無(wú)功功率對(duì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響分析

王一

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東 惠州516082)

摘要：從勵(lì)磁功率及廠用電率、變壓器無(wú)功損耗、異步電機(jī)耗功等方面出發(fā)，分析了機(jī)組無(wú)功功率變化對(duì)于燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響，為國(guó)內(nèi)其他同類型發(fā)電廠的機(jī)組運(yùn)行提供了一定的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)組；無(wú)功功率；運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

收稿日期：2015-06-30

作者簡(jiǎn)介：王一(1980—)，男，吉林人，電氣工程師，運(yùn)行部電氣主管，從事運(yùn)行部電氣專業(yè)技術(shù)管理工作。

0引言

發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷對(duì)發(fā)電經(jīng)濟(jì)性有著直接的影響，有功負(fù)荷的大小直接影響著發(fā)電機(jī)組的效率、發(fā)電廠的銷售收入和利潤(rùn)、廠用電率等重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)有功功率的電能計(jì)量，可準(zhǔn)確分析、計(jì)算其影響程度。

然而，無(wú)功電量由于未計(jì)入電能計(jì)量，不能產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益，所以發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷對(duì)發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的影響常常被忽略。但機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，無(wú)功功率的變化與機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性也有著較為密切的關(guān)系。

1無(wú)功功率變化對(duì)勵(lì)磁功率及廠用電率的影響

要改變發(fā)電機(jī)無(wú)功功率，必須改變勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁功率的大小，我廠機(jī)組的勵(lì)磁方式為自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁，勵(lì)磁變?nèi)‰娪诎l(fā)電機(jī)出口，即發(fā)電機(jī)發(fā)出功率的一部分用于供應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)。通過(guò)機(jī)組運(yùn)行勵(lì)磁功率曲線可以看出，當(dāng)維持發(fā)電機(jī)有功為定值且保持不變時(shí)，隨著發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷降低，勵(lì)磁功率逐漸下降。即在發(fā)電量不變的情況下，降低發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷時(shí)，機(jī)組減少了因發(fā)無(wú)功而多消耗的勵(lì)磁能量所對(duì)應(yīng)的出力，換句話說(shuō)即運(yùn)行中機(jī)組出力不變，這部分降低的勵(lì)磁能量消耗將用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而減少了一部分廠用電量。這樣，既增加了發(fā)電量又降低了廠用電率。

為了分析無(wú)功負(fù)荷改變對(duì)勵(lì)磁功率的影響，在DCS上選取了某一特定時(shí)段，此時(shí)機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在359 MW，手動(dòng)將無(wú)功功率由203.97 Mvar逐步降至145.91 Mvar，機(jī)組此時(shí)沒(méi)有其他任何影響廠用電數(shù)據(jù)的操作。

分析中每隔一定時(shí)間進(jìn)行一次取樣，共進(jìn)行15次取樣，生成如圖1所示曲線。

圖1　無(wú)功功率變化對(duì)勵(lì)磁功率的影響

由圖1可以看出，隨著無(wú)功功率從203.97 Mvar逐步降至145.91 Mvar，機(jī)組的勵(lì)磁功率也逐漸降低，其調(diào)節(jié)前后的變化差值達(dá)220 kW左右。假設(shè)每臺(tái)機(jī)組每年運(yùn)行3 000 h，無(wú)功由200 Mvar降至145 Mvar時(shí)勵(lì)磁耗功差值按平均值200 kW計(jì)算，我廠3臺(tái)機(jī)組每年勵(lì)磁功率損耗W1=200×3×3 000=1 800 000 kW·h=180萬(wàn)kW·h。由此可見(jiàn)，在保證機(jī)組設(shè)備及電網(wǎng)系統(tǒng)安全的前提下，發(fā)電機(jī)組所發(fā)無(wú)功功率越少，其經(jīng)濟(jì)性越好。

2無(wú)功功率變化對(duì)變壓器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響

對(duì)于變壓器的損耗，通常大家注意的是空載損耗和負(fù)載損耗。

空載損耗是變壓器二次繞組開(kāi)路時(shí)，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(shí)變壓器消耗的有功功率。空載損耗又叫鐵損，它屬于勵(lì)磁損耗，與變壓器所帶負(fù)載的大小無(wú)關(guān)，是變壓器磁路磁滯損耗與渦流損耗之和。

