CN110896222B - 异步发电机的无功补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石化行业电气应用领域，涉及一种中压异步发电机的无功补偿方法。该方法包括：将中压异步发电机并入电网；当所述异步发电机在原动机的带动下由空载运行至额定负载时，接入用于补偿异步发电机无功消耗的第一电容器。采用根据本发明的中压异步发电机的无动补偿方法，能够提高发电系统的稳定性，并且能够最大限度地减少异步发电机投切对系统的影响，充分发挥异步发电机的优势，为其推广应用提供技术保障。

Description

异步发电机的无功补偿方法

技术领域

本发明涉及石化行业电气应用领域，更具体地，涉及一种中压异步发电机的无功补偿方法。

背景技术

发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备，可分为同步发电机和异步发电机。同步发电机是一种最常用的交流发电机，正常运行时，以滞后功率因数运行，在向电网提供有功功率的同时，发出无功功率；而异步发电机在发出有功功率的同时，需要从电网吸收无功功率提供自身所需的励磁。因此虽然异步发电机相比较同步发电机具有并网方便、结构简单、投资低等诸多优点，但由于其在无功补偿方面的缺陷，限制了异步发电机的推广和使用。

近年来石化行业低温余热发电技术逐步推广应用，通过将工艺装置多余热源直接引入发电机组换热，产生高温高压的饱和气体进入膨胀机做功，从而带动发电机发电。由于异步发电机无集电环和碳刷，可靠性高，不受使用场所限制；转子无励磁磁场，不需要电压调节装置，电站设备简化；负荷控制简单，无同步发电机类似的振荡和失步问题，并网操作简单，因此10kV或6kV(即10(6)kV)异步发电机在低温余热发电项目中得到了广泛应用。但由异步发电机使用带来的无功补偿问题，也亟待解决。

目前石油化工企业无功补偿主要采用变电站集中补偿方式，根据所需补偿容量，按照不同电压等级，分组设置并联电力电容器。低压无功补偿装置通过控制功率因数或电压等实现自动投切；而10kV或6kV及以上电容器由于产品质量、投切时产生操作过电压、合闸涌流以及电网谐波放大等因素影响，故障率偏高，且石化生产装置多长期连续运行，用电负荷相对稳定，因此石油化工企业变电站设置的10kV或6kV中压无功补偿成套装置通常采用手动投切。若中压母线段上增加异步发电机，则需额外装设电容器补偿发电机励磁消耗的无功，否则异步发电机将从电网大量吸取无功，导致功率因数大幅降低，系统损耗加大；而切除异步发电机时，则需及时切除无功补偿装置，否则会出现无功补偿过量，引起系统电压升高，严重的导致发热甚至故障。因此，期待开发一种能够减小中压异步发电机投切对系统影响的异步发电机无功补偿方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中压异步发电机的无功补偿方法，该方法适用于中小功率的10kV或6kV异步发电机，通过电容器与异步发电机的配合使用，满足异步发电机直接并网运行的要求。

根据本发明的中压异步发电机的无功补偿方法，包括：

将中压异步发电机并入电网；

当所述异步发电机在原动机的带动下由空载运行至额定负载时，接入用于补偿异步发电机无功消耗的第一电容器。

优选地，所述中压异步发电机为10kV或6kV异步发电机。

优选地，在异步发电机并网之前，使所述异步发电机的转速上升至接近同步转速，以所述同步转速将异步发电机并入电网。

优选地，在异步发电机馈线开关柜与第一电容器馈线开关柜之间设置至少一根联络电缆，在所述异步发电机并入电网后，通过所述联络电缆发送合闸条件信号至所述第一电容器馈线开关柜，以使第一电容器馈线开关柜断路器合闸。

优选地，所述合闸条件信号包括：检测发电机出口断路器的状态常开接点，当所述状态常开接点闭合，异步发电机运行至额定负载时，将所述第一电容器馈线开关柜断路器合闸。

优选地，所述方法还包括通过以下方式解列所述异步发电机：当所述异步发电机转速下降至设定转速以下时，所述异步发电机出口断路器分闸的同时，通过所述联络电缆发送分闸条件信号至第一电容器馈线开关柜，以使第一电容器馈线开关柜断路器分闸。

优选地，所述分闸条件信号包括：检测发电机出口断路器的状态常闭接点以及串联的第一电容器馈线开关柜断路器的状态常开接点，当两个接点均闭合时，所述第一电容器馈线开关柜断路器分闸。

