【摘要】通過(guò)本文介紹了火電廠自用電系統(tǒng)中存在的電能質(zhì)量問(wèn)題，給出了臺(tái)達(dá)有源型電能質(zhì)量產(chǎn)品在改善電能質(zhì)量方面的分析，通過(guò)綜合的電能質(zhì)量治理，可以提高發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低用電系統(tǒng)的諧波含量，提高用電效率、改善用電廠用電環(huán)境、保障設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，提高電廠運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。

【Abstract】This paper introduces the electric power quality problems in power plant auxiliary power system, the delta active power quality products can be analyzed in improving power quality, the comprehensive power quality management, can improve the power factor of electric power plant system, reduce the harmonic content of electric system, improve the power efficiency, improve the power plant electricity environment, guarantee the stable and reliable operation of the equipment, improve plant operation economy.

【關(guān)鍵字】廠用電；功率因數(shù)；諧波；綜合電能質(zhì)量治理

【Keywords】auxiliary power; reactive power; power factor ; harmonic ;the comprehensive power quality management

1  引言

發(fā)電廠廠用電量是電廠能耗的重要組成部分,隨著電力系統(tǒng)“廠網(wǎng)分離，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”這項(xiàng)改革的不斷深入,如何提高經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)成為發(fā)電廠關(guān)注的首要問(wèn)題。

現(xiàn)代發(fā)電廠的廠用電量占發(fā)電總量的5%~10%，相當(dāng)于一個(gè)大型企業(yè)的年度用電量，廠用電動(dòng)機(jī)需要消耗大量的無(wú)功，廠用電系統(tǒng)內(nèi)的無(wú)功電流會(huì)導(dǎo)致線路損耗和設(shè)備發(fā)熱，占用設(shè)備容量，是廠用電效率較低的主要原因；另外，由于大量風(fēng)機(jī)水泵等設(shè)備的應(yīng)用，大量變頻器設(shè)備和電除塵設(shè)備整流出現(xiàn)的諧波電流注入到廠用電系統(tǒng)中，給用電設(shè)備的可靠運(yùn)行帶來(lái)大量隱患，所以，對(duì)變頻器集中配線（如空冷島）并對(duì)電除塵線路進(jìn)行綜合電能質(zhì)量治理已經(jīng)成為保障發(fā)電廠廠用電可靠性和提升用電效率的有效方式。

2  發(fā)電廠存在的無(wú)功功率、諧波的問(wèn)題

發(fā)電廠主要的用電設(shè)備為送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、凝升泵、循環(huán)水泵、電動(dòng)給水泵、磨煤機(jī)、碎煤機(jī)、凝結(jié)水泵、空壓機(jī)和輸煤機(jī)等設(shè)備，除部分設(shè)備因?yàn)楣に囈蠹友b了變頻調(diào)速設(shè)備外,其它均為感應(yīng)電機(jī)類(lèi)負(fù)載，在工作過(guò)程中消耗大量有功功率的同時(shí)，也消耗了大量的無(wú)功功率，設(shè)備自然功率因數(shù)低下，其中最低的功率因數(shù)可能達(dá)到0.2～0.3（異步電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行時(shí)），正常工作過(guò)程中的功率因?yàn)橐矁H為0.7～0.9，所以廠用電一般均配有無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，尤其以配電系統(tǒng)就地補(bǔ)償最為高效，用來(lái)提高廠用電系統(tǒng)的功率因數(shù)。

大量空壓機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵應(yīng)用于廠用電部分，考慮到節(jié)能降耗的需要安裝了大量變調(diào)速裝置，尤其是空冷島系統(tǒng)中集中使用了很多打工率變頻器，由于變頻器輸入的整流特性，在工作過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生了大量的諧波電流，諧波電流的注入為系統(tǒng)中電機(jī)、變壓器、輸電線路等設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患。

電除塵部分為廠用電主要的電能消耗負(fù)載之一，由于電除塵為兩相整流，且根據(jù)工況需要快速變化的負(fù)載特性，產(chǎn)生的大量快速變化的無(wú)功和諧波分量，典型的電流諧波畸變率約30%～40%,無(wú)功功率含量過(guò)高帶來(lái)功率因數(shù)嚴(yán)重偏低，約為0.75，為電除塵設(shè)備和配置的變壓器的安全運(yùn)行帶來(lái)巨大隱患，圖1和圖2為在新疆某發(fā)電廠測(cè)試的電除塵電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。

圖1 電除塵設(shè)備工作工程中電流變化及電流畸變率數(shù)據(jù)

(藍(lán)色波形為電流有效值，紫色波形為電流畸變率)

