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[摘 要]电力能源是社会生活的基础，随着社会的发展，用电量也不断提升，因此中国一些大型发电站的数量也持续增加，特别是新能源发电发展迅猛，电力对于工业化来说，是现代工业的最基础能源动力，为了确保发电厂的稳定运行，必须对电厂的发电状态与设备进行更加精心的维护，加强发电厂运行过程监控。对于影响发电厂的各种因素掌握清楚，本文从功率因数的特性论述了低功率因数运行对于发电厂的影响。
[关键词]发电厂;低功率因数;发电机
[中图分类号]TM31 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–0–03
The Influence of Low Power Factor Operation of Generator on Power Plant
Wu Hong-tao
[Abstract]Power energy is the foundation of social life. With the development of society， the power consumption is also increasing. Therefore， the number of large power stations in China has been increasing， especially the rapid development of new energy generation. For industrialization， power is the most basic energy power of modern industry. In order to ensure the stable operation of power plants， the power generation status and equipment of power plants must be treated More careful maintenance is carried out to strengthen the monitoring of power plant operation process. The paper discusses the influence of low power factor operation on power plant from the characteristics of power factor.
[Keywords]power plant; low power factor; generator
功率因數是指交流电路有功功率对视在功率的比值。用户电气设备在一定电压和功率下，该值越高、效益越好，越能充分利用。因此，功率因数是测量供电系统使用程度和设备使用情况的一项指示性数据，在发电过程中十分重要，而发电机低功率因数运行，对于发电厂的最直接影响在于供电系统。因此发电机功率因数的高低对于电厂企业来说，是关乎经营成本、发电效率的关键性因素，所以在电厂的生产经营中，对于发电机的运行功率因数，要进行测算，找到最适合的数值，为发电厂的生产经营，做好保障，从而降低电厂企业的经验成本，提升企业效率，创造更多的经济利益。
1 功率因数的高低对发电机运行的影响
在分析功率因数高低对发电机的运行影响时，要先对发电机的几种并网运行状态，有一定的了解。发电机在不同的运行状态时，对于功率因数的要求也不尽相同。比如，发电机励磁系统处于过励磁状态时，既向系统输送有功功率又输送无功功率，功率因数为正，这种运行状态称为迟相运行，也称滞相运行[3]。
1.1 发电机的运行状态的概述
励磁系统的电流逐渐地减小，发电机从系统提供无功功率变为从发电系统的后部吸收无功功率，定子励磁电流从后部的端电压变为先进驱动发电机的端电压[4]。这种操作状态称为前向操作从功率角关系来看，如果功率不变，则功率角相应增加，在整个阶段，功率相应降低，发电机的静态稳定性降低。稳定极限与发电机短路比、外部电抗、自动励磁调节器的性能及其运行有关[5]。
发电机进入相位运行时，磁通量泄漏增加。尤其是大型发电机的线路负荷高时。正常运行时，末端磁通泄漏较大，漏磁的增加加剧了温度的上升。在高级阶段工作时，发电机末端的电压降低，辅助电源电压相应降低。超过10%会影响工厂电力运行。发电机组在设计中充分考虑了对正常发电系统运行不利的各种因素，使得发电机能在短的时间内正常运行制约了发电机进相运行。发电机正常运行时，定子绕组发电机端部的一些漏磁场以发电机同步速度的方向旋转，一些小的漏磁场可以进入定子绕组发电机端部。此外，磁绕组靠近保护环，因此磁场主要保护环闭合。在高级阶段工作时，磁线圈末端的漏磁场因磁电流的减少而减弱。因此，保护环的饱和度降低，降低了定子端部的漏磁场通过的磁路磁阻，增加了定子端部的漏磁场和铁损失，使定子端部的铁芯受到了严重加热[6]。
几年前，电网容量小、稳定性差，加上发电机励磁系统的性能，发电机提前启动时容易产生振动和误报，所以，发电机要在使用时按照正确操作启动。目前，电网的容量可以说是“无限”，其稳定性和电能质量的差距很大。每个发电站可以根据转子温升、励磁系统稳定性等调度命令或发电站单位的实际情况选择不同的正常运行状态
