馬金奎

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

對發(fā)電機無功功率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的研究

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。由于現(xiàn)代發(fā)電機能夠調(diào)節(jié)勵磁電流，并且通過改變勵磁電流大小來調(diào)節(jié)無功功率輸出，大大降低發(fā)電機組的運行成本。本文主要探究對象為凝汽式3萬kW·h的發(fā)電機組，主要應(yīng)用無碳刷勵磁系統(tǒng)，探究發(fā)電機無功功率對電力系統(tǒng)功率的影響與作用。

發(fā)電機；無功功率；電力系統(tǒng)；作用

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

1 發(fā)電機無功功率分析

1.1 無功功率生成

在電動機運行過程中，內(nèi)部定子會在一定程度上產(chǎn)生磁場，從而帶動電動機進行旋轉(zhuǎn)，通過所產(chǎn)生的磁場來消耗功率的形式就是無功功率。正常情況下，無功功率不對外做功，在電能和電磁之間進行相互轉(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 無功功率補償

無功功率補償具備降低無功功率對電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，并對供電系統(tǒng)提高功率因數(shù)，對系統(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)荷無功功率得到補償。

1.3 無功功率補償形式分析

第一，集中補償。將補償應(yīng)用到電容器后，并安裝在所需母線上，同時也可以將所有電容器裝配在變壓器中的低壓一側(cè)，如果這時的電氣設(shè)備無法產(chǎn)生連續(xù)運轉(zhuǎn)就會導(dǎo)致補償過量，電器設(shè)備出現(xiàn)輕負(fù)荷情況也會出現(xiàn)過度補償，這時設(shè)備運行過程中會產(chǎn)生較大的電壓，如果電壓無法進一步控制就會損壞裝置。通過集中補償方式能夠保障電力系統(tǒng)處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，該種補償方式的應(yīng)用面也更加廣泛、利用率更高。第二，分散補償。在分散補償過程中，可以將電容器采用分散安裝的形式，并將其安裝在各個用電支路中的母線中，讓各個支路多組出現(xiàn)分散形態(tài)，并在分散中獲得補償，在使用過程中會呈現(xiàn)出斷開使用和自動投入使用兩種形態(tài)?？傮w來說，分散補償方法在應(yīng)用中更加靈活，并且容易控制。第三，個別補償。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)就能夠控制補償，也就是讓無功電流平衡，還能夠?qū)o負(fù)荷狀態(tài)下進行補償控制，該種補償方法通常都應(yīng)用在大型電氣設(shè)備中。

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

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

2.1 對發(fā)電機的影響

以3萬kW·h的發(fā)電機組為例，勵磁實現(xiàn)方法是通過恒機端電壓進行自動調(diào)節(jié)，發(fā)電機的額定功率為3萬kW·h，發(fā)電機的端電壓為17.9kV，母線電壓為112kV，功率因數(shù)為0.212，系統(tǒng)頻率為50Hz，通過上述運行參數(shù)得知，其勵磁電流會超過額定的勵磁電流，如果長時間運行就會造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈熱量過多，轉(zhuǎn)子絕緣性能也會逐漸降低，嚴(yán)重影響發(fā)電機的使用壽命。在增加磁力時，由于交軸電樞勵磁會產(chǎn)生過多，直軸電樞無功部分也就會相應(yīng)的降低，在電樞反應(yīng)下，有功功率增加會降低磁的產(chǎn)生量，這時發(fā)電機就會呈現(xiàn)出欠磁狀態(tài)，無功功率和電壓也就會隨之降低。在恒機端電壓運行狀態(tài)下，發(fā)電機運行無法形成滿負(fù)荷裝填。在功率因素保持不變的情況下，發(fā)電機有功功率會只能維持在3萬kW·h，無功功率就會帶動提高有功功率，這樣就會限制發(fā)電機的功率傳輸性能，磁力電流也就會相應(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提升功率因數(shù)，但同時也會導(dǎo)致機端電壓逐漸降低，無法對負(fù)荷進行彌補，這樣就會造成電樞缺磁問題，發(fā)電機也就無法處于暫態(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，無功功率過高會降低功率因數(shù)，這時轉(zhuǎn)子也會發(fā)熱，會大大影響發(fā)電機所產(chǎn)生的有功功率。

2.2 線損問題

在整個電力系統(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造成電力系統(tǒng)電壓不夠穩(wěn)定，這樣就會造成電壓大幅度降低，在額定電壓下，電氣設(shè)備就無法實現(xiàn)正常運作，如果工作人員沒有對電氣設(shè)備進行妥善處理就會造成嚴(yán)重的后果。發(fā)電機在多發(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，無功功率也會隨之增大，有功功率損耗程度也會進一步提高。

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，通過投入無功補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，降低對線路的損耗程度，提高發(fā)電機帶負(fù)載能力，對整個線路帶負(fù)荷能力有著很大提升作用，當(dāng)系統(tǒng)電壓較低時，還能夠降低對整個電力系統(tǒng)的影響。

2.3 維持發(fā)電機平穩(wěn)運行

如果發(fā)電機無功投入較多，就會造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子變熱，需要適當(dāng)?shù)耐度霟o功補償裝置，從而保障電力系統(tǒng)中電壓的穩(wěn)定性，同時也能夠提高無功功率的平衡度。采用無功的方式對系統(tǒng)電力負(fù)荷進行計算能夠彌補一定的費用，實施限電控制運行也能夠在很大程度上讓發(fā)電機組和電力系統(tǒng)保持平穩(wěn)運行狀態(tài)。在實際應(yīng)用當(dāng)中發(fā)電功率因素越高，電力系統(tǒng)運行效率就越高，經(jīng)濟效益也就越好。對于電力系統(tǒng)而言，安全大于一切。通過實踐分析表明，電壓穩(wěn)定時，靜態(tài)電壓穩(wěn)定值越大，發(fā)電機處于全相運行狀態(tài)下，原本的發(fā)電機會從主動控制變?yōu)楸粍涌刂?，電壓系統(tǒng)也不夠穩(wěn)定。因此，不能讓發(fā)電機處于全相運行狀態(tài)，約束勵磁電流，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)定性進行控制。

3 結(jié)語

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

[1]馬天兆.對發(fā)電機無功功率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的研究[J].電子世界,2017,11:174.

[2]李天然,王正風(fēng),司云峰.發(fā)電機無功功率與系統(tǒng)穩(wěn)定運行[J].現(xiàn)代電力,2005,01:37～40.

[3]王正風(fēng),胡曉飛.發(fā)電機無功功率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行研究[J].東北電力技術(shù),2008,04:15～18.

[4]黃長春.發(fā)電機無功功率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行[J].電子世界,2013,13:68～69.

TM714；TM732

：A

：1671-0711（2017）09（下）-0155-03