维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年８月 炼油设计 ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＲＥｎＮＥＲＹ ＥＮＧ ＥＲ ｉＧ 第３２卷第８期 能量回收机组中异步电动／发电机 对系统功率因数的影响及无功补偿 卢成生 洛阳石油化工工程公司（河南省洛阳市４７１００３） 摘要：阐述了催化裂化装置能量回收机组中，利用异步电动／发电机将烟气轮机的多余能量转换成电能的工作 原理；重点论述了这种能量回收方式对炼油厂供电系统功率因数的影响以及应采取的无功补偿措施。 主题词：烟气透平异步的 电动机／发电机 催化裂化能量回收机组通常有两种形式： ①三机组配置：烟气轮机一主风机一变速箱一电 动／发电机・９ ②四机组配置：烟气轮机一主风机一汽轮机一变 速箱一电动／发电机；此时汽轮机的蒸汽往往来源 由上所述，异步发电的基本要素是：转子旋转 速率必须大于定子磁场的旋转速率，即大于同步 转速；转子磁场或合成的气隙磁场必须由定子提 供的激磁电流来建立，也就是要由电网供给无功 功率。换句话说，必须要有原动机将电机转子拖 动达到大于同步的转速，也就是要向电机输入有 功功率；必须要将该电机接入电网以取得激磁电 流建立工作磁场（从电网吸收无功功率）并将有功 功率送到电网。孤立的异步发电机是不能带负荷 稳定运行的。实际上，在能量回收机组中，电机的 额定容量往往是按烟气轮机停机后电机应带 ８０％～１００％的风机负荷选择的，而正常运行时， 烟气轮机回收的功率减去主风机消耗的功率后， 所剩发电功率不会很大，电机处于轻载发电工况。 ２异步发电对炼油厂供电系统功率因数的影响 由于异步发电机一方面能发出有功功率即向 电力系统输送有功，另一方面又要吸收电网的无 于本装置再生器内（外）取热或全厂蒸汽平衡系 统。 上述配置中的电动／发电机一般都采用异步 电机，也有个别采用同步电机的。本文主要讨论 异步电动机在机组配置中的作用。 １异步发电原理 异步电机工作原理的核心就是“异步”二字。 当外部三相对称电源接入定子三相绕组后，就会 在电机气隙产生一旋转磁场，该磁场总是以同步 速度旋转，即对于４极（两对极ｔ９＝２）机，就以 １ ５００ ｒｐｍ的速率旋转。该旋转磁场切割转子导 体，使其产生电势从而产生电流（转子导体为闭合 回路），该转子电流也产生一旋转磁场，其同步转 速也是ｌ ５００ ｒｐｍ。但是，该磁场的实际旋转速率 （亦即转子实际旋转的速率）不同于由定子产生的 功功率。那么，作为电力用户因为有了一台异步 发电机，将会减少对电网有功功率的需求，但对电 网无功功率的需求没有减少，相对有功功率而言 旋转磁场，二者相差一个“滑差”速率。异步电动 机的定子磁场旋转速率总是大于转子磁场，即“定 子拖着转子转动”，电网输出电能并将其转换为机 械能；异步发电机的转子旋转速率大于定子旋转 磁场的速率（即大于同步转速），此时“转子拖着定 反而增加了。或者说该用电单位从电网吸取有功 与无功功率的比例改变了，即用电负荷的功率因 数下降了。具体影响的程度可举例分析如下： 设没有异步发电时炼油厂用电总负荷为： Ｓ１：ｔ９１＋ＪＱ１ （１） 子转”９・实际上，定子旋转磁场的速率是固定的，并 有阻止转子加速的趋势，此时转子上的机械能转 换成电能回送至电网。 收稿口期：２ｏ０１—１２—１９， 作者简介：高级工程师，１９８２年毕业于华南工学院电力系电 气专业，长期从事石油化工行业的电气设计和电气软件开 发，现任该公司仪电室主任。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第８期 卢成生．能量回收机组中异步电动／发电机对系统功率因数的影响及无功补偿 一３７一 其中，Ｐ。——有功功率ｋＷ，Ｑ。——无功功率， ｋｖ＆ｒ；Ｓｌ——视在功率，ｋＶＡ。 ｓ１＝√Ｐ｝＋Ｑ｝，Ｓ１总是为正。此处Ｐ１＞０，Ｑ１＞０ 即都为正值，表示都是从电网吸收功率。 此时的功率因数 ＣＯＳ￣１＝Ｑ１／Ｓ１＞０，０＜ ＜９０￣ 能量回收机组电动机正常处于异步发电工 况，发电功率为Ｐ ，即： Ｓｆ＝一Ｐｆ＋ＪＱｆ （２） 式中一Ｐｆ＜０，表示送人电网的功率。