厂用电运行电压调整对降低厂用电率的影响如何降低电压
文摘:分析了厂用电调压对电机效率的影响，提出了电厂节能降耗的新措施。关键词:电机损耗，工作电压，厂用电消耗率
0简介
发电厂80%以上的厂用电由电机消耗。提高电机效率对于降低厂用电率具有决定性的意义。有许多方法可以提高电动机的效率并降低其损耗。下面重点介绍厂用电调压对电机效率的影响。
1辅助电源工作电压调整范围
各级厂用母线电压的允许偏差值取决于每条母线所接负荷的性质，一般为额定电压的5%。电机厂家一般保证额定电压在-10%至+10%范围内变化，其电机的额定输出保持不变。运行规程要求正常运行时，6KV电压在5%以内，380V电压在-5%至+10%以内。由于辅助负荷主要是电动机负荷，在规定电压范围内的电压变化不会引起电动机出力的变化和机组工况的大幅度变化。
2电机损耗分析
电机的综合功率损耗包括有功损耗和无功等效损耗。
∑?P C =？P+K Q Q = P FE+P CU 1+P CU 2+P FJ+K Q Q
其中包括:
△P有功损耗P铁定子铁损P CU1定子铜损P CU2转子铜损P FJ附加损耗K Q无功经济当量Q无功功率
一般各种损耗占功率损耗的20%-25%，定子铁损的35%-40%，转子铜损的20%-25%，附加损耗的15%-35%。
3电压变化对电机运行的影响
电机运行电压为U，电机铭牌额定电压为Ue。当u > UE时，电机中的磁通量φ会增加。由于电机磁路饱和，在磁通增加不多的情况下，励磁电流会大大增加。另一方面，电机的电磁转矩会与电压u的平方成正比增加，当负载转矩不变时，转差率S会减小，转子电流也会减小。因为在额定负荷范围内运行时，滑移率很小，由于滑移率的降低，
定子电流的减少小于励磁电流的增加。结果，定子电流上升，电机的功率因数下降。因此，当u > UE时，不仅铁损增加，定子绕组的铜损也增加，可能使定子绕组发热超过允许值。
当u < UE时，励磁电流因磁通φ减小而减小，电机励磁电流因电机磁路饱和而略有减小。另一方面，电机的电磁转矩将与电压U的平方成正比下降，负载转矩将保持不变。比如在输出额定功率的情况下，电磁转矩的降低会使转差率S增加更多，这肯定会导致转子电流大大增加，直到电机产生的电磁转矩和负载转矩达到平衡。如果电压下降太多，转差率增加引起的转子电流和定子电流的增加将大于励磁电流的减少。因此，电机的转子和定子电流将超过允许值。虽然铁耗会因为磁通的减少而减少，但铜耗会随着电流的平方成正比增加，所以总损耗会增加，电机会过热。
下面详细分析电压调整对电机各种损耗的影响。为了分析方便，用足迹1和2表示电压从U1下降到U2时电机的运行参数。
3.1定子铁损
一般认为电机定子铁损P FE与电压的平方成正比。当额定电压下的铁损为P FEe时，不同电压下的损耗如下:
△P FE =PFEe (U12-U 22)
但当电压高于额定值时，由于铁芯的饱和，上述公式将不再使用。在额定电压以上的范围内，各种电机的铁损与电压的关系不同，有四次关系和2.5次方关系，电压高于额定电压时铁损明显增大。
3.2定子铜损
定子铜损与定子电流的平方成正比。
△P Cu 1 = PCU 1e(I 12-I22)
一般认为，随着电压的降低，电机的电流会增大，所以铜损也会增大。事实上，这种关系只适用于负载固定的电机。实际上，当电压下降时，电机转速下降，机械轴功率下降，励磁无功电流下降，使定子电流没有明显增加；对于某些辅助电机，当电压降低时，定子电流会同步降低。
3.3转子铜损
转子的铜损与电机的轴功率和转差率成正比。
△P CU2=Pe K (S1 - S2)
其中Pe为电机的额定功率，K为负载率，S1和S2为电机的转差率。由于电压降低，S1- S2为负，即电压降低时转子铜损增加。
3.4额外损失
电机的附加损耗分为空载附加损耗和短路附加损耗。短路附加损耗一般为额定功率的0.5%，当负载偏离额定值时，与定子电流的平方成正比。
3.5无功等效损耗
