無功功率補(bǔ)償在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的應(yīng)用

賈涵

(華電滕州新源熱電有限公司，山東 滕州　277500)

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無功功率補(bǔ)償在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的應(yīng)用

賈涵

(華電滕州新源熱電有限公司，山東 滕州277500)

摘要：介紹了發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)現(xiàn)狀，從廠用電電源來自電網(wǎng)和廠用電電源來自電廠兩個(gè)方面分析了發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)加裝無功功率補(bǔ)償設(shè)備的必要性。以600 MW和300 MW機(jī)組廠用電為例，定性分析了無功功率補(bǔ)償在發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，指出廠用電無功功率補(bǔ)償可提高廠用電運(yùn)行電壓的安全裕度，減少線路和變壓器損耗，降低設(shè)備負(fù)載率，提高線路和變壓器輸電能力，延緩設(shè)備老化。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；廠用電系統(tǒng)；無功功率補(bǔ)償；功率因數(shù)

0引言

發(fā)電廠通過多級(jí)電網(wǎng)向遠(yuǎn)方傳輸電能，為提高輸送能力，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，降低線路損耗，在各級(jí)電網(wǎng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)無功功率就地平衡，需要配置大量的無功功率補(bǔ)償設(shè)備。在中低壓電網(wǎng)，無功功率補(bǔ)償已經(jīng)成為變電站、配電室、箱式變電站的基本配置；在高壓、超高壓電網(wǎng)，因?yàn)殡妷焊摺⒕€路長(zhǎng)、充電無功功率大,需安裝并聯(lián)電抗器等感性無功設(shè)備。在發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)，無功功率補(bǔ)償設(shè)備使用較少，發(fā)電機(jī)亦很少使用無功功率調(diào)節(jié)功能[1-3]。本文試圖從多個(gè)方面研究這一問題，探討無功功率補(bǔ)償在發(fā)電廠中的應(yīng)用價(jià)值。

1發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)加裝無功功率補(bǔ)償設(shè)備的必要性

1.1廠用電電源來自電網(wǎng)

很多發(fā)電廠的部分廠用電電源來自電網(wǎng)，出現(xiàn)這種情況的原因有很多，在此不做討論。根據(jù)電網(wǎng)對(duì)用電負(fù)荷管理的一般要求，功率因數(shù)必須達(dá)到0.90或0.92，否則會(huì)因無功功率補(bǔ)償不達(dá)標(biāo)而被罰款，但功率因數(shù)高會(huì)有獎(jiǎng)勵(lì)。近年來，電網(wǎng)公司已開始重視電廠負(fù)荷功率因數(shù)的問題，處罰措施正在逐步落實(shí)。電廠廠用電系統(tǒng)平均功率因數(shù)在0.80附近，如果不加補(bǔ)償，無功罰款數(shù)額巨大，在這種情況下，無功功率補(bǔ)償措施不可缺少，無功功率補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)公司要求的功率因數(shù)。以一臺(tái)600 MW機(jī)組為例，其廠用電系統(tǒng)耗能約占5%，即30 MW，以廠用電功率因數(shù)0.80計(jì)算，對(duì)應(yīng)無功功率為22.5 Mvar，如果功率因數(shù)提高到0.90，對(duì)應(yīng)無功功率為14.5 Mvar，所以需補(bǔ)償?shù)臒o功功率不少于8.0 Mvar。

1.2廠用電電源來自電廠

原則上講，廠用電電源來自發(fā)電廠自發(fā)電，發(fā)電廠完全可以作為一個(gè)整體考慮，不必關(guān)心廠用電的功率因數(shù)，但實(shí)際情況并非如此。

電力建設(shè)早期，傾向于由發(fā)電廠提供更多的無功功率，而伴隨電網(wǎng)現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，高壓、超高壓已成為骨干輸電網(wǎng)絡(luò)，發(fā)電廠入網(wǎng)電壓等級(jí)不斷提高，已不再依賴發(fā)電廠提供無功功率。

首先，由于高壓線路充電功率很大，如220，330，500 kV線路的典型充電功率分別為130，400，1 000～1 300 kvar/km，為就地平衡高壓線路充電功率，一般會(huì)按線路充電功率的60%～80%來配置高壓電抗器，但絕大多數(shù)高壓電抗器的電感量是定值，亦不支持自動(dòng)投退[4-5]。當(dāng)前有高壓可控電抗器投入試運(yùn)行，但造價(jià)太高，且可靠性有待驗(yàn)證。

其次，考慮到配電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償已取得顯著成效，所以從電網(wǎng)側(cè)經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行的角度考慮，希望低谷負(fù)荷時(shí)電廠提供少一些的無功功率。

再次，峰谷差一直是電力系統(tǒng)多年來致力于解決的問題，實(shí)施峰谷電價(jià)、電廠調(diào)峰都是調(diào)節(jié)有功功率的有效手段，但目前這類問題依舊比較突出。峰谷差不僅意味著有功功率需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)平衡，無功功率也需要?jiǎng)討B(tài)就地調(diào)節(jié)平衡。電廠調(diào)峰是為了提高發(fā)電效率，但調(diào)峰電廠只是少數(shù)，大多數(shù)電廠還是穩(wěn)定輸出，這樣就加劇了無功功率就地平衡問題。

目前，很多地方高峰負(fù)荷期發(fā)電廠發(fā)送的無功功率不足，而在低谷負(fù)荷期發(fā)電廠發(fā)送的無功功率會(huì)明顯過剩。這種情況具有代表性，所以從技術(shù)角度考慮，提高發(fā)電廠功率因數(shù)和實(shí)現(xiàn)無功功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)是必要的。