1.2 发电机的调相运行
在电网的总负荷下，必须同时提供有效功率和无功功率。发电机产生的无功不满足电网对无功的要求，整个电网电压降低，不利于电网的电力负荷。通常，在执行相位调制操作时，这意味着发电机在过度励磁状态下工作。也就是说，释放无功功率。发电机电压、频率、功率因数变化时的工作方式：首先，发电机工作电压的变动范围以额定电压上下变动时，内部和功率因数为额定时，额定容量不变化。发电机连续运行的最大允许电压必须符合制造商的规定，但最大电压不能超过额定值的110%。发电机的最小额定工作电压允许值应根据稳定电流工作的要求自行确定，一般不超过额定工作电压的90%。第三，如果发电机定子的电压已下降至发电机额定值的95%以下，则控制发电机定子电流的允许值应超过发电机额定值的105%。第四，如果发电机频率的变化幅度范围小于0.5Hz/s，发电机仍然可以在额定的容量下正常运行[7]。 2 发电机低功率因数运行的危害
2.1 造成线路经济损失
线路的铜损耗与电流的平方成正比，与功率的平方成反比。功率因数越低，在有功一定的情況下，无功输出越大，定子、转子电流越大，设备的铜损失越大，效率越低。同样，如果系统功率因数低，电流也会增加。因此，导线尺寸相同，低功率因数运行的电力传输系统意味着更大的能量损失，或者对于相同的能量损失需要更厚的导体，这也就增加了发电厂经济成本。
2.2 发电设备的容量浪费
当负载功率因数和发电机电压不超过额定值时，发电机产生的有功功率将降低。发电机产生的电能被充分利用的能量就越少。其中一部分在发电机和负载之间被交换浪费，比如变压器容量为2500 KVA如果，理想状态，有功功率为2500 KVA，而在低功率因素运行下，大约只有1700 KVA的有功功率。
3 提高发电机功率因数的方法
3.1 提高自然功率因数
自然功率的提高，是指在不增加设备的情况下采取措施减少供电系统的无功需求。这样发电厂没有必要增加额外成本投入，是提高功率因数最经济的方法。在人工提高功率因数之前，先提高自然功率因数。这样可以节约用电，减少损耗，从而节省支出，变相减少了经济成本，提高经济效率。
3.2 正确选用电动机的型号与容量
发电厂的主要用电设备是在发电厂厂用电系统中的三相异步电动机，平时运行的功率因数低，对于电网的运行也是一种隐性损耗。为了提高异步电动机的功率因数，需要防止电动机的空载、轻载运转，尽量提高负载系数。因此，在选择异步电动机时，不仅要考虑机械性能，还要考虑综合指标，合理选择型号、规格、容量，经济运行。异步电动机定子绕组的变化和定子、转子气隙的变化对异步电动机的无功功率有很大影响，必须努力提高异步电动机的维护质量。根据负载选择相应的变压器。电力变压器的功率因数不仅与负载的功率因数有关，还与负载率有关。变压器运行全负载时，在轻负载下工作时，负载低于0.6时，一侧的功率因数从11%大幅降低到18%，以60%到70%的负载率运行变压器是最经济的。
3.3 合理安排和调整发电流程
发电厂对于设备的维护要及时，需建立一套对设备的运行状态全天候监测的体系，要根据不同需求来调整设备运行状态，尽可能合理的安排和调整发电流程，完善设备的运行状态。部分设备采用空载自动延时断电技术，可以更有效地改善低功率因数对发电的影响。既节省了电厂在设备空载时的运行成本，又延长了设备的使用年限，让电厂的经营效率得到了提升。
3.4 提高功率因数的人工补偿方法
采用提高发电设备自然力率的方法的如果不满足《电力设计技术规范》所需的值，请使用特殊的校准装置提高功率因数。手动校准无功功率通常有相移电容器、使用同步电动机、使用同步调相机3种搭配方法。根据并联电容器在供电系统上的安装位置，无功补偿可分为集中补偿、群补偿、局部补偿三种类型。静态无功补偿器是所有提供电力而无需机械驱动组件的设备。由静电电容器和晶闸管组成。补偿范围最大最有效。但是，这种方法经济成本过大，并非所有设备都被广泛使用。发电厂基本上是在工作场所的每个低压母线上安装电容器组自动补偿装置，这样可以降低经济成本，得到更高的发电厂功率因数。从而提升电厂的发电效率，创造更多的经济利益。
3.5 提高电厂员工职业素养
对维护人员的技术要求是多样化的[8]。操作运行人员、维护人员必须具有一定的电力专业维护知识、操作技能，这样才能够将电力损失控制到最小。让运行、维护成本降到最低。电厂需要为运行操作人员、维检人员提供专业的教育指导和专业知识培训。保证发电机组迅速、有效地以正常状态运转。这决定了电厂能否有效运行发电系统来创造经济效益，是保证电厂安全运营的前提条件，因此运行操作人员、设备维护技术人员必须认识到责任所在，保证电厂设备的有序安全运行，从而保证电厂的正常生产经营。
4 结束语
发电厂设备低功率因数运行，对于发电系统来说是一种负面影响。为了确保电厂的稳定运行，必须提高功率因数，促进国家能源利用和企业经济效益，确保电力系统安全运行。因此，要重视功率因数控制，保证电力系统的安全稳定运行、提高企业的经济效益。
参考文献
[1] 覃来丰.小功率快装型汽轮发电机组控制器的设计[J].科学技术创新，2020（22）：176-177.
