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 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�求加裝了變頻調(diào)速設(shè)備外,其它均為感應(yīng)電機(jī)類負(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)備老化加劇；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。

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��?/b>