优选地，所述设定转速为原动机的同步转速。

优选地，所述第一电容器直接接入异步发电机所在公用电网母线，所述异步发电机励磁所需无功从电网吸收。

优选地，异步发电机并网母线上还接入第二电容器，用于补偿用电负荷的无功消耗。

优选地，所述第一电容器的容量根据所补偿的异步发电机的容量设置。

优选地，在异步发电机并入电网前，通过低温余热发电机组控制热源调节阀的开度，使膨胀机进气口压力稳定，以保持机组发电功率恒定。

本发明具有以下有益技术效果：

采用根据本发明的中压异步发电机的无动补偿方法，能够提高发电系统的稳定性，并且能够最大限度地减少异步发电机投切对系统的影响，充分发挥异步发电机的优势，为其推广应用提供技术保障。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出根据本发明的示例性实施例的异步发电机的无功补偿方法的流程图；

图2采用本发明无功补偿方法的异步发电机发电系统的结构示意图；

图3为异步发电机并网流程图；

图4为异步发电机停机解列流程图；

图5a和图5b分别为合闸条件信号图解和分闸条件信号图解。

附图标记说明：

10 电网

11 异步发电机

12 用电负荷

13 第一电容器

14 第二电容器

21 联络电缆

22 异步发电机馈线开关柜

23 第一电容器馈线开关柜

24 异步发电机出口断路器

25 第一电容器馈线开关柜断路器

26 第一电容器馈线开关柜断路器的合闸闭锁二次控制回路

27 第一电容器馈线开关柜断路器的分闸二次控制回路

31 发电机出口断路器的状态常开接点

32 发电机出口断路器的状态常闭接点

33 第一电容器馈线开关柜断路器的状态常开接点。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

图1示出根据本发明的示例性实施例的异步发电机的无功补偿方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

S1、将中压异步发电机并入电网；

S2、当所述异步发电机在原动机的带动下由空载运行至额定负载时，接入用于补偿异步发电机无功消耗的第一电容器。

第一电容器可采用固定无功补偿装置，其无功补偿量应根据接入电网的异步发电机的容量，适当大于发电机空载及增加额定负载时励磁所需电容，多发无功可用于改善电网功率因数。

在一个示例中，该中压异步发电机为10kV或6kV异步发电机。

优选地，在异步发电机并网之前，使所述异步发电机的转速上升至接近同步转速，以所述同步转速将异步发电机并入电网。接近同步转速是指此时异步发电机的转差率小于等于5％。本领域技术人员应当理解，转差率的具体值可以根据实际情况具体设定。

在一个示例中，在异步发电机并网前，低温余热发电机组以膨胀机进气口压力为控制目标，控制热源调节阀的开度，待维持到启动时膨胀机进气口压力稳定后，发电机转速平缓上升至接近同步转速，等待并网。

异步发电机并网母线上还接入第二电容器，用于补偿用电负荷的无功消耗。

图2示出了采用本发明无功补偿方法的异步发电机发电系统的结构示意图。如图2所示，在异步发电机11和第一电容器13接入电网后，异步发电机11向电网10发出有功功率，并且异步发电机励磁会从电网消耗无功功率；第一电容器13向电网10发出无功功率，以补偿异步发电机11所消耗的无功功率。同时，用电电荷12消耗电网10的有功功率和无功功率，第二电容器14用于补偿用电电荷12消耗的无功功率。

在异步发电机馈线开关柜22与第一电容器馈线开关柜23之间设置至少一根联络电缆21，以将异步发电机出口断路器24的状态信号发送给第一电容器馈线开关柜23，作为启动第一电容器馈线开关柜断路器25合闸的联锁条件。

例如，在异步发电机并入电网后，通过联络电缆21发送合闸信号至第一电容器馈线开关柜23，以使第一电容器馈线开关柜断路器25合闸。

异步发电机的并网流程如图3所示。在电气准备就绪以及工艺准备就绪的情况下，待热源进入膨胀机做功，原动机带动异步发电机升速至同步转速后，控制系统发出并网命令，操作异步发电机出口断路器合闸；若并网成功，异步发电机将继续在原动机的拖动下，逐步由空载运行至额定负载，此时将第一电容器馈线开关柜断路器合闸，投入异步发电机配套的第一电容器，补偿异步发电机励磁所消耗的无功。若并网合闸未成功，则需排除故障后，重新合闸并网，而第一电容器投入操作不变。发电机并网后，发电频率和电压取决于电网，但通过调节热源调节阀开度可调整流体做功，从而调节发电机有功功率输出。

异步发电机从并网到运行至额定负载工况需要一些时间，因此第一电容器通常采用延时手动或自动投入。具体地，可通过以下方式投入第一电容器：在异步发电机馈线开关柜与第一电容器馈线开关柜之间设置至少一根联络电缆，在异步发电机并入电网后，通过所述联络电缆发送合闸条件信号至第一电容器馈线开关柜，以使所述第一电容器馈线开关柜断路器合闸。

