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无功补偿在发电厂厂用电系统中的应用保定巴方电力电子有限公司

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无功补偿在发电厂厂用电系统中的应用

1 引言

在电力需求持续稳定增长的行业背景下，电力体制改革是影响行业未来发展的最大变数，它将

导致电力行业出现大规模的资产重组和优胜劣汰。电力体制改革的目的是促进电力工业发展，提高电力

运行效率，实现资源的优化配置。并非单纯的打断垄断和降低电价。

目前电力体制改革的重点是“厂网分离，竞价上网”。厂网分离是指发电企业与电网企业分离，即

发电和输配电分离，这是打破垂直垄断的第一步。竞价上网是指发电企业的上网电价由竞争产生，是从

发电环节引入市场竞争的机制。

进入市场后机组的负荷调度是根据发电公司自身的报价结合市场需求来决定的，因此，发电企业对

自身所处的内、外部竞争环境和影响盈利的因素要作一个全方位的分析。　

发电企业在面对电力市场的激烈竞争时，只有通过降低发电成本，提高机组可靠性，提高机组竞争

力才是竞价上网的基础。　

2 问题分析和解决方案　

在不影响系统稳定性的前提下，如何提高自身的经济效益是发电厂关注的首要问题。对发电厂的厂

用电系统综合分析，发现有以下问题：现代发电厂的厂用电量占发电总量的 5%~10%，相当于一个大型企

业的年度用电量；厂用电动机需要消耗大量的无功，厂用电系统内的无功电流加大了线路的损耗和设备

的发热。　

针对上述问题，提出在发电厂的厂用电系统中采用无功补偿，即主要采用厂用电动机就地无功补偿和

配电室集中补偿技术，对厂用电系统长时间运行的、负荷比较稳定的、容量超过 200kW 的高压电动机进行

就地无功补偿，对其他小功率用电设备进行集中补偿，从而提高发电厂的经济效益。现以山东某发电厂的

厂用电系统为例，选择以下的设备进行无功补偿：　

送风机，容量 1080kW 两台；　

吸风机，容量 1430kW 两台；　

一次风机，容量 650kW 两台；　

凝升泵，容量 680kW 两台；　

循环水泵，容量 1600kW 三台；　

电动给水泵，容量 2350kW 一台；　

灰渣泵，容量 570kW 一台；

磨煤机，容量 370kW 四台；　



碎煤机，容量 320kW 两台；　

凝结水泵，容量 315kW 两台；　

空压机，容量 250kW 两台；　

调速油泵，容量 290kW 一台；　

＃7 机输煤皮带，容量 355kW 一台；　

斗轮机，容量 240kW 两台。　

对于补偿容量 QC 的计算，是根据电动机的额定运行状态，按照假设补偿后的功率因数计算 QC。发电

厂中，大部分异步电动机的功率因数 cosφn=0.85，使功率因数由 0.85 提高到 0.95，则

　

得出的 I′0 跟电动机的额定空载电流 I0 进行比较，可以看出投入无功补偿后能否产生自励磁过电

压。　

下面以送风机为例：

送风机的额定空载电流 I0=37.5A，可见 I′0＜I0，不会产生自励磁过电压。因此可取送风机的补偿

容量为 310kVar。　

同理计算出其他设备的补偿容量，得出所选设备的补偿总容量为 5.67MVar。　

上述补偿容量可以保证以下计算过程中母线的功率因数提高为 0.85 的假设成立。同时，无功补偿装

置采用分组投切的静止无功补偿器，可以使母线的功率因数始终保持 0.85 左右。　

3 简单算例　

图 1 为山东某发电厂＃7机组的一个简化图，数据取自 2009 年 3 月 2 日各项参数的平均数。根据这

些数据，对发电厂的厂用电系统加入无功补偿前后的状况进行潮流计算。



发电厂的厂用电系统采用了具有低压分裂绕组的双绕组变压器，额定容量为 40MVA，变比为

18kV/6.3kV/6.3kV，ΔP0=28kW，U(%)=18，ΔP K=238.4kW，I(%)=0.23，得激磁支路的功率为

　