[2] 郭东.民用建筑柴油发电机组功率定额选择[J].建筑电气，2020，39（7）：59-63.
[3] 兰志勇，沈凡享，李理，等.级联式无刷双馈风力发电机功率绕组电流检测系统容错控制研究[J].电工技术学报，2020，35（13）：2901-2912.
[4] 赵金鑫，苗虹，曾成碧.基于改进虚拟同步发电机控制技术的低压微电网功率分配策略[J].电力建设，2020，41（7）：42-48.
[5] 张晴晴.结合叶尖速比法与三点比较法的风力发电机最大功率点跟踪控制策略研究[J].电力学报，2019，34（6）：585-590.
[6] 裴俊，刘世林，樊国东.基于模糊控制的永磁直驱风力发电机最大功率跟踪控制[J].四川理工学院学报（自然科学版），2019，32（6）：47-52.
[7] 石磊.功率与载荷协同控制的风力发电机偏航控制策略的优化[J].机械管理开发，2018，33（12）：20-21，231.
[8] 章达宾，朱其祥.基于专家PID的风力发电机组功率控制系统的研究与设计[J].山西能源学院学报，2018，31（6）：23-28，31.
[9] 曹典武.高功率因数运行对发电机的影响[J].科教文汇（下半月），2006（3）：211.
[10] 潘轶峰.浅谈发电机低功率因数运行[J].农村电工，2000（8）：37.
[关键词]发电厂;低功率因数;发电机
[中图分类号]TM31 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–0–03
The Influence of Low Power Factor Operation of Generator on Power Plant
Wu Hong-tao
[Abstract]Power energy is the foundation of social life. With the development of society， the power consumption is also increasing. Therefore， the number of large power stations in China has been increasing， especially the rapid development of new energy generation. For industrialization， power is the most basic energy power of modern industry. In order to ensure the stable operation of power plants， the power generation status and equipment of power plants must be treated More careful maintenance is carried out to strengthen the monitoring of power plant operation process. The paper discusses the influence of low power factor operation on power plant from the characteristics of power factor.
