姜春玲,罗 宁,楚德全,秦兴中,江爱伟
(1.泰山学院物理与电子工程学院,山东泰安 271021;2.山东华聚能源股份有限公司,山东邹城 273500)
华聚能源济二电厂共有110KV母线一段和6KV母线两段,6KV母线采用单母线分段式接线,两台1.5万千瓦发电机组,1#机组经1#隔离变及电抗器通过两条6KV联络线供电至济二矿变电所,2#机组经2#主变供电至电网,正常运行方式为6KV母线各段分列运行.由于隔离变和电抗器为高阻抗负荷,无功损耗较大,其无功消耗占1#机组厂用电的一半以上,造成1#机组长期无法保证输出电力的功率因数在正常的范围内,输出无功不足.因此为了维持发电机出口电压的稳定,提高供电电压质量,降低发电成本,针对济二电厂的实际,决定实施无功补偿,以保证安全运行和经济运行.
无功功率和有功功率一样是输配电网中不可缺少的组成部分,无功功率对供电系统和负载系统的正常运行是十分重要、也是必需的.
供配电系统中,绝大部分用电都具有电感特性,它们都需要从供电系统吸收无功功率.因此,当供电系统提供的无功功率不足时,就要设法产生无功功率,即无功补偿.
无功补偿的作用主要有:
(1)提高供电系统及负载的功率因数,降低输电线路及用电设备的容量和负荷,减少功率消耗.
(2)稳定用电端及电网的电压,提高供电质量,增加输电系统的稳定性,提高输电能力.
(3)平衡三相负荷,减小无功功率对电网的冲击.
相当于空载运行的同步电动机,在过励磁运行时,它可作为无功电源向系统供给感性无功功率;在欠励磁运行时,它可作为无功功率负荷从系统吸收感性无功功率.由于它是转动设备,存在3个缺点:
(1)安装投资大;(2)运行费用高;(3)检修费用大,时间长.
其特点是投资相对较少,但容量不能适时满足系统对无功的需要,经常出现过补或欠补的现象[2].
即把固定电容器组分成若干小电容器组,根据系统对无功的需要分别投入或切除.其主要缺点有: (1)分组容量不能过细,仍不能完全适应系统对无功变化的要求;(2)分组投切引起的涌流和过电压严重影响电容器及系统的安全;(3)目前国内外没有适合频繁投切的高压开关,开关需要经常检修和更换,不能保证系统安全;(4)电容器退出系统后必须放电,才能重新投入使用,因此需要足够的延时,不能适时投切.
SVC是将感性、容性无功源组合在一起,通过晶闸管控制电容或电抗改变其无功输出满足系统要求.其特点是控制范围大,可以从感性到容性变化.缺点是:(1)造价贵;(2)运行维护复杂,运行费用高; (3)有时会产生高次谐波,对电网造成污染.
可自动跟踪电力系统功率因数,根据测量的系统功率因数和设定值的偏差,来调节电容器端电压改变补偿容量,不是采用传统的投切电容器法,解决了电容器投切中产生过电压、涌流等问题,是一种实时调节方式.可以大幅度降低线损,提高无功管理水平.
对于110kV以下的电网主要是容性无功不足的问题,因此可以用调节电容器无功出力的大小来解决.根据计算电容器无功输出功率的公式Q=πf/CU2[3],可以看出,改变频率f、电容量C或者电压U,都可以实现调节电容器无功出力的目的.前面提到的固定电容器组和分组投切电容器都是采用的改变电容量C的方法,可以看到这种方法有缺陷;改变频率的方法国外才刚刚出现,不太容易实现;而用改变电容器端电压U的方法来对电容器无功出力进行调节是可以实现的.
图1 电压型无功补偿原理框图
电压型无功补偿原理如图1.主要有三部分组成:电力电容器、电压调节器、控制器.电力电容器是容性无功源;电压调节器为电力电容器连接母线的前端设备,接收来自微机控制器的控制指令,调节电容器端电压,从而改变电容器的无功输出容量,以满足系统无功需求;控制器由PT和CT输入系统电压和电流,计算当前系统电压和功率因数,按最佳设定要求控制电压调节器输出电压,调节电容器无功出力,同时控制主变电压分接开关,保证系统电压、无功始终运行在设定范围内,确保电压质量符合要求[4].
由于系统电压和功率因数是相互影响、密切相关的,一般情况下仅调整其中一项是不能满足要求的,因此要根据当前系统的状态,对系统电压和无功输出的调整作综合考虑.系统状态分类如图2[2],其中纵轴为系统电压U,横轴为功率因数cos.依所整定的系统电压上、下限和功率因数上、下限共分为9个工作区,其中第9区为正常工作区,系统电压和功率因数均满足要求.其余8个区均至少有一项不满足要求,需要按一定的原则进行调整.调整原则如表1.
图2 系统当前状态分类
表1 电压无功自动调节原则表
查阅华聚能源济二电厂系统运行记录,以及原始设计,并通过认真调研分析,确定实施方案为:在6kV I段进行无功补偿,采用电压型无功补偿装置,提高无功输出.一次系统接线图如图3所示.
图3 一次系统接线图
功率因数采样点的选取在电厂联络线,即605或606开关处,以任一联络线的功率因数做为调节补偿装置的依据.电压调节器输出电压为母线额定电压的100%~60%,分九档输出,每档调节额定电压5%.通过计算选择电容器固定投入容量为2400KVar,其无功输出容量为100%~36%额定容量.
无功补偿装置自投入运行以来,补偿效果良好,已完全达到预期的效果,可以把功率因数控制在规定范围内.增加无功补偿装置后,每年能为电厂减少功率因数罚款200万元.
电压无功自动调节是将传统电压无功补偿方式的电容器“有级投切”,改为对无功功率的“无级调整”,大大提高了无功补偿精度和实时性.通过调整电压调节装置而调整电容器端电压,从而调整电容器的无功输出功率,以达到补偿系统无功的目的.由于电容器是固定接入,不存在放电问题,不需要调整延时,电压实时分级调节,每次调节电容器端电压的变化量比较小.因此,可以实时跟踪系统的无功变化而调整电容器的无功输出.另外,由于调整过程中不存在过电压,故可有效地延长系统中元件的使用寿命[1].从华聚能源济二电厂的无功改造来看,电压型无功补偿能把功率因数控制在规定范围内,提高了供电企业的经济效益和电网的供电能力.
[1]罗宁.煤矿电力系统电压无功补偿自动调节的实现方法[J].中州煤炭,2007,(3).
[2]宋玉鹏,田景美.WZT型变电站电压无功自动调节装置的应用[J].科技信息,2009,(9).
[3]高丽,罗宁.电压无功自动调节装置的研制及应用[J].煤矿机械,2007,(9).
[4]王国志,张元敏,等.新型高压无功自动补偿装置的应用[J].内江科技,2009,(3).