圖2 電除塵變壓器功率波動(dòng)及功率因數(shù)變化曲線圖

(藍(lán)色波形為功率數(shù)據(jù)，紫色波形為功率因數(shù)趨勢(shì)圖)

3  發(fā)電廠進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償及諧波治理的必要性

首先，《電力系統(tǒng)電壓及無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定：在規(guī)劃、設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)時(shí)，必須包括無(wú)功電源及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施的規(guī)劃。在發(fā)電廠和變電所設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)進(jìn)行無(wú)功電源及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施的設(shè)計(jì)。

其次，電廠中大量電機(jī)類(lèi)負(fù)載和部分非線性負(fù)載使得用電網(wǎng)絡(luò)中含有很大的無(wú)功電流分量，無(wú)功電流的存在使得大量無(wú)功功率存在于電網(wǎng)中，發(fā)電機(jī)在發(fā)出有功功率的同時(shí)必須發(fā)出無(wú)功功率，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)電功率較低，影響生產(chǎn)產(chǎn)能；大量無(wú)功電流的存在使系統(tǒng)視在電流嚴(yán)重增加，變壓器、電纜、斷路器等配電設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重，設(shè)備老化加??；無(wú)功功率大量存在會(huì)造成有用能源的浪費(fèi)；沖擊性的無(wú)功負(fù)荷更會(huì)引起電壓波動(dòng)，導(dǎo)致大量風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載的使用效率降低，影響系統(tǒng)的有效運(yùn)行；引起三相不平衡，加劇電機(jī)額外發(fā)熱，使設(shè)備過(guò)早老化。

最后，電除塵車(chē)間、空壓站、空冷島由于采用大量的非線性（電除塵和變頻器）負(fù)載，產(chǎn)生了大量的諧波，嚴(yán)重超過(guò)國(guó)標(biāo)允許值，使系統(tǒng)中用電設(shè)備不能持續(xù)安全運(yùn)行：電除塵車(chē)間的大量諧波含量導(dǎo)致電除塵設(shè)備故障率高，維護(hù)成本巨大，造成罰款隱患；諧波電流造成用電設(shè)備產(chǎn)生較大的損耗，大量諧波產(chǎn)生的集膚效應(yīng)使得電力線纜的有效使用線徑大大減少，造成發(fā)熱嚴(yán)重，使得絕緣過(guò)早老化，更換電纜造成一定的停產(chǎn)損失；

圖3 某電廠電除塵設(shè)備由于諧波含量太高損壞圖

諧波引起的損耗相對(duì)來(lái)講比較復(fù)雜，考慮集膚效應(yīng)下各次諧波電阻值與基波電阻值的如下關(guān)系：

（式中，為導(dǎo)體中n次諧波電流所對(duì)應(yīng)的電阻值，n為諧波次數(shù)），導(dǎo)體產(chǎn)生的額外的諧波損耗可以表達(dá)為：

式中，為諧波損耗，為基波損耗，n為諧波次數(shù)，為第n次諧波含油量，為指數(shù)，不同設(shè)備、不同含義的附加損耗指數(shù)不同。

表1 不同設(shè)備損耗對(duì)比

從以上數(shù)據(jù)分析可以看到，諧波引起的附加損耗，尤其是表現(xiàn)在變壓器的鐵心損耗上，與諧波次數(shù)的平方成正比，我們看到此處出現(xiàn)了四次集膚效應(yīng)，重復(fù)集膚效應(yīng)帶來(lái)的附加損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出正常導(dǎo)體出現(xiàn)諧波電流時(shí)的損耗。

此外，諧波電壓產(chǎn)生的電壓尖峰使得廠用電部分的風(fēng)機(jī)、水泵等電機(jī)類(lèi)負(fù)載存在匝間擊穿隱患、電除塵、變頻器等設(shè)備出現(xiàn)輸入整流管擊穿現(xiàn)象，影響廠用電系統(tǒng)的安全運(yùn)行；諧波的大量存在還會(huì)影響廠內(nèi)無(wú)線通訊系統(tǒng)，導(dǎo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤，使得智能監(jiān)控設(shè)備不能有效持續(xù)運(yùn)行。

4   發(fā)電廠采用臺(tái)達(dá)SVG\APF進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償及諧波治理可行性分析

表2 發(fā)電廠采用SVG\APF進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償及諧波治理可行性分析

5  臺(tái)達(dá)火電廠無(wú)功功率補(bǔ)償及治理的方案

圖1 電廠廠用電典型的電能質(zhì)量產(chǎn)品配置方案（以單臺(tái)廠高變?yōu)槔?/strong>