无功补偿在发电厂厂用电系统中应用的研究

无功补偿在发电厂厂用电系统中应用的研究1引言在电力需求持续稳定增长的行业背景下，电力体制改革是影响行业未来发展的最大变数，它将导致电力行业出现大规模的资产重组和优胜劣汰。电力体制改革的目的是促进电力工业发展，提高电力运行效率，实现资源的优化配置。并非单纯的打断垄断和降低电价。目前电力体制改革的重点是“厂网分离，竞价上网”。厂网分离是指发电企业与电网企业分离，即发电和输配电分离，这是打破垂直垄断的第一步。竞价上网是指发电企业的上网电价由竞争产生，是从发电环节引入市场竞争的机制。进入市场后机组的负荷调度是根据发电公司自身的报价结合市场需求来决定的，因此，发电企业对自身所处的内、外部竞争环境和影响盈利的因素要作一个全方位的分析。发电企业在面对电力市场的激烈竞争时，只有通过降低发电成本，提高机组可靠性，提高机组竞争力才是竞价上网的基础。2问题分析和解决方案在不影响系统稳定性的前提下，如何提高自身的经济效益是发电厂关注的首要问题。对发电厂的厂用电系统综合分析，发现有以下问题：现代发电厂的厂用电量占发电总量的5%~10%，相当于一个大型企业的年度用电量；厂用电动机需要消耗大量的无功，厂用电系统内的无功电流加大了线路的损耗和设备的发热。针对上述问题，提出在发电厂的厂用电系统中采用无功补偿，即主要采用厂用电动机就地无功补偿技术，对厂用电系统长时间运行的、负荷比较稳定的、容量超过200kW的高压电动机进行就地无功补偿，从而提高发电厂的经济效益。现以山东某发电厂的厂用电系统为例，选择以下的设备进行无功补偿：送风机，容量1080kW两台；吸风机，容量1430kW两台；一次风机，容量650kW两台；凝升泵，容量680kW两台；循环水泵，容量1600kW三台；电动给水泵，容量2350kW一台；灰渣泵，容量570kW一台；磨煤机，容量370kW四台；碎煤机，容量320kW两台；凝结水泵，容量315kW两台；空压机，容量250kW两台；调速油泵，容量290kW一台；＃7机输煤皮带，容量355kW一台；斗轮机，容量240kW两台。对于补偿容量QC的计算，是根据电动机的额定运行状态，按照假设补偿后的功率因数计算QC。发电厂中，大部分异步电动机的功率因数cosφn=0.85，使功率因数由0.85提高到0.95，则得出的I′0跟电动机的额定空载电流I0进行比较，可以看出投入无功补偿后能否产生自励磁过电压。下面以送风机为例：送风机的额定空载电流I0=37.5A，可见I′0＜I0，不会产生自励磁过电压。因此可取送风机的补偿容量为310kVar。同理计算出其他设备的补偿容量，得出所选设备的补偿总容量为5.67MVar。上述补偿容量可以保证以下计算过程中母线的功率因数提高为0.85的假设成立。同时，无功补偿装置采用分组投切的静止无功补偿器，可以使母线的功率因数始终保持0.85左右。3简单算例图1为山东某发电厂＃7机组的一个简化图，数据取自2003年3月2日各项参数的平均数。根据这些数据，对发电厂的厂用电系统加入无功补偿前后的状况进行潮流计算。发电厂的厂用电系统采用了具有低压分裂绕组的双绕组变压器，额定容量为40MVA，变比为18kV/6.3kV/6.3kV，ΔP0=28kW，U(%)=18，ΔPK=238.4kW，I(%)=0.23，得激磁支路的功率为将变压器用两条等值支路表示，则同理，母线2的功率因数为以上是加入无功补偿前对厂用电系统的计算。在保持负荷的有功功率和厂用电入口处电压UN不变的情况下，对电动机进行就地无功补偿，使两条6kV母线上的功率因数皆为0.85，进行下面的计算：同理，对6kV母线2进行相同的计算。得同样，算出加入无功补偿后厂用电入口处的容量为由上面两种不同情况下的计算结果可以看出，加入无功补偿后：1)提高了厂用电入口处的功率因数。未加入无功补偿时：加入无功补偿后：功率因数提高了0.108。2)减少了变压器和线路的有功损耗。变压器降低的有功损耗为线路降低的有功损耗采用无功经济当量KQ进行估算，以送风机为例，参见图2。在图2中，假设送风机在额定状态下运行，PG1=1080kW，U=6000V，cosφ=0.85，电力电缆为120mm2的三心铜电缆，l=1200m，QC取310KVar，则无功经济当量为由于送风机的线路在所选取的补偿线路中是折中的,并且考虑母线到分裂变压器的二次侧出口部分的损耗（母线到分裂变压器二次侧的距离大约为700m），选取，所以加入无功补偿后线路降低的有功损耗为由以上计算可以看出，ΔP′跟QC成正比，而QC的大小跟厂用电的负荷和功率因数有关。厂用电负荷越大，功率因数越低，则QC和ΔP′就越大。根据补偿装置的投资成本，分析采用无功补偿的合理性。投资成本主要包括：一次性投资折旧费用，投资回报，运行维修费用。一般来说常用的无功功率补偿电容器一次投资在35元/kVar左右，电容器的使用寿命按10年计算，年折旧率为10%，投资年利率按5%计算，年运行维修率按1%计算，则投资成本为每年的电能节约费用采用最大损耗时间来计算，厂用电的最大损耗跟发电厂的最大输出功率有关，所以发电机有功输出P最大时，厂用电负荷也最大，有功损耗也最大。据此，实施无功补偿后，厂用电负荷SG达到最大时，降低的有功损耗也最大。ΔPmax和ΔP′max是厂用电负荷最大时的变压器和线路减少的有功损耗，其值仿照上面对平均负荷进行计算的步骤得来。最大负荷年利用小时式中：WA为＃7发电机的年发电量；Pmax为＃7发电机的最大有功输出。根据参考文献［3］中最大负荷损耗小时数τ与Tmax的关系图表，知道通过线路功率的Tmax与cosφ，可以由表查出τ值。已知厂用电系统的cosφ=0.85，根据图表可以查出那么一年的电能节约费用为即无功补偿后至少每年可以给发电厂节约1.72万元的费用，可见无功补偿的技术经济效益是十分理想的。回收年限式中：CQ为电动机就地无功补偿器的价格，元/kVar；C为每度电的燃料成本价，元QC为无功补偿器的容量，MVar；ΔA为年节电量，MW·h；5%和1%分别为投资年利率和无功补偿装置的运行维修费用。即用大约5年时间，发电厂就可收回投资成本并长期受益。根据以上数据计算和理论分析，可以看出，在发电厂的厂用电系统中加入无功补偿，能够对发电厂起到降损增益的作用。而且根据无功补偿在厂用电系统中的效益分析，可以看出每年节省的费用是较为可观的。由此可见，这是个一次投资长期受益的项目。