[Keywords]power plant; low power factor; generator
功率因數是指交流电路有功功率对视在功率的比值。用户电气设备在一定电压和功率下，该值越高、效益越好，越能充分利用。因此，功率因数是测量供电系统使用程度和设备使用情况的一项指示性数据，在发电过程中十分重要，而发电机低功率因数运行，对于发电厂的最直接影响在于供电系统。因此发电机功率因数的高低对于电厂企业来说，是关乎经营成本、发电效率的关键性因素，所以在电厂的生产经营中，对于发电机的运行功率因数，要进行测算，找到最适合的数值，为发电厂的生产经营，做好保障，从而降低电厂企业的经验成本，提升企业效率，创造更多的经济利益。
1 功率因数的高低对发电机运行的影响
在分析功率因数高低对发电机的运行影响时，要先对发电机的几种并网运行状态，有一定的了解。发电机在不同的运行状态时，对于功率因数的要求也不尽相同。比如，发电机励磁系统处于过励磁状态时，既向系统输送有功功率又输送无功功率，功率因数为正，这种运行状态称为迟相运行，也称滞相运行[3]。
1.1 发电机的运行状态的概述
励磁系统的电流逐渐地减小，发电机从系统提供无功功率变为从发电系统的后部吸收无功功率，定子励磁电流从后部的端电压变为先进驱动发电机的端电压[4]。这种操作状态称为前向操作从功率角关系来看，如果功率不变，则功率角相应增加，在整个阶段，功率相应降低，发电机的静态稳定性降低。稳定极限与发电机短路比、外部电抗、自动励磁调节器的性能及其运行有关[5]。
发电机进入相位运行时，磁通量泄漏增加。尤其是大型发电机的线路负荷高时。正常运行时，末端磁通泄漏较大，漏磁的增加加剧了温度的上升。在高级阶段工作时，发电机末端的电压降低，辅助电源电压相应降低。超过10%会影响工厂电力运行。发电机组在设计中充分考虑了对正常发电系统运行不利的各种因素，使得发电机能在短的时间内正常运行制约了发电机进相运行。发电机正常运行时，定子绕组发电机端部的一些漏磁场以发电机同步速度的方向旋转，一些小的漏磁场可以进入定子绕组发电机端部。此外，磁绕组靠近保护环，因此磁场主要保护环闭合。在高级阶段工作时，磁线圈末端的漏磁场因磁电流的减少而减弱。因此，保护环的饱和度降低，降低了定子端部的漏磁场通过的磁路磁阻，增加了定子端部的漏磁场和铁损失，使定子端部的铁芯受到了严重加热[6]。
几年前，电网容量小、稳定性差，加上发电机励磁系统的性能，发电机提前启动时容易产生振动和误报，所以，发电机要在使用时按照正确操作启动。目前，电网的容量可以说是“无限”，其稳定性和电能质量的差距很大。每个发电站可以根据转子温升、励磁系统稳定性等调度命令或发电站单位的实际情况选择不同的正常运行状态
1.2 发电机的调相运行
在电网的总负荷下，必须同时提供有效功率和无功功率。发电机产生的无功不满足电网对无功的要求，整个电网电压降低，不利于电网的电力负荷。通常，在执行相位调制操作时，这意味着发电机在过度励磁状态下工作。也就是说，释放无功功率。发电机电压、频率、功率因数变化时的工作方式：首先，发电机工作电压的变动范围以额定电压上下变动时，内部和功率因数为额定时，额定容量不变化。发电机连续运行的最大允许电压必须符合制造商的规定，但最大电压不能超过额定值的110%。发电机的最小额定工作电压允许值应根据稳定电流工作的要求自行确定，一般不超过额定工作电压的90%。第三，如果发电机定子的电压已下降至发电机额定值的95%以下，则控制发电机定子电流的允许值应超过发电机额定值的105%。第四，如果发电机频率的变化幅度范围小于0.5Hz/s，发电机仍然可以在额定的容量下正常运行[7]。 2 发电机低功率因数运行的危害
2.1 造成线路经济损失
线路的铜损耗与电流的平方成正比，与功率的平方成反比。功率因数越低，在有功一定的情況下，无功输出越大，定子、转子电流越大，设备的铜损失越大，效率越低。同样，如果系统功率因数低，电流也会增加。因此，导线尺寸相同，低功率因数运行的电力传输系统意味着更大的能量损失，或者对于相同的能量损失需要更厚的导体，这也就增加了发电厂经济成本。
2.2 发电设备的容量浪费
当负载功率因数和发电机电压不超过额定值时，发电机产生的有功功率将降低。发电机产生的电能被充分利用的能量就越少。其中一部分在发电机和负载之间被交换浪费，比如变压器容量为2500 KVA如果，理想状态，有功功率为2500 KVA，而在低功率因素运行下，大约只有1700 KVA的有功功率。
3 提高发电机功率因数的方法
3.1 提高自然功率因数
