發電機低功率因數運行對發電廠的影響

武洪濤

[摘? ? 要]電力能源是社會生活的基礎，隨著社會的發展，用電量也不斷提升，因此中國一些大型發電站的數量也持續增加，特別是新能源發電發展迅猛，電力對于工業化來說，是現代工業的最基礎能源動力，為了確保發電廠的穩定運行，必須對電廠的發電狀態與設備進行更加精心的維護，加強發電廠運行過程監控。對于影響發電廠的各種因素掌握清楚，本文從功率因數的特性論述了低功率因數運行對于發電廠的影響。

[關鍵詞]發電廠;低功率因數;發電機

[中圖分類號]TM31 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）06–0–03

The Influence of Low Power Factor Operation of Generator on Power Plant

Wu Hong-tao

[Abstract]Power energy is the foundation of social life. With the development of society， the power consumption is also increasing. Therefore， the number of large power stations in China has been increasing， especially the rapid development of new energy generation. For industrialization， power is the most basic energy power of modern industry. In order to ensure the stable operation of power plants， the power generation status and equipment of power plants must be treated More careful maintenance is carried out to strengthen the monitoring of power plant operation process. The paper discusses the influence of low power factor operation on power plant from the characteristics of power factor.

[Keywords]power plant; low power factor; generator

功率因數是指交流電路有功功率對視在功率的比值。用戶電氣設備在一定電壓和功率下，該值越高、效益越好，越能充分利用。因此，功率因數是測量供電系統使用程度和設備使用情況的一項指示性數據，在發電過程中十分重要，而發電機低功率因數運行，對于發電廠的最直接影響在于供電系統。因此發電機功率因數的高低對于電廠企業來說，是關乎經營成本、發電效率的關鍵性因素，所以在電廠的生產經營中，對于發電機的運行功率因數，要進行測算，找到最適合的數值，為發電廠的生產經營，做好保障，從而降低電廠企業的經驗成本，提升企業效率，創造更多的經濟利益。

1 功率因數的高低對發電機運行的影響

在分析功率因數高低對發電機的運行影響時，要先對發電機的幾種并網運行狀態，有一定的了解。發電機在不同的運行狀態時，對于功率因數的要求也不盡相同。比如，發電機勵磁系統處于過勵磁狀態時，既向系統輸送有功功率又輸送無功功率，功率因數為正，這種運行狀態稱為遲相運行，也稱滯相運行[3]。

1.1 發電機的運行狀態的概述

勵磁系統的電流逐漸地減小，發電機從系統提供無功功率變為從發電系統的后部吸收無功功率，定子勵磁電流從后部的端電壓變為先進驅動發電機的端電壓[4]。這種操作狀態稱為前向操作從功率角關系來看，如果功率不變，則功率角相應增加，在整個階段，功率相應降低，發電機的靜態穩定性降低。穩定極限與發電機短路比、外部電抗、自動勵磁調節器的性能及其運行有關[5]。

發電機進入相位運行時，磁通量泄漏增加。尤其是大型發電機的線路負荷高時。正常運行時，末端磁通泄漏較大，漏磁的增加加劇了溫度的上升。在高級階段工作時，發電機末端的電壓降低，輔助電源電壓相應降低。超過10%會影響工廠電力運行。發電機組在設計中充分考慮了對正常發電系統運行不利的各種因素，使得發電機能在短的時間內正常運行制約了發電機進相運行。發電機正常運行時，定子繞組發電機端部的一些漏磁場以發電機同步速度的方向旋轉，一些小的漏磁場可以進入定子繞組發電機端部。此外，磁繞組靠近保護環，因此磁場主要保護環閉合。在高級階段工作時，磁線圈末端的漏磁場因磁電流的減少而減弱。因此，保護環的飽和度降低，降低了定子端部的漏磁場通過的磁路磁阻，增加了定子端部的漏磁場和鐵損失，使定子端部的鐵芯受到了嚴重加熱[6]。

幾年前，電網容量小、穩定性差，加上發電機勵磁系統的性能，發電機提前啟動時容易產生振動和誤報，所以，發電機要在使用時按照正確操作啟動。目前，電網的容量可以說是“無限”，其穩定性和電能質量的差距很大。每個發電站可以根據轉子溫升、勵磁系統穩定性等調度命令或發電站單位的實際情況選擇不同的正常運行狀態

1.2 發電機的調相運行

在電網的總負荷下，必須同時提供有效功率和無功功率。發電機產生的無功不滿足電網對無功的要求，整個電網電壓降低，不利于電網的電力負荷。通常，在執行相位調制操作時，這意味著發電機在過度勵磁狀態下工作。也就是說，釋放無功功率。發電機電壓、頻率、功率因數變化時的工作方式：首先，發電機工作電壓的變動范圍以額定電壓上下變動時，內部和功率因數為額定時，額定容量不變化。發電機連續運行的最大允許電壓必須符合制造商的規定，但最大電壓不能超過額定值的110%。發電機的最小額定工作電壓允許值應根據穩定電流工作的要求自行確定，一般不超過額定工作電壓的90%。第三，如果發電機定子的電壓已下降至發電機額定值的95%以下，則控制發電機定子電流的允許值應超過發電機額定值的105%。第四，如果發電機頻率的變化幅度范圍小于0.5Hz/s，發電機仍然可以在額定的容量下正常運行[7]。