但Ｑｒ ＜０，仍然为吸收电网无功功率。ｃ０印＝一Ｐｆ／Ｓｆ ＜０。 有了异步发电后炼油厂用电总负荷为： Ｓ２＝Ｐ２＋ｊＱ２＝（Ｐ１一Ｐｆ）＋Ｊ（Ｑ１＋Ｑ２） （３） 式中：Ｐ２＝Ｐ１一Ｐｆ，Ｑ２＝Ｑ１＋Ｑｆ； ｓ２＝√（Ｐ１一Ｐ２） ＋（Ｑ１＋Ｑｆ） ； ｃｏｓ￣２＝Ｐ２／￥２ 某炼油厂为催化裂化装置供电的某变电所原 平均用电负荷为： Ｐ１＝２２ ５００ ｋＷ，Ｑ１＝１０ ８９７ ｋｖａｒ，即 ｓ１： ＿＿ 瓣：２５ ０００ ｋＶＡ， ｃｏｓ￣１＝２２ ５００／２５ ０００＝０．９０ 现因催化裂化装置改造，有一台能量回收机 组投入运行。电机额定功率为９ ０００ ｋＷ，伽 ｆｎ＝ ０．９１，正常发电平均为Ｐｆ＝２ ８００ ｋＷ，电机负载率 Ｋ＝２ ８００／９ ０００＝３１．１％，运行时的ｃ０ｓ ｆ＝０．８７， 即 ｆ：２９．５４０，此时消耗的无功功率为： Ｑｆ＝Ｐｆ增 ｆ＝２ ８００×０．５６６ ７＝１ ５８７ ｋｖａｒ 有了异步发电后该变电所的总负荷为： Ｐｚ＝２２ ５００—２ ８００：１９ ７００ ｋＷ Ｑ２＝１０ ８９７＋１ ５８７＝１２ ４８４ ｋｖａｒ Ｓ２＝、／／１９ ７ｏｏ：＋１２ ４８４ ＝２３ ３２２ ｋＶＡ，ｃ０印２ ＝１９ ７００／２３ ３２２＝０．８４５＜０．９０ 可见，有了异步发电使炼油厂平均功率因数 由原来的０．９０下降到０．８４５。 ３如何进行无功补偿 能量回收机组中，因含有异步电动／发电机， 对炼油厂供电系统的功率因数造成不利影响，往 往需要进行无功补偿。其补偿容量按电动／发电 机的平均运行工况分为以下几种情况： （１）电机处于正常电动工况 说明烟轮机机回收的能量不能满足主风机的 需要。但此时电机负载率一般不高，通常在额定 功率的２０％～５０％，功率因数较额定功率低，往 往低于０．９０，因此也需要无功补偿，补偿容量以 使功率因数达到０．９０为原则，补偿量一般不大。 （２）电机平均接近空载状态 即无论发电或电动工况，负载率都很低（小于 １０％），说明烟气轮机回收的能量与主风机消耗能 量基本平衡。有的机组夏季回收能量略有余，电 机为轻载发电状态；冬季回收能量略有短缺，电机 为轻载电动状态，但就全年平均而言，也可视为电 机接近空载状态。 由于电机空载状态下的电流基本上是电机的 激磁电流，消耗的是电网供给的无功功率，空载有 功功率的消耗很小，并往往由烟气轮机提供，此时 电机的自然功率因数接近于零，因此必须进行无 功补偿。补偿容量应等于或略大于电机空载无功 功率。 （３）电机处于正常异步发电工况 说明烟气轮机回收的能量大于主风机需要的 能量，发电功率在三机组配置中，一般为电机额定 功率的２０％～４ｏ％，在四机组配置中可达５０％～ ７０％。如前述，由于异步发电是向电网发出有功 功率，同时又吸收电网的无功功率，对炼油厂用电 的功率因数造成不利影响。因此必须进行无功补 偿。补偿容量一般要按全厂总负荷或由其供电的 变电所总负荷统一考虑，补偿后要使全厂总受电 或某变电所总进线的功率因数达到国家规定或达 到原有值。 ４结论 烟气能量回收机组中的异步电动／发电机，正 常可能运行的方式无论是电动机工况或发电工 况，都需要从电网吸收无功功率而使负荷功率因 数降低，为此需要适当的无功功率补偿。特别是 在异步发电情况下，若发电功率较大、炼油厂原有 用电负荷相对较小时，对功率因数的影响尤为显 著。所需无功补偿容量应使其补偿后炼油厂总负 荷（或某变电所的负荷）达到国家标准要求或保持 原有水平。 （编辑苏德中） 维普资讯 http://www.cqvip.com 炼油设计 ２ＯＯ２年第３２卷 Ｄ ＬＵＥＮＣＥ ｏＦ ＡＳＹＮＣＨＲｏＮｏＵＳ ＭＯＴｏＩ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ｏＮ ＳＹＳＴ］ＥＭ ＰＯ、ｖＥＲ ＦＡＣＴｏＲ Ｄ ＥＮＥＲＧＹ ＲＥＣＯｖＥＲＹⅣ ＣＨＩＮＥ ＳＥＴ ＡＮＤ Ｐｏ、ⅣＥＲ ＦＡＣＴｏＲ ＣｏＲＲＥＣＴ【ｏＮ Ｌｕ Ｃｈｅｎｇｓｈｅｎｇ Ｌｕｏｙａｎｇ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｌｕｏｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ ４７１００３） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｍｉｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｒｐｌｕｓ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｅｘｐａｎｄｅｒ ｉｎｔｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｂｙ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ／ｇｅｎｅｒａｔ０ｒ ｉｎ ＦＣＣＵ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｍａｃｈｉｎｅ ｓｅｔ ａｌｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｍｅｔｔｈｏｄｓ ｏｎ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｒｅｆｉｎｅｒｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｒｌＹ￣一 ｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｅｘｐａｎｄｅｒ，ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ，ｍｏｔｏｒ／ｇｅｎｅｒａｔｏｒ 欢迎加入工程建设项目信息服务网 “工程建设项目信息服务网”是由全国化工设计情报 中心站和中国勘察设计协会建设项目总承包工作委员会 联合主办的全国性信息服务机构。本网面向全国与工程 建设有关的厂家、施工企业、工程公司和销售公司，开展工 程建设项目信息服务。 该网服务内容如下： 单位联络员通讯录》。网员单位可持本网核发“网员证”走 访各设计院的联络员。 （４）在中心站创办的《工程建设选用产品价格信息》 刊物上免费刊登网员单位的产品价格信息。 （５）可免费在本中心站网站的“网员单位信息园地” 栏目中登载贵厂、公司的１０００字文字宣传材料（保留３个 月）。 （１）提供《工程建设项目信息》（月刊），每期内容包 括：由中心站在化工、石化、轻工、医药等行业的９ｏ余个成 员设计单位和总承包工作委员会的１４０余个委员设计单 位所提供的建设项目信息约５０余项；国内各行业的招商、 在建和拟建项目信息约６０余项；国际金融机械贷款项目 信息约４项；招标项目预告信息约１５项。１６开本，约３ｏ 页／期。另有与印刷板内容相同的电子网络版，其传递方 式有两种：可在中心站网站上授权（用密码）下载、浏览，也 （６）为网员免费提供国内企业资料咨询服务。 凡订阅《工程建设项目信息》和（或）《工程设计情报简 讯》网刊的订户，即可成为本网网员。随时可订阅、入网， 时间以一年为期。入网函、样刊函索即寄或从网上下载 （网址： ．ｃｃｅｉｃ．ｎｅｔ．ｃｎ）。 全国化工设计情报中心站 联系人：庞明艳、郭健敏 地址：天津市北辰区京津公路５２１号 邮编：３００４００ 可由本网用电子邮件定期发送至网员的电子信箱中。 （２）提供《工程设计情报简讯》（周刊），每年５Ｏ期，辟 有“发展规划与计划”、“工程项目信息”、“设计动态”及“招 电话：ｏ２２—８６８１０３２２ 标信息”栏目。主要刊登由各成员单位和由本站收集的项 目规划、前期、设计和工程承包等项目信息。刊物特点：信 息快、简明扼要 １６开，４页／期。 传真：ｏ２２—８６８１０３２１ Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｃｅｉｃ＠ｐｕｂｌｉｃ．ｔｐｔ．ｔｊ．ａｎ 开户行：天津工商行北辰支行 帐号：３５１０９００５１１３０７６ （３）为网员单位免费提供《全国化工设计情报中心站 成员单位联络员通讯录》和《建设项目总承包委员会委员 户名：全国化工设计情况中心站
