利用发电机组无功出力调整总降变电所功率因数

王磊，赵博识

（马鞍山钢铁股份有限公司第二能源总厂，安徽马鞍山243000）

利用发电机组无功出力调整总降变电所功率因数

王磊，赵博识

（马鞍山钢铁股份有限公司第二能源总厂，安徽马鞍山243000）

同步发电机组通过自动电压调整装置，可以实时地监控发电机出口电压，通过改变励磁电流来调发电机组的无功出力，以适应系统电压的变化。利用这一特点，可以实时地调整自备电厂的无功出力，实现总降变电所功率因数动态平滑的调整。

自动电压调整；功率因数；力率

1 引言

马鞍山钢铁股份有限公司第二能源总厂下设一座220 kV钢轧总降变电所，有两台240 MVA主变，自备电厂3台发电机组通过两条110 kV线路在钢轧总降变电所110 kV母线处并网。正常运行时，发电机组并网量较高，恒钢4821线、恒钢4822线基本处于上网状态，同时由于变电所下设无功补偿装置容量不足，造成从供电系统吸收大量无功电量，导致钢轧变力率较低而被供电部门考核。

2 线路力率计算方法

功率因数就是有功功率P与视在功率S的比值，有功功率越小，无功功率越大，功率因数就越低：

力率为月平均功率因数，为有功电量与视在电量的比值。与功率因数不同的是，有功电量只计正向电量（即外购电量），无功电量计正向无功电量与反向无功电量之和。当有功电量大量上网时，正向有功电量很少，造成线路力率较低，只有减少正向无功电量与反向无功电量之和，才能提高力率。

马钢第二能源总厂属大工业性质用户，力率以0.90为标准值，当力率数大于0.90时，供电部门按比例给予力率奖励。当功率因数小于0.90时，供电部门按比例给予力率考核。

3 力率现状

（1）2011年钢轧变恒钢4821线路、4822线路力率统计见表1。

从表1可以看出，由于无功电量为正反向之和，比较稳定，而有功电量随自备电厂发电机组出力情况变化较大。发电机出力较高的月份，外购有功电量较少，线路力率较低。由此可见，要减少无功电量，就要保证无功负荷的供用平衡，以减少与外网交换的无功电量。

（2）钢轧变无功负荷平衡情况

无功负荷的来源主要有无功补偿装置、发电机、同步电机，无功负荷的去向主要有异步电机、变压器、整流器、LF炉等，其中异步电机、变压器、整流器的无功负荷相对平稳，而LF炉的无功负荷受生产节奏影响波动较大，表2是钢轧变在无功补偿装置全部投入状态下的无功负荷平衡情况。

表1 2011年钢轧变线路力率统计

表2 钢轧变110 kV母线无功负荷平衡情况

从表2可以看出，造成钢轧变无功电量过高主要有两个原因：

（1）当2#LF炉（钢轧变703线路）生产时，由于无功负荷波动较大，达28 Mvar左右，是造成钢轧变无功电量过高的主要原因。

（2）无功补偿装置不足，各馈线的无功补偿装置全部投入后，仍然需要吸收大量无功功率。

4 自动电压调整装置（AVR）

如果新建无功补偿装置，需大量投资，由于自备电厂的发电机组无功出力仍有较大提升空间，可以利用其自动电压调整装置特性，增加发电机组的无功出力。

（1）励磁控制系统

励磁控制系统是由自动电压调整装置、励磁机和同步发电机形成的反馈控制系统。自动电压调节器以发电机的运行参数(电压、电流、功率因数等)作为反馈控制信号，调节励磁电流以维持机端电压为给定值，实现并联运行机组间的无功功率自动分配和提高发电机组运行的稳定性等。

（2）自动电压调整装置原理

发电机端电压由测量元件转换为可与基准值进行比较的信号，两者间的误差信号经放大后控制励磁电源的输出量以克服机端电压的偏差，使误差信号降至微小值或为零，即调整发电机端电压接近或等于给定值。通常用发电机的无功调节特性来反映自动电压调节器的静态性能，且用调差系数δ表示：

δ%=(U0-U)×100式中，U0——发电机空载状态下端电压的标幺值；

U——功率因数等于零，定子电流等于额定值时发电机电压的标幺值。

可见，要调整发电机组的无功出力，一是要调整调差系数δ，二是控制系统电压。但因CCPP机组的调差系数无法调整，如果只调整135机组和60 MW机组的调差系数，会造成无功负荷分配不平衡，影响发电机组运行稳定性。

5 系统电压调整

（1）电压损失

电压损失是指串联电路中阻抗元件两端电压的代数差，即：

式中，P——系统有功功率，kW；

Q——系统无功功率，kvar；

R、X——系统的电阻和电抗，Ω。

通常系统电阻R远远小于电抗X，所以电压损失主要取决于无功功率Q。

（2）LF炉的无功冲击对自备电厂无功出力的影响

LF炉生产时，负荷末端处于短路状态，吸收大量无功功率（约28 kvar），造成钢轧变及自备电厂110 kV母线电压降低，此时自备电厂发电机组的AVR装置会自动调整无功出力来适应电压变化，通过AVR装置的补偿，自备电厂的无功出力增加了约17 kvar。

图1 钢轧变无功功率变化趋势

但由于电厂主变的电抗和调差系数的作用，发电机的无功补偿仍然无法满足钢轧变的无功需求。

（3）系统电压调整

钢轧变2台主变均为有载调压变压器，可以通过改变主变档位，人为地降低系统电压，以增加自备电厂无功出力。

2012年4月，经省调许可，我厂将钢轧变主变档位由5档降至4档，钢轧变110 kV母线电压由原来的115.3 kV降至114.8 kV，调档后，电厂并网无功负荷比原先增加了10 kvar左右，钢轧变无功补偿不足的情况得到了很大缓解，钢轧变的无功负荷达到平衡状态，调整后的钢轧变无功负荷平衡详见表3。

表3 调整后钢轧变无功负荷平衡表

由图2可以看出，2012年4月电压调整后，钢轧变月无功电量减少了约400万kvar·h，力率也基本维持在了0.9以上。

图2 4821线路无功电量与力率

6 结语

利用自备发电机组无功出力调整变电所功率因数，不仅可以节省大量无功补偿装置投资，而且如果参数设置合理，可以实现对无功冲击负荷的动态补偿。

Use of Reactive Power Output of Generating Set to Control Power Factor of Step Down Substation

WANG Lei，ZHAO Boshi
(No.2 Energy Sources Plant of Maanshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

A synchronous generating set can real-time monitor outlet voltage of a generator by the automatic voltage regulation device.The reactive power output of the generating set is controlled by changing the excitation current to adapt to the change of system voltage.Use of this feature can real-time control reactive power output of the self-provided power plant to realize dynamic smooth adjustment of power factor of the step down substation.

automatic voltage regulation;power factor;power rate

TM714.1

B

1006-6764(2013)07-0018-03

2013-03-01

王磊（1985-），男，2007年毕业于合肥工业大学自动化专业，学士学位，助理工程师，现从事三电管理工作。