無功功率對聯合循環發電機組運行經濟性的影響分析

無功功率對聯合循環發電機組運行經濟性的影響分析

王一

(廣東惠州天然氣發電有限公司，廣東 惠州516082)

摘要：從勵磁功率及廠用電率、變壓器無功損耗、異步電機耗功等方面出發，分析了機組無功功率變化對于燃氣—蒸汽聯合循環發電廠運行經濟性的影響，為國內其他同類型發電廠的機組運行提供了一定的借鑒和參考。

關鍵詞：發電機組；無功功率；運行經濟性

收稿日期：2015-06-30

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

0引言

發電機有功負荷對發電經濟性有著直接的影響，有功負荷的大小直接影響著發電機組的效率、發電廠的銷售收入和利潤、廠用電率等重要經濟指標，通過對有功功率的電能計量，可準確分析、計算其影響程度。

然而，無功電量由于未計入電能計量，不能產生明顯的經濟效益，所以發電機無功負荷對發電經濟性的影響常常被忽略。但機組實際運行中，無功功率的變化與機組的經濟性也有著較為密切的關系。

1無功功率變化對勵磁功率及廠用電率的影響

要改變發電機無功功率，必須改變勵磁機勵磁功率的大小，我廠機組的勵磁方式為自并勵靜態勵磁，勵磁變取電于發電機出口，即發電機發出功率的一部分用于供應勵磁系統。通過機組運行勵磁功率曲線可以看出，當維持發電機有功為定值且保持不變時，隨著發電機無功負荷降低，勵磁功率逐漸下降。即在發電量不變的情況下，降低發電機無功負荷時，機組減少了因發無功而多消耗的勵磁能量所對應的出力，換句話說即運行中機組出力不變，這部分降低的勵磁能量消耗將用于驅動發電機發電，從而減少了一部分廠用電量。這樣，既增加了發電量又降低了廠用電率。

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

分析中每隔一定時間進行一次取樣，共進行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，機組的勵磁功率也逐漸降低，其調節前后的變化差值達220 kW左右。假設每臺機組每年運行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，在保證機組設備及電網系統安全的前提下，發電機組所發無功功率越少，其經濟性越好。

2無功功率變化對變壓器運行經濟性的影響

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?？蛰d損耗又叫鐵損，它屬于勵磁損耗，與變壓器所帶負載的大小無關，是變壓器磁路磁滯損耗與渦流損耗之和。

負載損耗是指變壓器正常運行時，由于繞組存在著電阻，負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原理來改變電壓大小的一種電力設備，是由無功功率建立磁場來進行能量的傳遞和轉移的，實際上相當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經濟性的影響

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

同樣，在DCS上選取某一特定穩定運行時段。此時，機組循環水泵電機電流穩定在105 A，真空泵電機電流穩定在188 A，且運行工況穩定不變。當機組無功由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。這是由于假設電機運行電壓為U，電機的銘牌額定電壓為Ue。當U>Ue時，電機中的磁通Φ將增加，由于電動機磁路的飽和，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熱可能超過允許值，異步電機的無功當量損耗增加。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在負載近似不變的情況下總功耗增加。

按照每年每臺循泵運行3 500 h，每臺真空泵運行4 500 h計，無功按照145 Mvar升至200 Mvar計，我廠6臺循環水泵共多耗電ΔW循環水泵=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，但是異步電機作為發電廠中的主要廠用負荷，如果將全廠所有異步電機負荷都統計進來，每年全廠額外消耗在無功增加上的損耗就極其可觀了。

4結論

綜合以上分析可以得出結論：發電機無功負荷變化影響發電經濟性的主要因素有4個，一是發電機勵磁能量的消耗，二是發變組負載損耗，三是用于發電機、變壓器散熱(冷卻)的電量增大，四是因無功升高對異步電機功耗的影響。此外，發電機多帶無功負荷會使得發電機、變壓器、異步電機等設備工作條件惡化，增大了這些設備故障、損壞的可能性。因此，在保證機組設備和電網系統安全的前提下，盡量提高運行機組的功率因數，減少無功負荷，能夠降低廠用電率，提高運行機組的經濟性。

[參考文獻]

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