1  引言

發電廠廠用電量是電廠能耗的重要組成部分,隨著電力係統“廠網分離，競價上網”這項改革的不斷深入,如何提高經濟效益已經成為發電廠關注的首要問題。

現代發電廠的廠用電量占發電總量的5%_~10%，xiangdangyuyigedaxingqiyedenianduyongdianliang，changyongdiandongjixuyaoxiaohaodaliangdewugong，changyongdianxitongneidewugongdianliuhuidaozhixianlusunhaoheshebeifare，zhanyongshebeirongliang，shichangyongdianxiaolvjiaodidezhuyaoyuanyin；lingwai
，youyudaliangfengjishuibengdengshebeideyingyong，daliangbianpinqishebeihedianchuchenshebeizhengliuchuxiandexiebodianliuzhurudaochangyongdianxitongzhong
，geiyongdianshebeidekekaoyunxingdailaidaliangyinhuan
，suoyi，duibianpinqijizhongpeixian（如空冷島）並對電除塵線路進行綜合電能質量治理已經成為保障發電廠廠用電可靠性和提升用電效率的有效方式。

2  發電廠存在的無功功率、諧波的問題

發電廠主要的用電設備為送風機、吸風機、凝升泵、循環水泵、電動給水泵、磨煤機
、碎煤機
、凝結水泵、空壓機和輸煤機等設備，除部分設備因為工藝要求加裝了變頻調速設備外,qitajunweiganyingdianjileifuzai，zaigongzuoguochengzhongxiaohaodaliangyougonggonglvdetongshi
，yexiaohaoledaliangdewugonggonglv，shebeizirangonglvyinshudixia
，qizhongzuididegonglvyinshukenengdadao0.2～0.3（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，尤其以配電係統就地補償最為高效，用來提高廠用電係統的功率因數。

大量空壓機、風機、水(shui)泵(beng)應(ying)用(yong)於(yu)廠(chang)用(yong)電(dian)部(bu)分(fen)
，考(kao)慮(lv)到(dao)節(jie)能(neng)降(jiang)耗(hao)的(de)需(xu)要(yao)安(an)裝(zhuang)了(le)大(da)量(liang)變(bian)調(tiao)速(su)裝(zhuang)置(zhi)，尤(you)其(qi)是(shi)空(kong)冷(leng)島(dao)係(xi)統(tong)中(zhong)集(ji)中(zhong)使(shi)用(yong)了(le)很(hen)多(duo)打(da)工(gong)率(lv)變(bian)頻(pin)器(qi)，由(you)於(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)輸(shu)入(ru)的(de)整(zheng)流(liu)特(te)性(xing)
，在(zai)工(gong)作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)的(de)產(chan)生(sheng)了(le)大(da)量(liang)的(de)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)，諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)的(de)注(zhu)入(ru)為(wei)係(xi)統(tong)中(zhong)電(dian)機(ji)
、變壓器、輸電線路等設備的安全運行帶來了隱患。

電dian除chu塵chen部bu分fen為wei廠chang用yong電dian主zhu要yao的de電dian能neng消xiao耗hao負fu載zai之zhi一yi，由you於yu電dian除chu塵chen為wei兩liang相xiang整zheng流liu，且qie根gen據ju工gong況kuang需xu要yao快kuai速su變bian化hua的de負fu載zai特te性xing
，產chan生sheng的de大da量liang快kuai速su變bian化hua的de無wu功gong和he諧xie波bo分fen量liang
，典dian型xing的de電dian流liu諧xie波bo畸ji變bian率lv約yue30%～40%,無功功率含量過高帶來功率因數嚴重偏低
，約為0.75，為電除塵設備和配置的變壓器的安全運行帶來巨大隱患，圖1和圖2為在新疆某發電廠測試的電除塵電能質量數據。

圖1 電除塵設備工作工程中電流變化及電流畸變率數據

(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變化曲線圖

(藍色波形為功率數據，紫色波形為功率因數趨勢圖)

3  發電廠進行無功功率補償及諧波治理的必要性

首先

，《電力係統電壓及無功電力技術導則》規定：在規劃
、shejidianlixitongshi，bixubaokuowugongdianyuanjiwugongbuchangsheshideguihua。zaifadianchanghebiandiansuoshejizhong
，yinggenjudianlixitongguihuashejideyaoqiu，tongshijinxingwugongdianyuanjiwugongbuchangsheshidesheji。