自然功率的提高，是指在不增加设备的情况下采取措施减少供电系统的无功需求。这样发电厂没有必要增加额外成本投入，是提高功率因数最经济的方法。在人工提高功率因数之前，先提高自然功率因数。这样可以节约用电，减少损耗，从而节省支出，变相减少了经济成本，提高经济效率。
3.2 正确选用电动机的型号与容量
发电厂的主要用电设备是在发电厂厂用电系统中的三相异步电动机，平时运行的功率因数低，对于电网的运行也是一种隐性损耗。为了提高异步电动机的功率因数，需要防止电动机的空载、轻载运转，尽量提高负载系数。因此，在选择异步电动机时，不仅要考虑机械性能，还要考虑综合指标，合理选择型号、规格、容量，经济运行。异步电动机定子绕组的变化和定子、转子气隙的变化对异步电动机的无功功率有很大影响，必须努力提高异步电动机的维护质量。根据负载选择相应的变压器。电力变压器的功率因数不仅与负载的功率因数有关，还与负载率有关。变压器运行全负载时，在轻负载下工作时，负载低于0.6时，一侧的功率因数从11%大幅降低到18%，以60%到70%的负载率运行变压器是最经济的。
3.3 合理安排和调整发电流程
发电厂对于设备的维护要及时，需建立一套对设备的运行状态全天候监测的体系，要根据不同需求来调整设备运行状态，尽可能合理的安排和调整发电流程，完善设备的运行状态。部分设备采用空载自动延时断电技术，可以更有效地改善低功率因数对发电的影响。既节省了电厂在设备空载时的运行成本，又延长了设备的使用年限，让电厂的经营效率得到了提升。
3.4 提高功率因数的人工补偿方法
采用提高发电设备自然力率的方法的如果不满足《电力设计技术规范》所需的值，请使用特殊的校准装置提高功率因数。手动校准无功功率通常有相移电容器、使用同步电动机、使用同步调相机3种搭配方法。根据并联电容器在供电系统上的安装位置，无功补偿可分为集中补偿、群补偿、局部补偿三种类型。静态无功补偿器是所有提供电力而无需机械驱动组件的设备。由静电电容器和晶闸管组成。补偿范围最大最有效。但是，这种方法经济成本过大，并非所有设备都被广泛使用。发电厂基本上是在工作场所的每个低压母线上安装电容器组自动补偿装置，这样可以降低经济成本，得到更高的发电厂功率因数。从而提升电厂的发电效率，创造更多的经济利益。
3.5 提高电厂员工职业素养
对维护人员的技术要求是多样化的[8]。操作运行人员、维护人员必须具有一定的电力专业维护知识、操作技能，这样才能够将电力损失控制到最小。让运行、维护成本降到最低。电厂需要为运行操作人员、维检人员提供专业的教育指导和专业知识培训。保证发电机组迅速、有效地以正常状态运转。这决定了电厂能否有效运行发电系统来创造经济效益，是保证电厂安全运营的前提条件，因此运行操作人员、设备维护技术人员必须认识到责任所在，保证电厂设备的有序安全运行，从而保证电厂的正常生产经营。
4 结束语
发电厂设备低功率因数运行，对于发电系统来说是一种负面影响。为了确保电厂的稳定运行，必须提高功率因数，促进国家能源利用和企业经济效益，确保电力系统安全运行。因此，要重视功率因数控制，保证电力系统的安全稳定运行、提高企业的经济效益。
参考文献
[1] 覃来丰.小功率快装型汽轮发电机组控制器的设计[J].科学技术创新，2020（22）：176-177.
[2] 郭东.民用建筑柴油发电机组功率定额选择[J].建筑电气，2020，39（7）：59-63.
[3] 兰志勇，沈凡享，李理，等.级联式无刷双馈风力发电机功率绕组电流检测系统容错控制研究[J].电工技术学报，2020，35（13）：2901-2912.
[4] 赵金鑫，苗虹，曾成碧.基于改进虚拟同步发电机控制技术的低压微电网功率分配策略[J].电力建设，2020，41（7）：42-48.
[5] 张晴晴.结合叶尖速比法与三点比较法的风力发电机最大功率点跟踪控制策略研究[J].电力学报，2019，34（6）：585-590.
[6] 裴俊，刘世林，樊国东.基于模糊控制的永磁直驱风力发电机最大功率跟踪控制[J].四川理工学院学报（自然科学版），2019，32（6）：47-52.
[7] 石磊.功率与载荷协同控制的风力发电机偏航控制策略的优化[J].机械管理开发，2018，33（12）：20-21，231.
[8] 章达宾，朱其祥.基于专家PID的风力发电机组功率控制系统的研究与设计[J].山西能源学院学报，2018，31（6）：23-28，31.
[9] 曹典武.高功率因数运行对发电机的影响[J].科教文汇（下半月），2006（3）：211.
[10] 潘轶峰.浅谈发电机低功率因数运行[J].农村电工，2000（8）：37.