在正常工况下，异步发电机停机解列的流程如图4所示。异步发电机正常停机时，控制系统首先关断热源调节阀。在满足设定条件情况下，例如当发电有功功率小于一定值时，执行快速切断阀动作，异步发电机转速下降至同步转速以下，控制系统发出信号分断发电机出口断路器，同时通过联络电缆发送发电机出口断路器的状态信号至第一电容器馈线开关柜，作为启动第一电容器馈线开关柜断路器分闸的联锁条件，同步切除全部配套的第一电容器，停机解列完成。

发电机馈线开关柜与第一电容器馈线开关柜之间的联络电缆为实现异步发电机与专用的第一电容器同步投切提供了先决条件。在本实施例中，联络电缆负责向第一电容器馈线开关柜传送发电机出口断路器的状态信号，参与构成第一电容器馈线开关柜断路器联锁合、分闸条件。

其中，合闸条件采用发电机出口断路器的状态常开接点31，如图5a所示，将该接点信号接至第一电容器馈线开关柜断路器的合闸闭锁二次控制回路26中，只有该接点闭合才允许第一电容器馈线开关柜断路器合闸。

分闸条件采用发电机出口断路器的状态常闭接点32与第一电容器馈线开关柜断路器的状态常开接点33串联而成的接点信号，如图5b所示，将上述两个接点信号接至第一电容器馈线开关柜断路器的分闸二次控制回路27，当这两个接点均闭合时，启动第一电容器馈线开关柜断路器分闸，从而实现异步发电机退出联锁切除第一电容器。

接点信号的类型为无源开关量信号。常开接点是指，断路器断开时，接点打开；断路器闭合时，接点闭合。常闭接点是指，断路器断开时，接点闭合；断路器闭合时，接点打开。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种中压异步发电机的无功补偿方法，应用于石化行业低温余热发电，其特征在于，该方法包括：

将中压异步发电机并入电网；其中，所述中压异步发电机为10kV或6kV异步发电机；

当所述中压异步发电机在原动机的带动下由空载运行至额定负载时，接入用于补偿异步发电机无功消耗的第一电容器；

其中，所述第一电容器直接接入所述中压异步发电机所在公用电网母线，所述中压异步发电机励磁所需无功从电网吸收；

在异步发电机馈线开关柜与第一电容器馈线开关柜之间设置至少一根联络电缆，在所述中压异步发电机并入电网后，通过所述联络电缆发送合闸条件信号至所述第一电容器馈线开关柜，以使第一电容器馈线开关柜断路器合闸。

2.根据权利要求1所述的中压异步发电机的无功补偿方法，其特征在于，在异步发电机并网之前，使所述中压异步发电机的转速上升至接近同步转速，以所述同步转速将所述中压异步发电机并入电网。

3.根据权利要求1所述的中压异步发电机的无功补偿方法，其特征在于，所述合闸条件信号包括：检测发电机出口断路器的状态常开接点，当所述状态常开接点闭合，所述中压异步发电机运行至额定负载时，将所述第一电容器馈线开关柜断路器合闸。

4.根据权利要求1所述的中压异步发电机的无功补偿方法，其特征在于，还包括通过以下方式解列所述中压异步发电机：当所述中压异步发电机转速下降至设定转速以下时，所述中压异步发电机出口断路器分闸的同时，通过所述联络电缆发送分闸条件信号至第一电容器馈线开关柜，以使第一电容器馈线开关柜断路器分闸。

5.根据权利要求4所述的中压异步发电机的无功补偿方法，其特征在于，所述分闸条件信号包括：检测发电机出口断路器的状态常闭接点以及串联的第一电容器馈线开关柜断路器的状态常开接点，当两个接点均闭合时，所述第一电容器馈线开关柜断路器分闸。

6.根据权利要求4所述的中压异步发电机的无功补偿方法，其特征在于，所述设定转速为原动机的同步转速。

7.根据权利要求1所述的中压异步发电机的无功补偿方法，其特征在于，异步发电机并网母线上还接入第二电容器，用于补偿用电负荷的无功消耗。

8.根据权利要求1所述的中压异步发电机的无功补偿方法，其特征在于，所述第一电容器的容量根据所补偿的异步发电机的容量设置。

9.根据权利要求1所述的中压异步发电机的无功补偿方法，其特征在于，在所述中压异步发电机并入电网前，通过低温余热发电机组控制热源调节阀的开度，使膨胀机进气口压力稳定，以保持机组发电功率恒定。

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