其(qi)次(ci)，電(dian)廠(chang)中(zhong)大(da)量(liang)電(dian)機(ji)類(lei)負(fu)載(zai)和(he)部(bu)分(fen)非(fei)線(xian)性(xing)負(fu)載(zai)使(shi)得(de)用(yong)電(dian)網(wang)絡(luo)中(zhong)含(han)有(you)很(hen)大(da)的(de)無(wu)功(gong)電(dian)流(liu)分(fen)量(liang)，無(wu)功(gong)電(dian)流(liu)的(de)存(cun)在(zai)使(shi)得(de)大(da)量(liang)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)存(cun)在(zai)於(yu)電(dian)網(wang)中(zhong)，發(fa)電(dian)機(ji)在(zai)發(fa)出(chu)有(you)功(gong)功(gong)率(lv)的(de)同(tong)時(shi)必(bi)須(xu)發(fa)出(chu)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)，導(dao)致(zhi)發(fa)電(dian)機(ji)發(fa)電(dian)功(gong)率(lv)較(jiao)低(di)，影(ying)響(xiang)生(sheng)產(chan)產(chan)能(neng)
；大量無功電流的存在使係統視在電流嚴重增加，變壓器、電纜
、斷路器等配電設備發熱嚴重，設備老化加劇；無功功率大量存在會造成有用能源的浪費；衝擊性的無功負荷更會引起電壓波動

，導致大量風機
、水泵類負載的使用效率降低
，影響係統的有效運行

；引起三相不平衡，加劇電機額外發熱，使設備過早老化。

最後，電除塵車間、空壓站、空冷島由於采用大量的非線性（電除塵和變頻器）負載，產生了大量的諧波，嚴重超過國標允許值，使係統中用電設備不能持續安全運行：電除塵車間的大量諧波含量導致電除塵設備故障率高，維護成本巨大，造成罰款隱患；xiebodianliuzaochengyongdianshebeichanshengjiaodadesunhao
，daliangxiebochanshengdejifuxiaoyingshidedianlixianlandeyouxiaoshiyongxianjingdadajianshao
，zaochengfareyanzhong
，shidejueyuanguozaolaohua，genghuandianlanzaochengyidingdetingchansunshi；

圖3 某電廠電除塵設備由於諧波含量太高損壞圖

諧波引起的損耗相對來講比較複雜，考慮集膚效應下各次諧波電阻值與基波電阻值的如下關係：（式中，為導體中n次諧波電流所對應的電阻值，n為諧波次數），導體產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

，為第n次諧波含油量
，
、為指數，不同設備、不同含義的附加損耗指數不同。

從(cong)以(yi)上(shang)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)，諧(xie)波(bo)引(yin)起(qi)的(de)附(fu)加(jia)損(sun)耗(hao)，尤(you)其(qi)是(shi)表(biao)現(xian)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)鐵(tie)心(xin)損(sun)耗(hao)上(shang)

，與(yu)諧(xie)波(bo)次(ci)數(shu)的(de)平(ping)方(fang)成(cheng)正(zheng)比(bi)，我(wo)們(men)看(kan)到(dao)此(ci)處(chu)出(chu)現(xian)了(le)四(si)次(ci)集(ji)膚(fu)效(xiao)應(ying)，重(zhong)複(fu)集(ji)膚(fu)效(xiao)應(ying)帶(dai)來(lai)的(de)附(fu)加(jia)損(sun)耗(hao)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)出(chu)正(zheng)常(chang)導(dao)體(ti)出(chu)現(xian)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)時(shi)的(de)損(sun)耗(hao)。

此外，諧波電壓產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、變頻器等設備出現輸入整流管擊穿現象，影響廠用電係統的安全運行；諧波的大量存在還會影響廠內無線通訊係統

，導監測數據丟失或錯誤

，使得智能監控設備不能有效持續運行。

4 發電廠采用台達SVG\APF進行無功功率補償及諧波治理可行性分析

表2 發電廠采用SVG\APF進行無功功率補償及諧波治理可行性分析

5 台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量產品配置方案（以單台廠高變為例）

表3 諧波治理具體實施方案 

6  台達方案實施後經濟效益分析

6.1無功功率過大及諧波嚴重超標造成的直接經濟損失

6.1.1無功功率過大影響發電機效率

一般廠用電約占發電總容量的3%~10%
，而廠用電設備越先進

，廠用電容量占比越小，所以以廠用電比例5%來計算
、假設電廠容量為兩個660MW機組，則廠用電容量約為660MVA×2×5%=66MVA，廠用電部分功率因數為0.7時，需要發電機供給的無功功率約為47.13Mvar，此時發電機輸出的有功功率為：
；當廠用電部分功率因數為0.95時，需要發電機供給的無功功率約為20.61Mvar

