同步發(fā)電機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定度

同步發(fā)電機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定度1、引言某造紙有限公司司自備電廠2×6MW發(fā)電機(jī)組是是本公司正常常穩(wěn)定生產(chǎn)的的主要能源供供應(yīng)設(shè)備。2005年8月投入運(yùn)行行，運(yùn)行狀況況良好。進(jìn)入入2008年度，隨著著公司用電負(fù)負(fù)荷的不斷增增加，兩個(gè)造造紙分廠部分分設(shè)備的逐漸漸老化，使其其用電設(shè)備的的無功損耗進(jìn)進(jìn)一步加大，10kv系統(tǒng)電壓經(jīng)經(jīng)常在規(guī)范下下線運(yùn)行，有有幾次因系統(tǒng)統(tǒng)電壓低于規(guī)規(guī)范要求致使使主要生產(chǎn)設(shè)設(shè)備保護(hù)動(dòng)作作掉閘，影響響了公司的正正常生產(chǎn)。2、原因自備電廠發(fā)電機(jī)機(jī)組輸出的無無功功率不能能夠及時(shí)滿足足負(fù)載對無功功功率的需求求，致使公司司10kv電力系統(tǒng)電電壓低下，即即輸出電能的的質(zhì)量已變劣劣是造成主要要生產(chǎn)設(shè)備保保護(hù)動(dòng)作掉閘閘的根本原因因。我們知道道，電力系統(tǒng)統(tǒng)輸出電能質(zhì)質(zhì)量的優(yōu)劣是是衡定電力系系統(tǒng)穩(wěn)定度的的重要條件，而而電能質(zhì)量的的優(yōu)劣主要體體現(xiàn)在能否維維持系統(tǒng)電壓壓的正常水平平。3、同步發(fā)電機(jī)機(jī)無功功率的的調(diào)節(jié)原理及及原因分析實(shí)踐可知，在電電力系統(tǒng)的總總負(fù)載中，既既要求供給有有功功率，又又要求供給無無功功率。電電力系統(tǒng)的主主要?jiǎng)恿ω?fù)載載是功率因數(shù)數(shù)較低的三相相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)，如果發(fā)電電機(jī)發(fā)出的無無功功率不能能滿足電力系系統(tǒng)（也就是是負(fù)載）對無無功功率的要要求，就會(huì)引引起整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的電壓下降降，這時(shí)電力力系統(tǒng)輸出的的電能質(zhì)量逐逐漸變劣，這這不僅對負(fù)載載的工作不利利，而且直接接威脅整個(gè)電電力系統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)定運(yùn)行。因因此，發(fā)電機(jī)機(jī)與電力系統(tǒng)統(tǒng)并列運(yùn)行以以后，如何調(diào)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸輸出的無功功功率？尤為重重要。首先，我們分析析發(fā)電機(jī)與電電力系統(tǒng)并列列后空載運(yùn)行行的狀況?？湛蛰d運(yùn)行時(shí)，發(fā)發(fā)電機(jī)中沒有有電樞反應(yīng)，空空載電動(dòng)勢和和系統(tǒng)電壓相相等，定子繞繞組中無電流流，這時(shí)的勵(lì)勵(lì)磁電流為正正常勵(lì)磁電流流；當(dāng)增大勵(lì)勵(lì)磁電流時(shí)，空空載電動(dòng)勢增增大，由于系系統(tǒng)電壓不能能改變，定子子繞組出現(xiàn)電電壓差，這個(gè)個(gè)電壓差使定定子產(chǎn)生電流流，這個(gè)電流流在相位上要要滯后于電壓壓差90°，同時(shí)也滯滯后于系統(tǒng)電電壓，就是說說此時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)向電力系統(tǒng)統(tǒng)輸出了電感感性無功功率率，這種狀態(tài)態(tài)為過勵(lì)狀態(tài)態(tài)（勵(lì)磁電流流超過正常勵(lì)勵(lì)磁的電流）；；當(dāng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁電流使它小小于正常勵(lì)磁磁時(shí)，空載電電動(dòng)勢小于系系統(tǒng)電壓，定定子繞組又出出現(xiàn)一個(gè)電壓壓差，該電壓壓差使定子產(chǎn)產(chǎn)生電流，而而這個(gè)電流在在相位上比系系統(tǒng)電壓越前前90°，此時(shí)發(fā)電電機(jī)向電力系系統(tǒng)輸出了電電容性無功功功率，這種狀狀態(tài)為欠勵(lì)狀狀態(tài)。