文摘:分析了廠用電調壓對電機效率的影響，提出了電廠節能降耗的新措施。關鍵詞:電機損耗，工作電壓，廠用電消耗率
0簡介
發電廠80%以上的廠用電由電機消耗。提高電機效率對於降低廠用電率具有決定性的意義。有許多方法可以提高電動機的效率並降低其損耗。下面重點介紹廠用電調壓對電機效率的影響。
1輔助電源工作電壓調整範圍
各級廠用母線電壓的允許偏差值取決於每條母線所接負荷的性質，壹般為額定電壓的5%。電機廠家壹般保證額定電壓在-10%至+10%範圍內變化，其電機的額定輸出保持不變。運行規程要求正常運行時，6KV電壓在5%以內，380V電壓在-5%至+10%以內。由於輔助負荷主要是電動機負荷，在規定電壓範圍內的電壓變化不會引起電動機出力的變化和機組工況的大幅度變化。
2電機損耗分析
電機的綜合功率損耗包括有功損耗和無功等效損耗。
∑?P C =？P+K Q Q = P FE+P CU 1+P CU 2+P FJ+K Q Q
其中包括:
△P有功損耗P鐵定子鐵損P CU1定子銅損P CU2轉子銅損P FJ附加損耗K Q無功經濟當量Q無功功率
壹般各種損耗占功率損耗的20%-25%，定子鐵損的35%-40%，轉子銅損的20%-25%，附加損耗的15%-35%。
3電壓變化對電機運行的影響
電機運行電壓為U，電機銘牌額定電壓為Ue。當u > UE時，電機中的磁通量φ會增加。由於電機磁路飽和，在磁通增加不多的情況下，勵磁電流會大大增加。另壹方面，電機的電磁轉矩會與電壓u的平方成正比增加，當負載轉矩不變時，轉差率S會減小，轉子電流也會減小。因為在額定負荷範圍內運行時，滑移率很小，由於滑移率的降低，
定子電流的減少小於勵磁電流的增加。結果，定子電流上升，電機的功率因數下降。因此，當u > UE時，不僅鐵損增加，定子繞組的銅損也增加，可能使定子繞組發熱超過允許值。
當u < UE時，勵磁電流因磁通φ減小而減小，電機勵磁電流因電機磁路飽和而略有減小。另壹方面，電機的電磁轉矩將與電壓U的平方成正比下降，負載轉矩將保持不變。比如在輸出額定功率的情況下，電磁轉矩的降低會使轉差率S增加更多，這肯定會導致轉子電流大大增加，直到電機產生的電磁轉矩和負載轉矩達到平衡。如果電壓下降太多，轉差率增加引起的轉子電流和定子電流的增加將大於勵磁電流的減少。因此，電機的轉子和定子電流將超過允許值。雖然鐵耗會因為磁通的減少而減少，但銅耗會隨著電流的平方成正比增加，所以總損耗會增加，電機會過熱。
下面詳細分析電壓調整對電機各種損耗的影響。為了分析方便，用足跡1和2表示電壓從U1下降到U2時電機的運行參數。
3.1定子鐵損
壹般認為電機定子鐵損P FE與電壓的平方成正比。當額定電壓下的鐵損為P FEe時，不同電壓下的損耗如下:
△P FE =PFEe (U12-U 22)
但當電壓高於額定值時，由於鐵芯的飽和，上述公式將不再使用。在額定電壓以上的範圍內，各種電機的鐵損與電壓的關系不同，有四次關系和2.5次方關系，電壓高於額定電壓時鐵損明顯增大。
3.2定子銅損
定子銅損與定子電流的平方成正比。
△P Cu 1 = PCU 1e(I 12-I22)
壹般認為，隨著電壓的降低，電機的電流會增大，所以銅損也會增大。事實上，這種關系只適用於負載固定的電機。實際上，當電壓下降時，電機轉速下降，機械軸功率下降，勵磁無功電流下降，使定子電流沒有明顯增加；對於某些輔助電機，當電壓降低時，定子電流會同步降低。
3.3轉子銅損
轉子的銅損與電機的軸功率和轉差率成正比。
△P CU2=Pe K (S1 - S2)
其中Pe為電機的額定功率，K為負載率，S1和S2為電機的轉差率。由於電壓降低，S1- S2為負，即電壓降低時轉子銅損增加。
3.4額外損失
電機的附加損耗分為空載附加損耗和短路附加損耗。短路附加損耗壹般為額定功率的0.5%，當負載偏離額定值時，與定子電流的平方成正比。
3.5無功等效損耗