理論上講，發(fā)電廠勵(lì)磁調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展多年，支持無功功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，但很少有電廠會(huì)根據(jù)無功功率平衡的要求調(diào)節(jié)輸出的無功功率，原因有以下幾點(diǎn)。

(1)勵(lì)磁設(shè)備良莠不齊，頻繁勵(lì)磁調(diào)節(jié)可能會(huì)引發(fā)機(jī)組故障。

(2)功率因數(shù)調(diào)高乃至進(jìn)相運(yùn)行，發(fā)電機(jī)安全裕度會(huì)降低。

(3)相對(duì)于額定運(yùn)行狀態(tài)，其他狀態(tài)發(fā)電效率會(huì)降低。絕大多數(shù)發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)是0.80，0.85等，所以發(fā)電企業(yè)更傾向于發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在額定狀態(tài)。

(4)大量老電廠缺乏先進(jìn)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)手段。

(5)對(duì)電廠功率因數(shù)的管理缺乏管理依據(jù)，廠網(wǎng)分開后，協(xié)調(diào)難度更大。

因此，電網(wǎng)側(cè)對(duì)發(fā)電廠一般只提出發(fā)電平均功率因數(shù)的要求，沒有動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求。為解決低負(fù)荷情況下高壓系統(tǒng)無功功率偏大的問題，更傾向于發(fā)電廠提供更高功率因數(shù)的電能，譬如功率因數(shù)達(dá)到0.90。這一要求也不無依據(jù)，近年來電網(wǎng)公司無功功率補(bǔ)償工作取得了顯著成績(jī)，高壓輸電得到大力發(fā)展，不再需要發(fā)電廠提供大量無功功率支持，而從電網(wǎng)運(yùn)行效率角度看，大量無功功率從發(fā)電廠流入用戶，其線路損耗很大，電壓擾動(dòng)大，應(yīng)該避免。

為減少高峰與低谷時(shí)的大量無功功率潮流，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高線路輸電能力，電廠側(cè)應(yīng)考慮實(shí)施兩項(xiàng)技術(shù)措施：一是提高發(fā)電功率因數(shù)，解決無功功率過剩問題；二是在廠用電系統(tǒng)實(shí)施動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償[6-9]。

以一臺(tái)300 MW機(jī)組為例，其廠用電系統(tǒng)耗能假定為8%，即24 MW，以廠用電功率因數(shù)0.80計(jì)算，對(duì)應(yīng)無功功率為18 Mvar。假定廠用電系統(tǒng)安裝動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償容量18 Mvar，同時(shí)提高發(fā)電機(jī)功率因數(shù)到0.90，高峰負(fù)荷時(shí)，電容器可部分乃至全部投入，解決無功功率不足問題，低谷負(fù)荷時(shí)，亦可根據(jù)系統(tǒng)要求全部或部分退出運(yùn)行，解決無功功率過剩問題。

而發(fā)電機(jī)出力按100%考慮，功率因數(shù)如果提高到0.90，對(duì)應(yīng)發(fā)出無功功率145.3 Mvar。當(dāng)電容器不投入時(shí)，整個(gè)機(jī)組對(duì)外呈現(xiàn)有功功率為300-24=276 (MW)，無功功率為145.3-18=127.3 (Mvar)，所以功率因數(shù)為0.908。當(dāng)電容器全部投入時(shí)，整個(gè)機(jī)組對(duì)外呈現(xiàn)有功功率為300-24=276 (MW)，無功功率為145.3 Mvar，所以功率因數(shù)為0.885。從0.885到0.908，獲得一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍，這一動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)允許發(fā)生一定程度的無功擾動(dòng)，而發(fā)電機(jī)功率因數(shù)穩(wěn)定在0.90，不必調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，可改善發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行條件。

2無功功率補(bǔ)償對(duì)發(fā)電廠的益處

(1)減小線路和變壓器電壓壓差，減少無功帶來的電壓擾動(dòng)，提高廠用電設(shè)備運(yùn)行的電壓安全裕度。為保證運(yùn)行安全，發(fā)電廠廠用電變壓器的有載分接開關(guān)傾向于不調(diào)節(jié)，如果沒有無功功率自動(dòng)補(bǔ)償手段，負(fù)荷擾動(dòng)或波動(dòng)時(shí)，將帶來較大的電壓波動(dòng)，電壓可能超出設(shè)備允許范圍。如某發(fā)電廠高峰負(fù)荷時(shí)廠用電穩(wěn)態(tài)電壓已低至5.9 kV，令運(yùn)行人員擔(dān)心，經(jīng)過無功功率補(bǔ)償，高峰負(fù)荷時(shí)電壓升至6.1 kV，電壓安全裕度提高。有此類問題的電廠應(yīng)優(yōu)先考慮無功功率補(bǔ)償措施。

(2)減少線路和變壓器損耗，降低設(shè)備負(fù)載率，提高線路和變壓器輸電能力，延緩設(shè)備老化。節(jié)能降損的大小與設(shè)備參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行狀況有關(guān)，電力系統(tǒng)常使用無功當(dāng)量來評(píng)估無功功率補(bǔ)償?shù)木C合效益，一般比較可觀。廠用電輸電線路長(zhǎng)、線徑細(xì)、設(shè)備分散、變壓器負(fù)載率高的電廠應(yīng)優(yōu)先考慮無功功率補(bǔ)償措施，包括分布補(bǔ)償措施。

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(本文責(zé)編：劉芳)

收稿日期:2016-02-01；修回日期:2016-03-16

中圖分類號(hào)：TM 714.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)03-0050-02

作者簡(jiǎn)介：

賈涵(1977—)，男，山東棗莊人，工程師，從事發(fā)電廠電氣設(shè)備繼電保護(hù)方面工作(E-mail:jiahlx@163.com)。