由此可見，當(dāng)發(fā)發(fā)電機(jī)空載時(shí)時(shí)，如果不改改變原動(dòng)機(jī)（汽汽輪機(jī)或水輪輪機(jī)）的功率率而只調(diào)節(jié)勵(lì)勵(lì)磁電流，發(fā)發(fā)電機(jī)的功率率角并不改變變，所以不能能改變發(fā)電機(jī)機(jī)輸出的有功功功率，只改改變輸出的無無功功率。其次，我們分析析發(fā)電機(jī)與電電力系統(tǒng)并列列后帶有負(fù)載載時(shí)運(yùn)行的狀狀況。我們知知道，發(fā)電機(jī)機(jī)的輸出功率率（Pem）由它的的功角特性決決定，即：Pem=3E00Usinθ/Xd（E0為空載電動(dòng)動(dòng)勢，U為電力系統(tǒng)統(tǒng)電壓，θ為功率角，XXd為發(fā)電機(jī)電電樞反應(yīng)電抗抗）功率極限值（PPmax）是：：Pmax=3EE0U/Xd當(dāng)發(fā)電機(jī)與電力力系統(tǒng)并列運(yùn)運(yùn)行時(shí)，電力力系統(tǒng)電壓（U）、發(fā)電機(jī)機(jī)電樞反應(yīng)電電抗（Xd）都是常數(shù)數(shù)，改變勵(lì)磁磁電流的大小小，將使空載載電動(dòng)勢（E0）發(fā)生變化。因因此，當(dāng)增加加勵(lì)磁電流使使空載電動(dòng)勢勢（E0）增大時(shí)，功功率極限值（Pmax）就要要增大，當(dāng)減減小勵(lì)磁電流流使空載電動(dòng)動(dòng)勢（E0）減小時(shí)，功功率極限值（Pmax）也要要減小。圖1所示就是不不同勵(lì)磁電流流時(shí)發(fā)PPemP0abcdeθθ1θ2θ3Pmax2Pmax1Pmax3電機(jī)的功角特性性曲線，曲線線1代表正常勵(lì)勵(lì)磁情況，曲曲線2代表過勵(lì)情情況，曲線3代表欠勵(lì)情情況，可以看看出，它們雖雖然都是正弦弦曲線，但是是具有不同的的最大值。我們假設(shè)，在正正常勵(lì)磁情況況下，發(fā)電機(jī)機(jī)的功率因數(shù)數(shù)cosφ=1，即發(fā)電機(jī)機(jī)的定子電流流?a與端（電力力系統(tǒng)）電壓壓?同相位，不不輸出無功功功率。從發(fā)電機(jī)的的簡化相量圖圖（圖2（a））可知，定定子繞組的同同步電抗壓降降??=j?aXd，??比?a越前90°，E0＞U；這是發(fā)電機(jī)機(jī)在功角特性性（見圖1）曲線1的a點(diǎn)運(yùn)行，對對應(yīng)的功率角角為θ1，輸出的有有功功率為P=3UIaCOSφ=3UIa，輸出的無功功功率為零。當(dāng)增大勵(lì)磁電流流時(shí)，空載電電動(dòng)勢由E0增大到E0′（見圖2（b）），此時(shí)功角特特性是（見圖圖1）曲線2，在剛剛增增大勵(lì)磁電流流時(shí)，由于貫貫性功率角θ1還來不及改改變，工作點(diǎn)點(diǎn)由（圖1）曲線1上的a點(diǎn)移到曲線2上的b點(diǎn)，由于原原動(dòng)機(jī)（汽輪輪機(jī)或水輪機(jī)機(jī)）的輸入功功率并沒有??0??aθ1????0′?a′??′θ2φ′??0〞??〞θ3?a〞(a)正常勵(lì)磁狀態(tài)，無功輸出為零。(b)過勵(lì)狀態(tài)，輸出感性無功功率。(c)欠勵(lì)狀態(tài)，輸出容性無功功率。改變，因此發(fā)電電機(jī)的電磁功功率大于輸入入功率，即電電磁反轉(zhuǎn)矩比比托動(dòng)轉(zhuǎn)矩大大，轉(zhuǎn)子開始始減速，功率率角減小。當(dāng)當(dāng)功率和轉(zhuǎn)矩矩達(dá)到平衡時(shí)時(shí)，工作點(diǎn)回回到c點(diǎn)（見圖1曲線2），功率角角是θ2。從相量圖圖（圖2（b））可以看出出，空載電動(dòng)動(dòng)勢E0′＞E0，功率角θ2＜θ1，電壓差??′與?相位差不再再是90°，因此由???′所產(chǎn)生的定定子電流?a′（?a′比??′滯后90°）不再和?同相位，而而是比?滯后φ′角，即發(fā)電電機(jī)的功率因因數(shù)COSφ′＜1。由于原動(dòng)動(dòng)機(jī)輸出的有有功功率沒有有改變，但同同時(shí)還輸出了了感性的無功功功率，這種種狀態(tài)為發(fā)電電機(jī)的過勵(lì)狀狀態(tài)。如果減小勵(lì)磁電電流，則發(fā)電電機(jī)的空載電電動(dòng)勢減小，功功角特性見圖圖1中的曲線3，新工作點(diǎn)點(diǎn)為e點(diǎn)，此時(shí)E0〞＜E0，功率角θ3＞θ1，從相量圖（圖圖2（c））可以看出出，電流?a〞比端電壓壓?越前一個(gè)角角，說明發(fā)電電機(jī)在輸出有有功功率（由由于原動(dòng)機(jī)功功率不變，發(fā)發(fā)電機(jī)輸出的的有功功率并并不改變）的的同時(shí)，還輸輸出了容性的的無功功率，這這種狀態(tài)為欠欠勵(lì)狀態(tài)。