【摘要】通過本文介紹了火電廠自用電系統(tǒng)中存在的電能質(zhì)量問題，給出了臺達有源型電能質(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)定可靠運行，提高電廠運營經(jīng)濟性。

【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，競價上網(wǎng)”這項改革的不斷深入,如何提高經(jīng)濟效益已經(jīng)成為發(fā)電廠關(guān)注的首要問題。

現(xiàn)代發(fā)電廠的廠用電量占發(fā)電總量的5%~10%，相當于一個大型企業(yè)的年度用電量，廠用電動機需要消耗大量的無功，廠用電系統(tǒng)內(nèi)的無功電流會導(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，由于大量風機水泵等設(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)備的可靠運行帶來大量隱患，所以，對變頻器集中配線（如空冷島）并對電除塵線路進行綜合電能質(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)電廠存在的無功功率、諧波的問題

發(fā)電廠主要的用電設(shè)備為送風機、吸風機、凝升泵、循環(huán)水泵、電動給水泵、磨煤機、碎煤機、凝結(jié)水泵、空壓機和輸煤機等設(shè)備，除部分設(shè)備因為工藝要求加裝了變頻調(diào)速設(shè)備外,其它均為感應(yīng)電機類負載，在工作過程中消耗大量有功功率的同時，也消耗了大量的無功功率，設(shè)備自然功率因數(shù)低下，其中最低的功率因數(shù)可能達到0.2～0.3（異步電動機輕載運行時），正常工作過程中的功率因為也僅為0.7～0.9，所以廠用電一般均配有無功補償裝置進行無功補償，尤其以配電系統(tǒng)就地補償最為高效，用來提高廠用電系統(tǒng)的功率因數(shù)。

大量空壓機、風機、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、變壓器、輸電線路等設(shè)備的安全運行帶來了隱患。

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

(藍色波形為功率數(shù)據(jù)，紫色波形為功率因數(shù)趨勢圖)

3  發(fā)電廠進行無功功率補償及諧波治理的必要性

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

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

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）負載，產(chǎn)生了大量的諧波，嚴重超過國標允許值，使系統(tǒng)中用電設(shè)備不能持續(xù)安全運行：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)熱嚴重，使得絕緣過早老化，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來講比較復(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)帶來的附加損耗遠遠高出正常導(dǎo)體出現(xiàn)諧波電流時的損耗。

此外，諧波電壓產(chǎn)生的電壓尖峰使得廠用電部分的風機、水泵等電機類負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)的安全運行；諧波的大量存在還會影響廠內(nèi)無線通訊系統(tǒng)，導(dǎo)監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失或錯誤，使得智能監(jiān)控設(shè)備不能有效持續(xù)運行。

4   發(fā)電廠采用臺達SVG\APF進行無功功率補償及諧波治理可行性分析

表2 發(fā)電廠采用SVG\APF進行無功功率補償及諧波治理可行性分析

5  臺達火電廠無功功率補償及治理的方案

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