对发电机无功功率与电力系统稳定运行的研究

马金奎

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

对发电机无功功率与电力系统稳定运行的研究

马金奎

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

发电机作为电力系统的重要组成部分，电力系统中的无功电源之一就是发电机。由于现代发电机能够调节励磁电流，并且通过改变励磁电流大小来调节无功功率输出，大大降低发电机组的运行成本。本文主要探究对象为凝汽式3万kW·h的发电机组，主要应用无碳刷励磁系统，探究发电机无功功率对电力系统功率的影响与作用。

发电机；无功功率；电力系统；作用

发电机无功功率对电力系统稳定性运行有着重要影响。发电机通过发出无功功率，能够维系电力系统稳定运行。由于无功功率会在很大程度上影响发电机组运行效率，将发电机组功率维持在额定值范围内，从而降低无功消耗，保障整个电力系统平稳运行，或者提高无功补偿来维护电力系统平稳运行，能够提高发电机工作效率。

1 发电机无功功率分析

1.1 无功功率生成

在电动机运行过程中，内部定子会在一定程度上产生磁场，从而带动电动机进行旋转，通过所产生的磁场来消耗功率的形式就是无功功率。正常情况下，无功功率不对外做功，在电能和电磁之间进行相互转换，也就是磁力转电力，不消耗能源。无功功率与有功功率有着很大联系，通常情况下只有产生无功功率才能够产生有功功率。

1.2 无功功率补偿

无功功率补偿具备降低无功功率对电力系统所产生的影响，并对供电系统提高功率因数，对系统端电压具有稳定作用，从而提高电力系统的供电稳定性和质量。再者，无功功率能够对输电线路起到降荷作用，降低用电设备的负荷，从而降低有功功率消耗，保障整个电力系统处于最佳的工作状态，降低用电成本。由于电路系统中没有纯粹的电阻电路，因此，在通常情况下，电路元件中都会包含感性负载和容性负载。容性电路在电路当中和感性电流相位差通常为180°，感性负载会吸收容性负载能量，容性负载也能够吸收感性负载所释放的能量，二者之间的荷载呈现出相互转换的形态，容性符合无功功率是通过感性负荷无功功率得到补偿。

1.3 无功功率补偿形式分析

第一，集中补偿。将补偿应用到电容器后，并安装在所需母线上，同时也可以将所有电容器装配在变压器中的低压一侧，如果这时的电气设备无法产生连续运转就会导致补偿过量，电器设备出现轻负荷情况也会出现过度补偿，这时设备运行过程中会产生较大的电压，如果电压无法进一步控制就会损坏装置。通过集中补偿方式能够保障电力系统处于一个相对稳定的状态，该种补偿方式的应用面也更加广泛、利用率更高。第二，分散补偿。在分散补偿过程中，可以将电容器采用分散安装的形式，并将其安装在各个用电支路中的母线中，让各个支路多组出现分散形态，并在分散中获得补偿，在使用过程中会呈现出断开使用和自动投入使用两种形态。总体来说，分散补偿方法在应用中更加灵活，并且容易控制。第三，个别补偿。该种方法主要是应用在电容器并联到电气回路当中，通过设备开关就能够控制补偿，也就是让无功电流平衡，还能够对无负荷状态下进行补偿控制，该种补偿方法通常都应用在大型电气设备中。

2 发电机无功功率与电力系统稳定运行的影响与作用

从使用情况层面分析，凝汽式发电机组的内部压力要比外部环境气压小一些，主要是汽轮机发电机的一种。对于无碳刷励磁系统来说，该系统支点多、振动大、动平衡复杂；阶数高、扭振模式复杂。并且，无碳刷励磁系统具备能耗低、免维护等点，与有刷励磁系统相比，无刷交流发电机的磁场绕组是静止不动的，即不随转子一起转动。发电机无功功率与电力系统稳定运行的影响与作用主要表现在以下方面。

2.1 对发电机的影响

以3万kW·h的发电机组为例，励磁实现方法是通过恒机端电压进行自动调节，发电机的额定功率为3万kW·h，发电机的端电压为17.9kV，母线电压为112kV，功率因数为0.212，系统频率为50Hz，通过上述运行参数得知，其励磁电流会超过额定的励磁电流，如果长时间运行就会造成发电机转子线圈热量过多，转子绝缘性能也会逐渐降低，严重影响发电机的使用寿命。在增加磁力时，由于交轴电枢励磁会产生过多，直轴电枢无功部分也就会相应的降低，在电枢反应下，有功功率增加会降低磁的产生量，这时发电机就会呈现出欠磁状态，无功功率和电压也就会随之降低。在恒机端电压运行状态下，发电机运行无法形成满负荷装填。在功率因素保持不变的情况下，发电机有功功率会只能维持在3万kW·h，无功功率就会带动提高有功功率，这样就会限制发电机的功率传输性能，磁力电流也就会相应增加，在此造成转子绕组出现过热问题。

由于无功符合降低会提升功率因数，但同时也会导致机端电压逐渐降低，无法对负荷进行弥补，这样就会造成电枢缺磁问题，发电机也就无法处于暂态稳定的状态，电力系统很可能出现崩溃的情况。反之，无功功率过高会降低功率因数，这时转子也会发热，会大大影响发电机所产生的有功功率。

2.2 线损问题

在整个电力系统当中，电压水平主要取决于无功功率平衡水平，如果无功功率损耗提升会造成电力系统电压不够稳定，这样就会造成电压大幅度降低，在额定电压下，电气设备就无法实现正常运作，如果工作人员没有对电气设备进行妥善处理就会造成严重的后果。发电机在多发无功状态下才能够保障无功功率平衡性，因此没有无功补偿形式也能够保障电压的稳定性，但是在输送无功功率过程中，传输线路需要消耗一定的有功功率。如果有功功率达到一定值时，无功功率也会随之增大，有功功率损耗程度也会进一步提高。

由此可见，在传输稳定条件下，无功功率越小，有功功率传输性能也就越强，通过投入无功补偿装置就能够维持无功功率平衡，还能够保持电压输出的稳定性，降低对线路的损耗程度，提高发电机带负载能力，对整个线路带负荷能力有着很大提升作用，当系统电压较低时，还能够降低对整个电力系统的影响。

2.3 维持发电机平稳运行

如果发电机无功投入较多，就会造成发电机转子变热，需要适当的投入无功补偿装置，从而保障电力系统中电压的稳定性，同时也能够提高无功功率的平衡度。采用无功的方式对系统电力负荷进行计算能够弥补一定的费用，实施限电控制运行也能够在很大程度上让发电机组和电力系统保持平稳运行状态。在实际应用当中发电功率因素越高，电力系统运行效率就越高，经济效益也就越好。对于电力系统而言，安全大于一切。通过实践分析表明，电压稳定时，静态电压稳定值越大，发电机处于全相运行状态下，原本的发电机会从主动控制变为被动控制，电压系统也不够稳定。因此，不能让发电机处于全相运行状态，约束励磁电流，将有功功率和无功功率结合，这样就能够对电力系统稳定性进行控制。

3 结语

综上所述，发电机能够提供大量的电力能源，如何保障机组电力系统稳定性是当今相关领域重点关注的问题。本文首先对发电机无功功率进行了详细阐述，分析了发电机无功功率对电力系统稳定运行的影响与作用，旨在全面提高电机组电力系统运行的稳定性。

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