无功功率补偿在发电厂厂用电系统的应用

贾涵

(华电滕州新源热电有限公司，山东 滕州　277500)



无功功率补偿在发电厂厂用电系统的应用

贾涵

(华电滕州新源热电有限公司，山东 滕州277500)

摘要：介绍了发电厂的厂用电系统现状，从厂用电电源来自电网和厂用电电源来自电厂两个方面分析了发电厂厂用电系统加装无功功率补偿设备的必要性。以600 MW和300 MW机组厂用电为例，定性分析了无功功率补偿在发电厂厂用电系统的应用价值，指出厂用电无功功率补偿可提高厂用电运行电压的安全裕度，减少线路和变压器损耗，降低设备负载率，提高线路和变压器输电能力，延缓设备老化。

关键词：发电厂；厂用电系统；无功功率补偿；功率因数

0引言

发电厂通过多级电网向远方传输电能，为提高输送能力，稳定系统电压，降低线路损耗，在各级电网应实现无功功率就地平衡，需要配置大量的无功功率补偿设备。在中低压电网，无功功率补偿已经成为变电站、配电室、箱式变电站的基本配置；在高压、超高压电网，因为电压高、线路长、充电无功功率大,需安装并联电抗器等感性无功设备。在发电厂的厂用电系统，无功功率补偿设备使用较少，发电机亦很少使用无功功率调节功能[1-3]。本文试图从多个方面研究这一问题，探讨无功功率补偿在发电厂中的应用价值。

1发电厂厂用电系统加装无功功率补偿设备的必要性

1.1厂用电电源来自电网

很多发电厂的部分厂用电电源来自电网，出现这种情况的原因有很多，在此不做讨论。根据电网对用电负荷管理的一般要求，功率因数必须达到0.90或0.92，否则会因无功功率补偿不达标而被罚款，但功率因数高会有奖励。近年来，电网公司已开始重视电厂负荷功率因数的问题，处罚措施正在逐步落实。电厂厂用电系统平均功率因数在0.80附近，如果不加补偿，无功罚款数额巨大，在这种情况下，无功功率补偿措施不可缺少，无功功率补偿的目标是实现电网公司要求的功率因数。以一台600 MW机组为例，其厂用电系统耗能约占5%，即30 MW，以厂用电功率因数0.80计算，对应无功功率为22.5 Mvar，如果功率因数提高到0.90，对应无功功率为14.5 Mvar，所以需补偿的无功功率不少于8.0 Mvar。

1.2厂用电电源来自电厂

原则上讲，厂用电电源来自发电厂自发电，发电厂完全可以作为一个整体考虑，不必关心厂用电的功率因数，但实际情况并非如此。

电力建设早期，倾向于由发电厂提供更多的无功功率，而伴随电网现代化建设的发展，高压、超高压已成为骨干输电网络，发电厂入网电压等级不断提高，已不再依赖发电厂提供无功功率。

首先，由于高压线路充电功率很大，如220，330，500 kV线路的典型充电功率分别为130，400，1 000～1 300 kvar/km，为就地平衡高压线路充电功率，一般会按线路充电功率的60%～80%来配置高压电抗器，但绝大多数高压电抗器的电感量是定值，亦不支持自动投退[4-5]。当前有高压可控电抗器投入试运行，但造价太高，且可靠性有待验证。

其次，考虑到配电网无功功率补偿已取得显著成效，所以从电网侧经济与安全运行的角度考虑，希望低谷负荷时电厂提供少一些的无功功率。

再次，峰谷差一直是电力系统多年来致力于解决的问题，实施峰谷电价、电厂调峰都是调节有功功率的有效手段，但目前这类问题依旧比较突出。峰谷差不仅意味着有功功率需要动态调节平衡，无功功率也需要动态就地调节平衡。电厂调峰是为了提高发电效率，但调峰电厂只是少数，大多数电厂还是稳定输出，这样就加剧了无功功率就地平衡问题。

目前，很多地方高峰负荷期发电厂发送的无功功率不足，而在低谷负荷期发电厂发送的无功功率会明显过剩。这种情况具有代表性，所以从技术角度考虑，提高发电厂功率因数和实现无功功率动态调节是必要的。