，此時發電機輸出的有功功率為：。廠用電部分功率因數為0.95時發電機多發出的有功容量比發電廠廠用電部分功率因數為0.7時多；

6.1.2 無功功率和諧波電流的直接有功損耗

    在zai工gong業ye領ling域yu中zhong，大da量liang的de用yong電dian設she備bei屬shu於yu阻zu感gan性xing設she備bei，這zhe些xie電dian氣qi設she備bei在zai工gong作zuo過guo程cheng中zhong，既ji要yao消xiao耗hao大da量liang的de有you功gong功gong率lv，同tong時shi還hai要yao消xiao耗hao大da量liang的de無wu功gong功gong率lv。為wei了le保bao證zheng電dian氣qi設she備bei的de正zheng常chang運yun行xing，必bi須xu滿man足zu其qi對dui有you功gong和he無wu功gong功gong率lv的de需xu求qiu。但dan是shi如ru果guo這zhe部bu分fen無wu功gong功gong率lv都dou由you發fa電dian機ji通tong過guo輸shu電dian線xian路lu進jin行xing供gong給gei的de話hua，一yi方fang麵mian造zao成cheng發fa電dian和he輸shu
、變電設備容量的浪費，另一方麵大量的無功功率在網絡中傳輸也要造成有功功率的損耗（如下式）：

因此，需要對用電設備的無功功率進行就近補償。補償後
，無功功率造成的線路損耗將大為減小（如下式）：

    補償後線路的電流減少，從而降低了線路損耗，又稱為焦耳損耗
，電網的焦爾損失與1/COSф2成正比
，因此提高電網的功率因數，做到發電機少向廠用電或不向廠用電側輸送無功電力
，會減少電網線損△P1以及變壓器銅損△Pd

，達到節能的目的。線損的計算較複雜，根據有關資料指出，我國電網平均線損LP為用電容量的10％左右（見《電網線損的理論計算與分析》水電出版社
，1985），若采用動態無功補償裝置SVG，無功線損可大大降低

，因此進行無功功率補償是節能降耗的重要手段。補償後線路損耗降低的百分值大約為：

大為減小（如下式）：

6.2功率因數太低和諧波含量嚴重超標造成的間接經濟損失

無功功率和諧波電流引起的電壓波動會使係統中各種風機水泵的運行效率降低；因yin為wei電dian機ji的de勵li磁ci回hui路lu出chu現xian了le大da量liang的de負fu序xu諧xie波bo，從cong而er產chan生sheng反fan相xiang的de電dian機ji轉zhuan矩ju，影ying響xiang風feng機ji水shui泵beng的de運yun行xing效xiao率lv，而er且qie大da量liang無wu功gong電dian流liu引yin起qi的de電dian壓ya下xia降jiang使shi電dian機ji運yun行xing效xiao率lv降jiang低di更geng為wei加jia劇ju
，使shi設she備bei投tou資zi事shi倍bei功gong半ban；大量諧波含量造成的係統幹擾、衝擊繼電設備保護極限值，導致設備誤動作，造成局部生產工段存在停產隱患，給發電廠帶來停產損失；在大量無功功率和諧波電流存在的係統中，變壓器流過的電流為有功電流


、無wu功gong電dian流liu和he諧xie波bo電dian流liu的de矢shi量liang和he，而er無wu功gong電dian流liu和he諧xie波bo電dian流liu含han量liang過guo大da會hui導dao致zhi變bian壓ya器qi額e定ding輸shu出chu的de有you功gong電dian流liu能neng力li大da大da降jiang低di
，從cong而er造zao成cheng變bian壓ya器qi容rong量liang浪lang費fei，進jin行xing諧xie波bo抑yi製zhi和he無wu功gong補bu償chang後hou
，提ti高gao了le變bian壓ya器qi帶dai載zai容rong量liang，變bian壓ya器qi的de出chu力li一yi般ban提ti高gao25%～40%，增加了變壓器有功輸出，實現增產效益。而且諧波環境下各種用電設備使用壽命降低，尤其是電機類設備發熱老化嚴重
、變頻調速裝置輸入級過高的諧波電壓峰值擊穿損壞
，造成設備維護量大。

作者簡介：

梁錄平
，出生於1984年，畢業於西安工業大學
，自動化專業，現任台達集團--中(zhong)達(da)電(dian)通(tong)股(gu)份(fen)有(you)限(xian)公(gong)司(si)機(ji)電(dian)事(shi)業(ye)部(bu)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)產(chan)品(pin)處(chu)高(gao)級(ji)應(ying)用(yong)工(gong)程(cheng)師(shi)，主(zhu)要(yao)從(cong)事(shi)工(gong)業(ye)現(xian)場(chang)的(de)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)問(wen)題(ti)探(tan)索(suo)和(he)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)產(chan)品(pin)在(zai)各(ge)種(zhong)工(gong)業(ye)現(xian)場(chang)的(de)應(ying)用(yong)工(gong)作(zuo)。