綜上分析可知，不不改變原動(dòng)機(jī)機(jī)的功率而只只調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)的勵(lì)磁電流流時(shí)，輸出的的有功功率不不能改變，而而無功功率則則可以受到調(diào)調(diào)節(jié)。在過勵(lì)勵(lì)狀態(tài)下，勵(lì)勵(lì)磁電流愈大大，發(fā)電機(jī)輸輸出的感性無無功功率愈大大；在欠勵(lì)狀狀態(tài)下，勵(lì)磁磁電流愈小，發(fā)發(fā)電機(jī)輸出的的容性無功功功率愈大。所所以，調(diào)節(jié)發(fā)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁電流就可以以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)的無功功率率。結(jié)合發(fā)電機(jī)功角角特性曲線上上可進(jìn)一步看看出，勵(lì)磁電電流增加以后后，發(fā)電機(jī)的的功率極限值值也跟著增大大，致使發(fā)電電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)穩(wěn)定度也隨著著提高，從而而使電力系統(tǒng)統(tǒng)的穩(wěn)定度有有所提高，即即維持電力系系統(tǒng)正常電壓壓的能力將有有所提高。由于同步發(fā)電機(jī)機(jī)的額定功率率因數(shù)一般為為0.8或0.85（滯后），即即在一般情況況下，發(fā)電機(jī)機(jī)都是在過勵(lì)勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行行，輸出的是是電感性無功功功率。而作作為電力系統(tǒng)統(tǒng)的主要負(fù)載載大部分是感感性負(fù)載，在在運(yùn)行中會(huì)消消耗大量電感感性無功功率率，致使系統(tǒng)統(tǒng)電壓降低。為為此，各電廠廠電氣運(yùn)行人人員應(yīng)密切監(jiān)監(jiān)視電力系統(tǒng)統(tǒng)的運(yùn)行狀況況，按照發(fā)電電機(jī)運(yùn)行規(guī)程程及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)機(jī)的輸出（電電感性）無功功功率，滿足足系統(tǒng)負(fù)載對對無功功率的的需求，以便便維持電力系系統(tǒng)電壓正常常運(yùn)行。4、采取的措施施通過以上探討可可知，為提高高電力系統(tǒng)的的穩(wěn)定度，需需采取以下措措施：a)自備電廠廠電氣運(yùn)行人人員要密切監(jiān)監(jiān)視公司10kv系統(tǒng)電壓的的運(yùn)行狀況，運(yùn)運(yùn)用以上調(diào)節(jié)節(jié)原理及時(shí)調(diào)調(diào)整發(fā)電機(jī)輸輸出的（電感感性）無功功功率，進(jìn)而滿滿足系統(tǒng)負(fù)載載對無功功率率的需求。b)自備電廠廠2×6MW發(fā)電機(jī)組運(yùn)運(yùn)行中的功率率因數(shù)應(yīng)調(diào)整整在0.8～0.9之間，必要要（系統(tǒng)電壓壓低下）時(shí)可可以調(diào)在0.8以下運(yùn)行，但但須時(shí)刻監(jiān)視視勵(lì)磁電流的的大小，不允允許超過勵(lì)磁磁裝置及發(fā)電電機(jī)轉(zhuǎn)子的電電流規(guī)范要求求。c)造紙分廠在在啟動(dòng)100kw以上電機(jī)時(shí)時(shí)，要預(yù)先通通知自備電廠廠當(dāng)值值長或或電氣班長，自自備電廠電氣氣人員接到通通知后，在調(diào)調(diào)節(jié)運(yùn)行中發(fā)發(fā)電機(jī)輸出有有功功率的同同時(shí)，還必須須及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)機(jī)輸出的（電電感性）無功功功率，滿足足負(fù)載對感性性無功的需求求，確保公司司10kv系統(tǒng)電壓正正常穩(wěn)定運(yùn)行行。d)對造紙分廠廠部分老化設(shè)設(shè)備要逐步進(jìn)進(jìn)行改造或更更換。對一些些無功損耗大大或功率因數(shù)數(shù)較低的設(shè)備備電源線路上上加裝無功補(bǔ)補(bǔ)償裝置，提提高其功率因因數(shù)。5、結(jié)束語通過實(shí)施，公司司10kv電力系統(tǒng)電電壓始終保持持在10.1～10.5kkv之間，公司司所有生產(chǎn)用用電設(shè)備都能能夠正常運(yùn)