理论上讲，发电厂励磁调节技术已经发展多年，支持无功功率的动态调节，但很少有电厂会根据无功功率平衡的要求调节输出的无功功率，原因有以下几点。

(1)励磁设备良莠不齐，频繁励磁调节可能会引发机组故障。

(2)功率因数调高乃至进相运行，发电机安全裕度会降低。

(3)相对于额定运行状态，其他状态发电效率会降低。绝大多数发电机额定功率因数是0.80，0.85等，所以发电企业更倾向于发电机稳定运行在额定状态。

(4)大量老电厂缺乏先进的励磁调节手段。

(5)对电厂功率因数的管理缺乏管理依据，厂网分开后，协调难度更大。

因此，电网侧对发电厂一般只提出发电平均功率因数的要求，没有动态指标要求。为解决低负荷情况下高压系统无功功率偏大的问题，更倾向于发电厂提供更高功率因数的电能，譬如功率因数达到0.90。这一要求也不无依据，近年来电网公司无功功率补偿工作取得了显著成绩，高压输电得到大力发展，不再需要发电厂提供大量无功功率支持，而从电网运行效率角度看，大量无功功率从发电厂流入用户，其线路损耗很大，电压扰动大，应该避免。

为减少高峰与低谷时的大量无功功率潮流，稳定系统电压，提高线路输电能力，电厂侧应考虑实施两项技术措施：一是提高发电功率因数，解决无功功率过剩问题；二是在厂用电系统实施动态无功功率补偿[6-9]。

以一台300 MW机组为例，其厂用电系统耗能假定为8%，即24 MW，以厂用电功率因数0.80计算，对应无功功率为18 Mvar。假定厂用电系统安装动态无功功率补偿容量18 Mvar，同时提高发电机功率因数到0.90，高峰负荷时，电容器可部分乃至全部投入，解决无功功率不足问题，低谷负荷时，亦可根据系统要求全部或部分退出运行，解决无功功率过剩问题。

而发电机出力按100%考虑，功率因数如果提高到0.90，对应发出无功功率145.3 Mvar。当电容器不投入时，整个机组对外呈现有功功率为300-24=276 (MW)，无功功率为145.3-18=127.3 (Mvar)，所以功率因数为0.908。当电容器全部投入时，整个机组对外呈现有功功率为300-24=276 (MW)，无功功率为145.3 Mvar，所以功率因数为0.885。从0.885到0.908，获得一个动态调节范围，这一动态调节范围内允许发生一定程度的无功扰动，而发电机功率因数稳定在0.90，不必调节发电机励磁，可改善发电机的稳定运行条件。

2无功功率补偿对发电厂的益处

(1)减小线路和变压器电压压差，减少无功带来的电压扰动，提高厂用电设备运行的电压安全裕度。为保证运行安全，发电厂厂用电变压器的有载分接开关倾向于不调节，如果没有无功功率自动补偿手段，负荷扰动或波动时，将带来较大的电压波动，电压可能超出设备允许范围。如某发电厂高峰负荷时厂用电稳态电压已低至5.9 kV，令运行人员担心，经过无功功率补偿，高峰负荷时电压升至6.1 kV，电压安全裕度提高。有此类问题的电厂应优先考虑无功功率补偿措施。

(2)减少线路和变压器损耗，降低设备负载率，提高线路和变压器输电能力，延缓设备老化。节能降损的大小与设备参数和系统运行状况有关，电力系统常使用无功当量来评估无功功率补偿的综合效益，一般比较可观。厂用电输电线路长、线径细、设备分散、变压器负载率高的电厂应优先考虑无功功率补偿措施，包括分布补偿措施。

参考文献：

[1]孔祥志.无功补偿在发电厂厂用电系统中的应用研究[J].科学与企业，2014(13)：398.

[2]李瑞雪.发电厂厂用电系统应用无功补偿技术的思考[J].科技风，2012(4)：88.

[3]班勇.无功补偿在火电厂厂用电系统的应用及研究[J].能源与节能，2014(1)：6-7.

[4]牟旭涛，慕志恒，张卫星，等.无功补偿在发电厂厂用电系统中应用的研究[J].电力系统及其自动化学报，2004，16(3)：42-45.

[5]赵宏伟，张晓清，王步云，等.低压终端线路无功补偿技术[J].电力系统及其自动化学报，2002,14(2):46-48.

[6]冯昌瑾.关于发电厂厂用电系统应用无功补偿技术的若干思考[J].硅谷，2013(12)：127.

[7]刘望来，周珊，舒英利，等.无功补偿的计算[J].电力系统及其自动化学报，2002,14(5)：17-19.

[8]陈满晖.大容量异步电动机单独无功补偿装置的容量计算[J].有色冶金设计与研究，2001,22(2)：31-33.

[9]单渊达.电能系统基础[M].北京：机械工业出版社，2001.

(本文责编：刘芳)

收稿日期:2016-02-01；修回日期:2016-03-16

中图分类号：TM 714.3

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)03-0050-02

作者简介：

贾涵(1977—)，男，山东枣庄人，工程师，从事发电厂电气设备继电保护方面工作(E-mail:jiahlx@163.com)。