![]() 《电机学》一书中详细阐述了调节发电机有功功率和无功功率时两者之间的相互影响,最终得出一个众所周知的结论,即调节无功时,有功不变,调节有功时,无功反方向变化。但是在实际生产过程中,绝大多数机组,在没有人为干预的情况下,调节有功时,无功功率基本不会出现《电机学》理论中所描述的那种规律发生反方向变化的,当然不排除轻微反方向变化以及无功不变的现象出现,但是大多数情况下两者是同方向变化的,即增加有功,无功也增加,减少有功,无功也减少。这种现象引起了不少疑问,在此便详细分析一下实际生产过程中,机组的无功功率到底是如何随着有功功率变化的,为什么会出现与理论书中结论相反的情况。 二.无功变化的理论分析 总之,无论从纯电机的任何一个方面去推论,前提只要励磁电流是恒定不变的,也就是忽略励磁调节器的作用,有功增加时,发电机无功出力就会自动减小,在外界无功用户不变的情况下,则会出现无功缺额,发电机电压会出现下降现象,直到外界用户在电压下降时所耗无功自动减小重新与发电机无功出力达到平衡,电压则会下降到一个新的平衡点稳定运行。反之有功减少时,无功出力会自动增加,在外界无功用户不变的情况下,则会出现无功过剩,发电机电压会出现升高现象,直到外界用户在电压升高时所耗无功自动增加重新与发电机无功出力达到平衡,电压则会升高到一个新的平衡点稳定运行。 (二)考虑励磁调节器的影响: 从纯电机的角度分析完,可以得出一个结论,当发电机励磁恒定时,增加发电机有功,则会使无功功率自动减少,最终发电机电压会适当降低,或者从另外一个新的角度来分析,当发电机有功增大时,发电机定子电流也增大,那么发电机定子绕组的阻抗压降就会增大,最终还是引起了发电机机端电压降低。自动励磁调节器(在此只考虑调节器在自动通道恒电压方式下)是以发电机端电压作为被调量的,也就是说励磁调节器的作用就是要维持机端电压不变,所以由上面分析可知,在机组稳定运行,励磁不变的时候,如果增加有功功率则会使发电机的端电压适当降低,那么此时考虑到励磁调节器的存在,当发电机端电压降低,则会使励磁调节器自动增加励磁来维持机端电压。所以正是由于该调节作用,使得发电机在有功增加时,无功会基本维持不增不减。当然由于纯电机角度的分析因素的作用一般也会呈现略微减少的趋势,但是有时也会略微升高。总之调节器的特性参数不同及外部变工况,所以不是一个固定的规律。但基本上是可以维持有功增加时无功不变的,至少不可能会出现纯电机角度分析结论那种明显规律的反向变化。注,本段分析可参考启停机过程中机组未带厂用电情况下增减有功时无功变化趋势图。 总之,在忽略了调节器特性差别后,我们假设外界条件不变的情况下,可以得出的结论为,调节有功功率时,励磁调节器只能够基本维持无功不变。也不排除轻微增加或者轻微减少的情况,但可以肯定不会明显增加或者明显减少。当然实际情况中要考虑到大量外部因素,无功可能会因外界其它因素而明显变化,下面便具体分析。 (1)外界系统运行方式的变化:比如投切线路的电容效应和投切电抗器等元件都会使整个系统的无功电源及无功用户情况发生变化,最终机组无功功率也会发生不确定的变化。 (2)外界机组出力的变化:同一电网的其它机组加减出力的同时也会影响其无功出力,以及机组的启停,均会导致电网无功的不平衡,系统电压变动,最终也会使机组无功功率发生不确定的变化。 (3)考虑系统功率传输机理:传输有功功率需要无功功率的支撑,所以调节有功时,比如增大有功,此时要在恒定电压下输走更多的有功,那么需要支撑的无功也就更多,如果无功支撑不足,则会引起电压下降,最终也会导致励磁调节器自动增加励磁,具体我们可以对输电系统中的两大元件即输电线路和变压器进行展开分析。根据输电线路自然功率的概念可知,输电线路既因为其电容效应能够发出无功,也因为其存在串联阻抗在输电过程中电流流过线路的串联阻抗又要消耗无功,所以有功越大,线路的电流越大,消耗的无功就越大,特别是输电功率高于自然功率时,线路自身的电容效应所产生的无功已不足以供线路自身所耗无功了,线路则要从系统吸收无功了。根据变压器自身无功损耗公式可知,变压器传输有功的过程中,会消耗大量无功,传输的有功越大,消耗的无功就越大,当变压器传输有功功率达到满载时,其自身消耗的无功可达变压器额定容量的10%~15%。由上述分析可见,当系统中无功出力与无功用户平衡,电压不变的时候,此时若机组增加有功,则会直接导致输电系统传输的有功功率增大,电流增大,那么系统自身在传输有功时消耗的无功也自然增大,所以无功出力与无功用户不再平衡,无功出力已经不能满足无功用户的需要,也就是说出现了无功缺额从而引起电压下降,最终励磁调节器会自动增加励磁来提高机组无功出力使其重新与无功用户达到平衡,维持机端电压。此外在电力系统分析中,考虑了系统静态稳定性,也要在有功增加时适当提高无功,但这主要是从电网稳定方面分析的,对于机组本身,影响甚小,不展开分析。总之,这个因素导致的无功变化基本是可以确定方向的,即机组无功功率基本随着有功功率的增加而增加,反之同理。注,本段分析可参考有功增加时主变压器输出无功变化趋势图。 |
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