无功功率过高对发电机及系统的影响分析

雷明洋+董朝辉

摘 要：在电力系统中，发电机发出一定的无功功率来维持电力系统的稳定性，但是它又影响了发电机的效率。本文在保证发电机维持额定的功率因数运行同时，减少电力用户的无功消耗或增加无功补偿装置，既保证系统的稳定性，同时又提高发电机的效率。

关键词：无功功率；发电机；系统；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.131

0 引言

电力系统中的无功功率主要用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持磁场，完成电磁能量的互相转换，不对外做功，为系统提供电压支撑，在电源与负荷之间提供电压降落所需的势能，虽不直接消耗，但无功的交换将引起发电和输电设备上的电压升降和能量损失。

变压器、大量感应式电动机、冰箱，空调等设备，不仅需要向系统吸收有功，同时需要吸收无功，以产生设备维护正常运行所必须的交变磁场。但大量的无功会引起有功损耗，造成电压降，影响电能质量，对发电、供电、配电三方面都会产生不良影响。

1 无功功率对发电机的影响

我公司是两台220MW型号为WX23Z—109机组，励磁方式为：静子可控硅励磁，恒机端电压自动调节运行方式，发电机视在功率258.8MVA，额定功率220MW，额定电流8301A，额定电压18KV，满载励磁电流1346A，满载励磁电压325V，短路比0.52，额定功率因数0.85

根据2009年我公司#1机运行参数保留图片分析如下：发电机有功负荷201MW，无功负荷142Mvar，励磁电压306V，励磁电流1357.8A，定子电流最大7980A，发电机端电压17.9KV，母线电压112KV，功率因数0.818，系统频率50Hz。通过运行参数不难看出 ：

（1）励磁电流已经超过额定励磁电流的1.009倍，励磁电流长时间过电流运行势必造成发电机转子线圈过热，从而是转子绝缘下降，影响发电机的使用寿命。

（2）根据功率三角形此时发电机容量为201/0.818=245.7MVA，再增加有功负荷到220MW很难，应为在增加负荷的同时，交轴电枢反应用的励磁多了，那么励磁分给直轴电枢反应来实现无功的部分就少了。所以由于电枢反应，增加有功功率会产生去磁作用，最终导致发电机欠磁，无功功率降低，电压降低。为了维持静态稳定，恒机端电压运行方式由于电压下降从而增加励磁使无功增加，所以根据功率圆，视在功率一定的，发电机不可能满负荷运行。如果维持功率因数不变，发电机有功只能带到210MW，同时无功的增高使网络中的有功损耗增加，即高无功限制了发电机带有功和网络传输有功的能力。励磁电流增加又进一步造成了转子绕组的发热，如果励磁电流继续增加到1.15倍的额定励磁电流时，即If=1.15*1346=1547.9A时，根据过励磁反时限保护，18S后将自动减出力，负荷随之下降。

如果刻意降低无功负荷，虽然功率因数提高了，带有功能力有了，但势必造成机端电压降低，无法弥补负荷增加时电枢去磁现象，相对励磁较低将是发电机失去暂态稳定，重则引起系统的崩溃。

可见，若果无功功率过高，功率因数较低时，不但转子容易发热，限制发电机带无功的能力，也必将限制发电机带有功负荷的能力。

怎样既保证发电机能满负荷运行，维持功率因数在0.85左右，无功负荷能满足电压在额定方式下运行，从而励磁电流又不超流呢？

（1）发电机维持0.85功率因数左右运行，额定负荷才能达到220MW，此时无功为136MW左右，功率圆能说明在无功负荷增加时将限制有功的输出，无功的一味下降将造成机组暂态稳定破坏，引起机组振荡，所以发电机应严格地按照有功功率-无功功率（P—Q）极限曲线运行，不得超出曲线范围。最大无功功率受转子温升的条件限制，由于系统负荷大部分是感性负荷，无功大部分作为变压器、异步电动机等感性负载磁场交换，造成了无功的损耗，此时只有及时投入无功补偿装置或多发无功，才能维持无功的平衡，从而减小电压降和提供功率因数，通过以上分析发电机多发无功将影响发电机的出力和转子的热效应，故最好各个用电单位投入无功补偿装置，即维持了电压，也维持了无功的平衡。

（2）根据用电单位所用负荷，计算其无功负荷，通过无功计量，多吸收无功者给予无功计费，弥补发电机不能额定出力的费用。

（3）对没上无功补偿装置的施行限电运行，并督促其及时装备无功补偿装置。

2 无功功率对线损的影响

电力系统中无功平衡水平对电压水平有很大的影响，如果无功损耗较大将引起系统电压的大幅度下降，设备就不能在额定电压下运行，就不能保证最佳的运行状态，设备处理不够，对设备将产生不良的后果。为了维持无功平衡，在没投无功补偿装置时，发电机必须多发无功才能维持电压的稳定，但是，线路在输送无功功率的同时，需要消耗有功功率。当有功功率一定时，无功越大，则网络中的有功功率损耗越大。当传输能力一定是，无功越小，传输有功的能力越大。所以最好投入无功补偿装置，维持无功的平衡，保持电压的稳定。这样既减少了线路损耗，增加了发电机和线路的带负荷能力，也避免了电压过低对设备出力的影响。

3 无功多发对公司经济效益的影响

根据第一条分析，当发电机有功负荷201MW，无功负荷142Mvar，功率因数0.818运行时，有功只能出力210MW，如果，按满负荷220MW算，一年按300天计算，一年同比少发电300*24*10000=7200万千瓦时，每千瓦时按0.3元计算，少收入2160万元。

所以，根据以上分析，要求電力用户及时投、退无功补偿装置是势在必行的。

参考文献：

[1]胡虔生，胡敏强.电机学[M].中国电力出版社.

[2]陈衍.电力系统[M].电力工业出版社.

[3]陈衍.电力系统稳态分析[J].中国电力出版社.