如果电源电压超过规定范围，也会对功率因数产生很大影响。当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率会迅速增加。据统计，供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功功率会增加35%左右。当电源电压低于额定值时，无功功率也相应降低，从而提高了它们的功率因数。当电压降低时，电动机所需的无功功率降低，无功等效损耗也降低，相当于降低了发电机的能耗。无功经济当量KQ的单位为Kw/Kvar，发电厂的高压厂用变压器一般直接与发电机母线相连，所以KQ一般为2%-4%。
在允许的电压范围内，可以通过降低电机的电压水平来降低固定损耗，最终降低厂用电率。理论研究表明，当电机负载率高于75%时，电机的效率随着电压的升高而不断提高，当电机负载率低于75%时，电机的效率随着电压的降低而不断提高，功率因数也随之提高，同时无功损耗也随之降低。因此，6KV电厂应采用反向调压运行，即6KV电压在负荷高时升高，负荷低时降低。当机组低负荷运行时，占厂用电很大比例的6台风机的负荷率都很低。当电压下降时，电机的转差率增加，风扇的转速降低，风扇的效率得到一定程度的提高，因此电压下降对它们的功耗有明显的影响。但过分降低电压会造成转子电流增大，定子和转子的铜耗增加，厂用电率反而增加，而且电压低还会造成部分辅机运行不稳定。因此，厂用电运行中的电压调整是否合理，对保证机组的安全运行和经济运行起着重要的作用。
4现场测试分析
对一台600MW机组进行了现场试验。6KV高压厂用母线的电压可通过调节高压厂用变压器的有载分接开关或发电机的端电压来改变。现场试验分为两部分:单台电动机的有功功率变化和高压厂用变压器的有功功率变化。以下数据来自现场测量。
4.1单电机电压变化测试
一次风机电机为YKK630-4 1800KW，机组有功功率为550MW。可以看出，一次风机的有功功率损耗随着电压的升高而逐渐增大，6.2KV时的有功功率损耗比5.97KV时高38.4KW，详见图1。
图1 500 MW时一次风机功耗与电压的关系
锅炉水泵电机400KW。机组带400MW负荷时，锅炉水泵的功率消耗随着电压下降而逐渐降低，6.29KV时的有功损耗比5.88KV时高31.5KW，详见图2。
图2 400 MW锅炉水泵功耗与电压的关系
机组带300MW负荷时，一次风机功耗随电压下降逐渐降低，6.35KV时有功损耗比6.17KV时高72KW。详情见图3。
图3 300 MW时一次风机功耗与电压的关系
4.2高压厂用变压器的电压变化试验
在三种不同负荷下，机组通过改变发电机端电压来调节6KV母线电压，因此由此引起的高厂变有功功率变化如表1所示:
表1高压变电站有功功率变化
从表1可以看出，当机组负荷为450MW时，高压厂用电电压下降199V时，厂用电减少180V，当负荷为520MW时，高压厂用电电压下降6560 MW时，厂用电减少630KW。即6KV电压下降2.5%，可节约厂用电1.8%，降低厂用电率约0.08%，每千瓦时节约0.27 g标准煤。
5工作电压的合理范围
认为电压越高耗电量越低是不科学的，长时间运行高于电机额定电压的电压是极不经济的。
实践表明，随着电压的降低，主要辅机的功耗同步降低，辅机的功耗也同步降低。电压越低，功耗越小。为保证400V端电压不会降得太低，可将6KV母线段电压调整到5.9KV左右，这样在不增加投资的情况下，厂用电率可降至0.08%-0.16%，节电效果明显。
有人认为降低6KV的电压会降低辅助电机的运行可靠性，这也是一种不必要的担心。经计算，6KV电压在-5%(5.7KV)运行，最恶劣工况下电泵启动时厂用电压仍为80%Ue左右，满足要求，因为厂用电的设计已经充分考虑了裕度。因此，从安全和经济的角度考虑，机组6KV电压正常运行时，控制在5.9-6.0KV之间运行比通常控制在6.1-6.3KV之间更节能。
随着电网系统对自动调压需求的增加，超大型发电厂逐渐要求使用VC自动调压系统。随着系统电压的波动，辅助母线的电压也会波动。建议高压厂用变压器的有载开关应选择可靠性高的产品，以满足电网对系统电压的要求。同时，在设定AVC自动调节条件时，应综合考虑对辅助系统的影响。发电厂也要从经济运行的角度及时调整厂用母线电压，将高压厂用母线电压尽量运行到下限。建议在5.9KV附近比较合理(对于6KV的厂用电压)，检修时配合调整电源末端低压厂用变压器分接头的位置。