負(fù)載損耗是指變壓器正常運(yùn)行時(shí)，由于繞組存在著電阻，負(fù)載電流流過(guò)繞組時(shí)在這些電阻上消耗一定的功率變成熱量，它隨著負(fù)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(yīng)原理來(lái)改變電壓大小的一種電力設(shè)備，是由無(wú)功功率建立磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行能量的傳遞和轉(zhuǎn)移的，實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)有鐵芯的大電感線圈，其等值電路可簡(jiǎn)化為如圖2所示。

圖2　變壓器簡(jiǎn)化等值電路圖

3無(wú)功功率變化對(duì)異步電機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響

對(duì)于變工況運(yùn)行的異步電機(jī)(如給水泵電機(jī))，由于其有功輸出隨著工況的不同波動(dòng)較大，無(wú)法準(zhǔn)確估算無(wú)功變化對(duì)其的影響。所以，選取了運(yùn)行工況基本穩(wěn)定的異步電機(jī)來(lái)進(jìn)行研究。高壓廠用負(fù)荷選取了機(jī)組循環(huán)水泵電機(jī)，低壓廠用負(fù)荷選取了機(jī)組真空泵電機(jī)。

同樣，在DCS上選取某一特定穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)段。此時(shí)，機(jī)組循環(huán)水泵電機(jī)電流穩(wěn)定在105 A，真空泵電機(jī)電流穩(wěn)定在188 A，且運(yùn)行工況穩(wěn)定不變。當(dāng)機(jī)組無(wú)功由203.97 Mvar逐步降至145.91 Mvar時(shí)，通過(guò)取樣繪圖生成如圖3、圖4所示曲線。

圖3　無(wú)功功率變化對(duì)循泵耗功的影響

圖4　無(wú)功功率變化對(duì)真空泵耗功的影響

從圖3、圖4中可以看出，隨著機(jī)組無(wú)功逐步下降，循泵耗功計(jì)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(shè)電機(jī)運(yùn)行電壓為U，電機(jī)的銘牌額定電壓為Ue。當(dāng)U>Ue時(shí)，電機(jī)中的磁通Φ將增加，由于電動(dòng)機(jī)磁路的飽和，在磁通增加不多的情況下勵(lì)磁電流將大大增加。在U>Ue時(shí)，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(fā)熱可能超過(guò)允許值，異步電機(jī)的無(wú)功當(dāng)量損耗增加。所以，這部分增加的無(wú)功損耗除了一小部分用來(lái)增加電機(jī)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(jī)在負(fù)載近似不變的情況下總功耗增加。

按照每年每臺(tái)循泵運(yùn)行3 500 h，每臺(tái)真空泵運(yùn)行4 500 h計(jì)，無(wú)功按照145 Mvar升至200 Mvar計(jì)，我廠6臺(tái)循環(huán)水泵共多耗電ΔW循環(huán)水泵=3 500×6×17.6=36.96萬(wàn)kW·h，3臺(tái)真空泵多耗電ΔW真空泵=4 500×3×2.76=3.726萬(wàn)kW·h。隨著機(jī)組無(wú)功的增加，看似一臺(tái)循泵和一臺(tái)真空泵增加的耗功不多，但是異步電機(jī)作為發(fā)電廠中的主要廠用負(fù)荷，如果將全廠所有異步電機(jī)負(fù)荷都統(tǒng)計(jì)進(jìn)來(lái)，每年全廠額外消耗在無(wú)功增加上的損耗就極其可觀了。

4結(jié)論

綜合以上分析可以得出結(jié)論：發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷變化影響發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的主要因素有4個(gè)，一是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁能量的消耗，二是發(fā)變組負(fù)載損耗，三是用于發(fā)電機(jī)、變壓器散熱(冷卻)的電量增大，四是因無(wú)功升高對(duì)異步電機(jī)功耗的影響。此外，發(fā)電機(jī)多帶無(wú)功負(fù)荷會(huì)使得發(fā)電機(jī)、變壓器、異步電機(jī)等設(shè)備工作條件惡化，增大了這些設(shè)備故障、損壞的可能性。因此，在保證機(jī)組設(shè)備和電網(wǎng)系統(tǒng)安全的前提下，盡量提高運(yùn)行機(jī)組的功率因數(shù)，減少無(wú)功負(fù)荷，能夠降低廠用電率，提高運(yùn)行機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]湯蘊(yùn)璆.電機(jī)學(xué)[M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].4版.北京：中國(guó)電力出版社，2009.