系統(tǒng)調(diào)頻和調(diào)壓對無功沖擊負(fù)荷的補(bǔ)償

王慶良

摘要：鋼鐵廠生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生很大的有功功率和無功沖擊負(fù)荷，如鋼鐵廠由較大的電力網(wǎng)供電時，有功沖擊負(fù)荷由電力網(wǎng)承擔(dān)，對無功沖擊負(fù)荷，可以由自備電廠發(fā)電機(jī)承擔(dān)，這樣可使鋼鐵廠內(nèi)不裝或少裝價格昂貴的專用無功補(bǔ)償裝置，但要發(fā)揮自備電廠發(fā)電機(jī)作為無功補(bǔ)償?shù)淖饔?，也需要不少的投資。這里通過簡單的調(diào)頻和高壓來實(shí)現(xiàn)對無功沖擊負(fù)荷的補(bǔ)償?shù)姆椒??？梢詼p少投資又可以提高經(jīng)濟(jì)效益，一舉兩得。

關(guān)鍵詞：有功和無功沖擊負(fù)荷；調(diào)頻和高壓；效率；功率因數(shù)

當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率將減少（發(fā)電機(jī)電勢是按勵磁接線的不同，隨著頻率的平方或三次方成正比例變化），用戶需要的無功功率將增加，當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時，發(fā)電機(jī)的無功功率將增加，用戶需要的無功功率將減少，系統(tǒng)電壓降上升，但由于發(fā)電機(jī)的自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的作用，又阻止了電壓的上升，發(fā)電機(jī)的無功輸出功率，最終因頻率上升而減少、因此在系統(tǒng)無功功率不足，而有功功率有備用時，可采用提高頻率的方法來減少無功功率的缺額。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，沖擊無功與沖擊有功是相伴隨著出現(xiàn)的，當(dāng)需要自備電廠發(fā)電機(jī)承擔(dān)沖擊無功的同時，也需要承擔(dān)沖擊有功，對發(fā)電機(jī)的能力如何使用，需統(tǒng)一考慮后作出安排。

電力系統(tǒng)調(diào)頻

電力系統(tǒng)調(diào)頻實(shí)質(zhì)是正常運(yùn)行有功功率的平衡問題，由于電力系統(tǒng)有功分量是經(jīng)常變化的，要保持系統(tǒng)的頻率為額定值，就必須使發(fā)送的功率不斷地追蹤負(fù)荷的變動，隨時保持系統(tǒng)的有功功率平衡。

A 調(diào)差系數(shù)

自動調(diào)頻器的調(diào)差系數(shù)為 。

式中 Ks——有差調(diào)頻器的調(diào)差系數(shù)；

——機(jī)組無載時的頻率。Hz；

——機(jī)組滿載時的頻率，Hz；

當(dāng) 時， ，調(diào)差系數(shù)為正；

當(dāng) 時， ，調(diào)差系數(shù)為負(fù)；

當(dāng) 時， ，調(diào)差系數(shù)為零。

調(diào)差系數(shù)為零或為負(fù)的調(diào)頻器是不能并聯(lián)運(yùn)行的，調(diào)差系數(shù)為正的調(diào)頻器并聯(lián)工作時，有功負(fù)荷分配與調(diào)差系數(shù)的大愛小成反比。

B有差調(diào)頻器

有差調(diào)頻器的穩(wěn)定工作特性用下式表示

式中 ——調(diào)頻結(jié)束時系統(tǒng)頻率的增量， ，Hz；

——調(diào)頻機(jī)組有功功率的增量，KW。

當(dāng)發(fā)電機(jī)工作在點(diǎn)1，對應(yīng)的系統(tǒng)頻率為 ，發(fā)電機(jī)功率為 ，此時

如果系統(tǒng)負(fù)荷增加，系統(tǒng)頻率低于 ，公式左端出現(xiàn)了負(fù)值，破壞了原有的平衡狀態(tài)，調(diào)頻器進(jìn)行了調(diào)整，使 獲得新的正值，

發(fā)電機(jī)穩(wěn)定在新的穩(wěn)定工作點(diǎn)2，該點(diǎn)的系統(tǒng)頻率為 （低于 ），發(fā)電機(jī)功率為 （大于 ）或 又重新得以滿足。有差調(diào)頻器的調(diào)頻特性