如果電源電壓超過規定範圍，也會對功率因數產生很大影響。當供電電壓高於額定值的10%時，由於磁路飽和的影響，無功功率會迅速增加。據統計，供電電壓為額定值的110%時，壹般工廠的無功功率會增加35%左右。當電源電壓低於額定值時，無功功率也相應降低，從而提高了它們的功率因數。當電壓降低時，電動機所需的無功功率降低，無功等效損耗也降低，相當於降低了發電機的能耗。無功經濟當量KQ的單位為Kw/Kvar，發電廠的高壓廠用變壓器壹般直接與發電機母線相連，所以KQ壹般為2%-4%。
在允許的電壓範圍內，可以通過降低電機的電壓水平來降低固定損耗，最終降低廠用電率。理論研究表明，當電機負載率高於75%時，電機的效率隨著電壓的升高而不斷提高，當電機負載率低於75%時，電機的效率隨著電壓的降低而不斷提高，功率因數也隨之提高，同時無功損耗也隨之降低。因此，6KV電廠應采用反向調壓運行，即6KV電壓在負荷高時升高，負荷低時降低。當機組低負荷運行時，占廠用電很大比例的6臺風機的負荷率都很低。當電壓下降時，電機的轉差率增加，風扇的轉速降低，風扇的效率得到壹定程度的提高，因此電壓下降對它們的功耗有明顯的影響。但過分降低電壓會造成轉子電流增大，定子和轉子的銅耗增加，廠用電率反而增加，而且電壓低還會造成部分輔機運行不穩定。因此，廠用電運行中的電壓調整是否合理，對保證機組的安全運行和經濟運行起著重要的作用。
4現場測試分析
對壹臺600MW機組進行了現場試驗。6KV高壓廠用母線的電壓可通過調節高壓廠用變壓器的有載分接開關或發電機的端電壓來改變。現場試驗分為兩部分:單臺電動機的有功功率變化和高壓廠用變壓器的有功功率變化。以下數據來自現場測量。
4.1單電機電壓變化測試
壹次風機電機為YKK630-4 1800KW，機組有功功率為550MW。可以看出，壹次風機的有功功率損耗隨著電壓的升高而逐漸增大，6.2KV時的有功功率損耗比5.97KV時高38.4KW，詳見圖1。
圖1 500 MW時壹次風機功耗與電壓的關系
鍋爐水泵電機400KW。機組帶400MW負荷時，鍋爐水泵的功率消耗隨著電壓下降而逐漸降低，6.29KV時的有功損耗比5.88KV時高31.5KW，詳見圖2。
圖2 400 MW鍋爐水泵功耗與電壓的關系
機組帶300MW負荷時，壹次風機功耗隨電壓下降逐漸降低，6.35KV時有功損耗比6.17KV時高72KW。詳情見圖3。
圖3 300 MW時壹次風機功耗與電壓的關系
4.2高壓廠用變壓器的電壓變化試驗
在三種不同負荷下，機組通過改變發電機端電壓來調節6KV母線電壓，因此由此引起的高廠變有功功率變化如表1所示:
表1高壓變電站有功功率變化
從表1可以看出，當機組負荷為450MW時，高壓廠用電電壓下降199V時，廠用電減少180V，當負荷為520MW時，高壓廠用電電壓下降6560 MW時，廠用電減少630KW。即6KV電壓下降2.5%，可節約廠用電1.8%，降低廠用電率約0.08%，每千瓦時節約0.27 g標準煤。
5工作電壓的合理範圍
認為電壓越高耗電量越低是不科學的，長時間運行高於電機額定電壓的電壓是極不經濟的。
實踐表明，隨著電壓的降低，主要輔機的功耗同步降低，輔機的功耗也同步降低。電壓越低，功耗越小。為保證400V端電壓不會降得太低，可將6KV母線段電壓調整到5.9KV左右，這樣在不增加投資的情況下，廠用電率可降至0.08%-0.16%，節電效果明顯。
有人認為降低6KV的電壓會降低輔助電機的運行可靠性，這也是壹種不必要的擔心。經計算，6KV電壓在-5%(5.7KV)運行，最惡劣工況下電泵啟動時廠用電壓仍為80%Ue左右，滿足要求，因為廠用電的設計已經充分考慮了裕度。因此，從安全和經濟的角度考慮，機組6KV電壓正常運行時，控制在5.9-6.0KV之間運行比通常控制在6.1-6.3KV之間更節能。
隨著電網系統對自動調壓需求的增加，超大型發電廠逐漸要求使用VC自動調壓系統。隨著系統電壓的波動，輔助母線的電壓也會波動。建議高壓廠用變壓器的有載開關應選擇可靠性高的產品，以滿足電網對系統電壓的要求。同時，在設定AVC自動調節條件時，應綜合考慮對輔助系統的影響。發電廠也要從經濟運行的角度及時調整廠用母線電壓，將高壓廠用母線電壓盡量運行到下限。建議在5.9KV附近比較合理(對於6KV的廠用電壓)，檢修時配合調整電源末端低壓廠用變壓器分接頭的位置。