数下给水泵电动机的综合功率损耗：
说明：（1）松花江热电有限公司厂用6KV母线电压平均保持在6.15KV
（2）给水泵电动机的空载损耗需要测量
（3）松花江热电有限公司6KV厂用电源由发电机经过高厂变送至6KV母线，因此无功经济当量KQ取0.05。
我们把额定功率因数时和自然功率因数下给水泵电机电压电流假设保持不变，则给水泵电机的综合功率损耗：
比较无功补偿前和无功补偿后给水泵电动机节省的综合功率损耗P为：
由此可见给水泵电动机在自然功率因数下功率损耗很大，如果采用无功补偿则能减少功率损耗22.45KW，这个数字相当可观。
我们再计算一下循环水泵电动机的无功补偿前、后综合功率损耗：
无功补偿前的功率因数（自然功率因数）时循环水泵泵电动机的综合功率损耗：
说明：循环水泵站6KV母线电压正常运行时平均保持在6.00KV
我们把无功补偿后功率因数时和无功补偿前给水泵电机电压电流假设保持不变，则循环水泵电机的综合功率损耗：
比较无功补偿前和无功补偿后给水泵电动机节省的综合功率损耗P为：
根据以上算法，下列表格是松花江热电有限公司厂用高压电动机无功补偿容量和无功补偿后节省的功率损耗P统计：
表2
由上述计算结果不难看出，松花江热电厂高压电动机在自然功率因数运行时就无功功率损耗总计达210KW，按2011年度吉林松花江热电有限公司机组利用小时数计算就高压电动机无功功率耗电量达到1764万KW.h，使全年厂用电率提高了1.06个百分点，其损耗是很大的。从整个情况看给水泵电机低功率因数运行时的功率损耗相当大。而循环水泵电机的基本满载运行，而且其电源电压和自然功率因数接近额定值，但运行自然功率因数较低，无功功率损耗也不小。
4 合理调整厂用母线电压提高经济效益
对于感应电动机，其电源电压将直接影响电动机的功率因数（见图1），如果降低电动机电源电压，因降低了磁通，无功功率将明显减少，其有功功率几乎不变，因此提高了功率因数，但是减少电动机定子电压后，电动机的输出转矩将减小，所以对轻负载的电动机或者不能满载的电动机使用，发电厂厂用辅机电动机有很多“大马拉小车”现象，所以合理调整厂用母线电压是对降低厂用电率是很重要的。
由影响电动机综合功率损耗的上述因素，电动机的经济运行应注意以下问题：（1）合理使用三相电动机，在工程设计时尽量选用和拖动负载相匹配的电动机，避免“大马拉小车”现象，如果有电动机与负载不匹配，则在有条件的情况下调换与负载相适应的电动机。（2）严格要求电动机的检修质量，以减少电动机的其它损耗。（3）合理调整厂用母线电压，但厂用电压不能太低，一方面当电压低到额定值-5%以下时，部分电动机运行电流大于额定值，铜损使绝缘老化加速，不宜长期运行，另一方面电机的启动转矩与电压的平方成正比，厂用母线电压低不利于电动机的启动；电压太高一方面电动机综合功率损耗增加而不经济，另一方面厂用电系统长期承受高电压运行，绝缘相对容易击穿，尤其发生单相接地故障时，非故障相的对地电压更高，绝缘容易击穿，从而增加了相间短路故障的概率。因此厂用电系统运行电压宜在厂用母线额定电压的-5%～+5%之间，火力发电厂可通过励磁调节器调节发电机的无功功率来调整厂用电压，但要从安全和节能调节发电机的无功功率两个方面来考虑，不能使厂用电压过低或过高。
5 发电厂厂用变压器的无功损耗
变压器的无功损耗包括两个内容：一个是励磁功率，也就是变压器的空载无功损耗，另一个是负载通过时电流与线圈电抗引起的无功损耗，也就是额定负载中的无功损耗。和感应电动机情况相似，要控制变压器的无功损耗，一方面要做到避免变压器轻载运行，另一方面是切除一些空载变压器，发电厂厂用备用变压器在保证安全供电的前提下尽量不要处于充电备用状态。
6 结束语
根据以上理论分析和数据计算，可以看出，在发电厂的厂用电系统中无功与经济运行有密切的关系，各发电厂应对无功功率损耗引起重视，查找一切无功损耗源，合理调整发电厂的无功和使用无功补偿技术能够对发电厂起到降损增益的作用。
参考文献
[1]GB 12497-1995《三相异步电动机经济运行》
[2]胡景生等.变压器经济运行[M].中国电力出版社.
[3]陆安定.发电厂变电所及电力系统的无功功率[M].中国电力出版社.