将变压器用两条等值支路表示，则

　

同理，母线 2 的功率因数为　



以上是加入无功补偿前对厂用电系统的计算。在保持负荷的有功功率和厂用电入口处电压 U N 不变的

情况下，对电动机进行就地无功补偿，使两条 6kV 母线上的功率因数皆为 0.85，进行下面的计算：　

　

同理，对 6kV 母线 2 进行相同的计算。得

　

同样，算出加入无功补偿后厂用电入口处的容量为

　

由上面两种不同情况下的计算结果可以看出，加入无功补偿后：　

1)提高了厂用电入口处的功率因数。

未加入无功补偿时：　

加入无功补偿后：



　

功率因数提高了 0.108。　

2)减少了变压器和线路的有功损耗。　

变压器降低的有功损耗为　

线路降低的有功损耗采用无功经济当量 KQ 进行估算，以送风机为例，参见图 2。　

在图 2 中，假设送风机在额定状态下运行，PG1=1080kW，U=6000V， cosφ=0.85，电力电缆为

120mm2 的三心铜电缆，l=1200m，QC 取 310KVar，则无功经济当量为

　

由于送风机的线路在所选取的补偿线路中是折中的,并且考虑母线到分裂变压器的二次侧出口

部分的损耗（母线到分裂变压器二次侧的距离大约为 700m），选取 K　Q=0.008，所以加入无功补偿后线

路降低的有功损耗为

　

由以上计算可以看出，ΔP′跟 QC 成正比，而 QC 的大小跟厂用电的负荷和功率因数有关。厂用

电负荷越大，功率因数越低，则 QC 和 ΔP′就越大。　

根据补偿装置的投资成本，分析采用无功补偿的合理性。　

投资成本主要包括：一次性投资折旧费用，投资回报，运行维修费用。一般来说常用的无功功

率补偿电容器一次投资在 35 元/kVar 左右，电容器的使用寿命按 10 年计算，年折旧率为 10%，投资年利

率按 5%计算，年运行维修率按 1%计算，则投资成本为



　

每年的电能节约费用采用最大损耗时间来计算，厂用电的最大损耗跟发电厂的最大输出功率有

关，所以发电机有功输出 P 最大时，厂用电负荷也最大，有功损耗也最大。据此，实施无功补偿后，厂

用电负荷 SG 达到最大时，降低的有功损耗也最大。

　　

ΔPmax 和 ΔP′max 是厂用电负荷最大时的变压器和线路减少的有功损耗，其值仿照上面对平

均负荷进行计算的步骤得来。　

最大负荷年利用小时　

　　

式中：WA 为＃7 发电机的年发电量；Pmax 为＃7 发电机的最大有功输出。　

根据参考文献［3］中最大负荷损耗小时数 τ 与 Tmax 的关系图表，知道通过线路功率的 Tmax

与 cosφ，可以由表查出 τ 值。　

已知厂用电系统的 cosφ=0.85，根据图表可以查出　

τ=4 600h　　

那么一年的电能节约费用为

　

即无功补偿后至少每年可以给发电厂节约 1.72 万元的费用，可见无功补偿的技术经济效益是十

分理想的。　

回收年限 T　



式中：CQ为电动机就地无功补偿器的价格，元/kVar；　　

C 为每度电的燃料成本价，元/(kW·h);　

QC为无功补偿器的容量，MVar；　

ΔA 为年节电量，MW·h；

5%和 1%分别为投资年利率和无功补偿装置的运行维修费用。即用大约 5 年时间，发电厂就可收回投资

成本并长期受益。

根据以上数据计算和理论分析，可以看出，在发电厂的厂用电系统中加入无功补偿，能够对发电厂起

到降损增益的作用。而且根据无功补偿在厂用电系统中的效益分析，可以看出每年节省的费用是较为可观

的。由此可见，这是个一次投资长期受益的项目。　　

我公司无功补偿产品已经在山东东平热电等多个电厂成功运行，为发电企业的节能降耗工作做出了巨

大贡献，企业自身也获得了良好的经济效益。

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