2 發電機低功率因數運行的危害

2.1 造成線路經濟損失

線路的銅損耗與電流的平方成正比，與功率的平方成反比。功率因數越低，在有功一定的情況下，無功輸出越大，定子、轉子電流越大，設備的銅損失越大，效率越低。同樣，如果系統功率因數低，電流也會增加。因此，導線尺寸相同，低功率因數運行的電力傳輸系統意味著更大的能量損失，或者對于相同的能量損失需要更厚的導體，這也就增加了發電廠經濟成本。

2.2 發電設備的容量浪費

當負載功率因數和發電機電壓不超過額定值時，發電機產生的有功功率將降低。發電機產生的電能被充分利用的能量就越少。其中一部分在發電機和負載之間被交換浪費，比如變壓器容量為2500 KVA如果，理想狀態，有功功率為2500 KVA，而在低功率因素運行下，大約只有1700 KVA的有功功率。

3 提高發電機功率因數的方法

3.1 提高自然功率因數

自然功率的提高，是指在不增加設備的情況下采取措施減少供電系統的無功需求。這樣發電廠沒有必要增加額外成本投入，是提高功率因數最經濟的方法。在人工提高功率因數之前，先提高自然功率因數。這樣可以節約用電，減少損耗，從而節省支出，變相減少了經濟成本，提高經濟效率。

3.2 正確選用電動機的型號與容量

發電廠的主要用電設備是在發電廠廠用電系統中的三相異步電動機，平時運行的功率因數低，對于電網的運行也是一種隱性損耗。為了提高異步電動機的功率因數，需要防止電動機的空載、輕載運轉，盡量提高負載系數。因此，在選擇異步電動機時，不僅要考慮機械性能，還要考慮綜合指標，合理選擇型號、規格、容量，經濟運行。異步電動機定子繞組的變化和定子、轉子氣隙的變化對異步電動機的無功功率有很大影響，必須努力提高異步電動機的維護質量。根據負載選擇相應的變壓器。電力變壓器的功率因數不僅與負載的功率因數有關，還與負載率有關。變壓器運行全負載時，在輕負載下工作時，負載低于0.6時，一側的功率因數從11%大幅降低到18%，以60%到70%的負載率運行變壓器是最經濟的。

3.3 合理安排和調整發電流程

發電廠對于設備的維護要及時，需建立一套對設備的運行狀態全天候監測的體系，要根據不同需求來調整設備運行狀態，盡可能合理的安排和調整發電流程，完善設備的運行狀態。部分設備采用空載自動延時斷電技術，可以更有效地改善低功率因數對發電的影響。既節省了電廠在設備空載時的運行成本，又延長了設備的使用年限，讓電廠的經營效率得到了提升。

3.4 提高功率因數的人工補償方法

采用提高發電設備自然力率的方法的如果不滿足《電力設計技術規范》所需的值，請使用特殊的校準裝置提高功率因數。手動校準無功功率通常有相移電容器、使用同步電動機、使用同步調相機3種搭配方法。根據并聯電容器在供電系統上的安裝位置，無功補償可分為集中補償、群補償、局部補償三種類型。靜態無功補償器是所有提供電力而無需機械驅動組件的設備。由靜電電容器和晶閘管組成。補償范圍最大最有效。但是，這種方法經濟成本過大，并非所有設備都被廣泛使用。發電廠基本上是在工作場所的每個低壓母線上安裝電容器組自動補償裝置，這樣可以降低經濟成本，得到更高的發電廠功率因數。從而提升電廠的發電效率，創造更多的經濟利益。

3.5 提高電廠員工職業素養

對維護人員的技術要求是多樣化的[8]。操作運行人員、維護人員必須具有一定的電力專業維護知識、操作技能，這樣才能夠將電力損失控制到最小。讓運行、維護成本降到最低。電廠需要為運行操作人員、維檢人員提供專業的教育指導和專業知識培訓。保證發電機組迅速、有效地以正常狀態運轉。這決定了電廠能否有效運行發電系統來創造經濟效益，是保證電廠安全運營的前提條件，因此運行操作人員、設備維護技術人員必須認識到責任所在，保證電廠設備的有序安全運行，從而保證電廠的正常生產經營。

4 結束語

發電廠設備低功率因數運行，對于發電系統來說是一種負面影響。為了確保電廠的穩定運行，必須提高功率因數，促進國家能源利用和企業經濟效益，確保電力系統安全運行。因此，要重視功率因數控制，保證電力系統的安全穩定運行、提高企業的經濟效益。

參考文獻

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