有差調(diào)頻的又缺點(diǎn)：

（1）各調(diào)頻機(jī)組同時參加調(diào)頻，無先后之分，調(diào)頻器同時動作，可以在機(jī)組間均衡分擔(dān)計劃外負(fù)荷，充分利用調(diào)頻容量。

（2）計劃外負(fù)荷在調(diào)頻機(jī)組間按比例分配要改變各機(jī)組間調(diào)頻容量的分配比例，可以通過改變調(diào)差系數(shù)來實(shí)現(xiàn)，負(fù)荷分配可以控制，只是有差調(diào)節(jié)器最大的優(yōu)點(diǎn)。

（3）有差調(diào)節(jié)器的缺點(diǎn)是，負(fù)荷增量越大，頻率的偏差值越大，并且使用有差調(diào)頻器需要人工不斷進(jìn)行校正，以減少頻率穩(wěn)定值的偏差，是一種半自動的調(diào)頻方式，汽輪機(jī)的調(diào)速器就是有差調(diào)節(jié)器。

C無差調(diào)頻器

為了克服有差調(diào)頻器的缺點(diǎn)，采用無差調(diào)頻器，調(diào)節(jié)方程式為

無差調(diào)頻器只在一臺主要調(diào)頻機(jī)上使用無差調(diào)頻器，其余發(fā)電機(jī)上只裝功率分配器，這種調(diào)頻方法稱主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法。其調(diào)節(jié)方程組為

（主導(dǎo)發(fā)電機(jī)）

（發(fā)電機(jī)2）

... …

（發(fā)電機(jī)n）

調(diào)頻時主導(dǎo)發(fā)電機(jī)先進(jìn)行調(diào)頻，出現(xiàn)新的 ，然后其余發(fā)電機(jī)對各自的有功輸出功率進(jìn)行調(diào)整，出現(xiàn)了成組調(diào)頻狀態(tài)，調(diào)頻過程一直進(jìn)行到不出現(xiàn) 且 時為止。

無差調(diào)頻器主要缺點(diǎn)是：各機(jī)組在調(diào)頻過程中有先后，不同時，導(dǎo)致調(diào)頻容量不能充分利用，使調(diào)整過程緩慢。

電力系統(tǒng)調(diào)壓

在無功功率不足時，會引起系統(tǒng)電壓下降，因此要保證電壓質(zhì)量，必須保證無功功率平衡，設(shè)全系統(tǒng)無功電源為 ，全系統(tǒng)無功負(fù)荷為 ，總的無功平衡為

當(dāng) 時，說明無功電源大于無功負(fù)荷，總的無功功率能夠平衡，可保證電壓質(zhì)量。

時，無功功率不足，引起電壓下降，此時要采取措施，裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備。

發(fā)電機(jī)作為無功功率源，可利用發(fā)電機(jī)的P～Q曲線調(diào)壓。

OA表示發(fā)電機(jī)在額定功率因數(shù)及額定電壓時的容量 。

當(dāng)發(fā)電機(jī)在BD段運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)無功輸出功率受轉(zhuǎn)子電流的限制，但可用降低有功輸出功率以增加無功輸出功率的辦法調(diào)壓。對汽輪發(fā)電機(jī)，當(dāng)有功功率降至極限值時，發(fā)電機(jī)無功輸出功率約為70～80% ，利用發(fā)電機(jī)的P-Q曲線調(diào)壓只有在發(fā)電機(jī)的有功輸出功率未發(fā)滿時效果較大。P～Q曲線圖

在工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)中，低負(fù)荷運(yùn)行時，可能出現(xiàn)因無功功率的需要量減少，而無功功率供給量過剩使電壓升高，為了吸取多余的無功和調(diào)節(jié)電壓，發(fā)電機(jī)此時發(fā)出有功而吸收無功，因此可以降低系統(tǒng)電壓。由于進(jìn)相運(yùn)行對靜態(tài)穩(wěn)定和端部發(fā)熱有不良影響，“發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程”對其限制較嚴(yán)，要求在自動電壓調(diào)整器時，可容許短時在cos 為0.95～1的進(jìn)相范圍內(nèi)運(yùn)行。

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