提升发电机容量要素的策略和意义

摘要：柴油发电机组的功率因数（cosφ）就是交流电路中的电流与电压相位之差（通常是电流落后）角度的余弦值。发电机功率因数越高，电能的利用率越高。当容量因数较高为1时，表示相位差为零，全部电能都被负载所利用；当容量因数较低为0时，表示相位差为90°，全部电能都消耗在线路上，一点也没被负荷所利用。因此，应该尽量提高发电机的容量条件，康明斯在本文中着重分述了功率因素与相位之间的关系，以及提高发电机容量的办法。

      多数发电机的功率因数为0.8，个别的容量因数可达0.85或0.9，示意图如图1所示。一般情况下，功率因数由额定值到1.0的范围内变化时，发电机的出力可以保持不变，但为保持系统的静态稳定，要求容量因数无法超过0.95，也就是无功负荷不得小于有功负载的1/3。当发电机的功率因数低于额定值时，由于转子电流增大，会使转子温度升高，此时，应调节负载，减小发电机的出力。否则，转子温度可能超出极限值。于是，运转时值班人员必须注意调节负荷，使转于电流不超过在该冷却空气进口温度下的允许值。一般功率因数都是0.8-0.9左右！这个要根据这台柴发机组所规定的容量因数参数和发电机的要求。如果是调峰柴油发电机组康明斯发电机图片，可能白天和晚夜就不同的。

    由Q=UIsinΦ和P=UIcosΦ知，若柴发机组发出的无功越多，容量因数就是减少，在发电机输出功率不变的情形下，机端的电压会升高。无功越多，励磁电流就会增大，柴油发电机组的定、转子温度会有所升高，过高的话，两者的绝缘可能也会受到威胁呢.反之，如果容量因数偏高，柴油发电机组所发的无功容量就是很少啦！机端电压也会减少，就会减轻运转的稳定性很容易失步或有可能会造成柴油发电机组进相运行。

    故而柴油发电机组运行时，注意机端电压在规定值和保证柴油发电机组不进相运行就可以了。

    为了保证柴发机组的稳定运转，发电机的容量因数通常不应超过迟相0.95运行，或无功负荷应不小于有功负荷的1/3。在发电机自动调节励磁机构投入运行的情况下，必要时发电机可以在功率因数为1.0的状况下短时运转，长时间运行会导致发电机的振荡和失步。目前大柴发机组基础上不允许进相运转，有的大柴油发电机组正在进行进相试验，运转人员应根据本柴油发电机组的情形及时调整。当功率因数低于额定值时，发电机出力应减小，因为功率因数越低，定子电流中的无功分量越大，转子电流也必然增大，这会导致转子电流超过额定值而使其绕组产生发烫现状，试验证明，当功率条件等于0.7时，发电机的出力将减轻8%。因此发电机在运转中，若其容量因数低于额定值时，值班人员必须及时调节，使出力尽量带到允许值，而转子电流不得超过额定值。

      三相交流同步发电机带载运行时，其电压和电流的初相位相同时，此时相位差θ角度为0，容量因数cosθ=1，表示为纯电阻电路，如图2所示，三相电压Va、Vb、Vc之间相位角相差120°，三相电流Ia、Ib、Ic之间相位角相差120°，A相电压Va与A相电流Ia之间的初相角相同，相位差θ角度为0，B相和C相的情形与A相同理，此时发电机输出的电能全部做有用功，线路中没有无功损耗，是较理想的节能作业现状，不过对发电机供电来说功率因数偏高会造成线路中无功裕量太低，会危害系统的稳定性。

      在发电机的工作电流相位滞后电压相位一个θ角度时，这个功率因数角为负值，功率因数cosθ＜1，对于负荷来说是具有吸收感性的无功功率，容量因数是滞后的，如图3所示，三相电压Va、Vb、Vc之间相位角相差120°，三相电流Ia、Ib、Ic之间相位角相差120°，A相电压Va与A相电流Ia之间的初相位相差θ角度即电流相位滞后于电压相位一个θ角度，B相和C相的状况与A相同理，在一般的电路中大部分负荷都是呈现感性的负载，此时发电机输出的电能一部分做有用功，一部分做无用功，这是较多发的电路状况。

      在发电机的工作电流相位超前电压相位一个θ角度时，这个容量因数角为正值康明斯发电机官方网站，容量因数cosθ＜1，对于负荷来说是有发出容性的无功功率，容量因数是超前的，如图4所示，三相电压Va、Vb、Vc之间相位角相差120°，三相电流Ia、Ib、Ic之间相位角相差120°，A相电压Va与A相电流Ia之间的初相位相差θ角度即电流相位超前于电压相位一个θ角度，B相和C相的情况与A相同理，此时发电机输出的电能做有用功，吸收无用功。

     在满负荷的情况下，容量因数对发电机的影响详细体现在其稳定性、效率和寿命上。因此，为了保持发电机的正常运行和效率，需要保持合理的容量因数，并按期进行修复保养。

      当功率因数偏高，即无功容量偏低时，会减少系统的无功裕量，危害发电机的稳态稳定性。

      虽然提高了经济性，但从长远来看，这是以增加损坏的概率换来的，一旦有突发事故产生，发电机可能经受不起小的扰动或震荡，有可能失步。

      此外，无功过低将导致发电机端电压下降，影响发电机的正常作业，甚至可能引起整个装置失去稳定运行而崩溃。发电机进相运行时，端部容易损热。

      当容量因数偏低时，即无功功率过高，会导致励磁电流上升，转子绕组温度上升，缩短其寿命。

      当功率因数低于额定值时，发电机出力应减小，因为容量因数愈低，定子电流的无功分量越大，因为感性无功起去磁用途，于是抵消磁通的功用愈大，为了维持定子电压不变必须增加转子电流，此时若仍维持发电机出力不变，则必然会使转子电流超过额定值，导致转子温度超过允许值。

      同时，这会增加电力传输流程中的容量损耗，降低发电机的效率。此外，发电机端电压可能上升，致使铁芯内磁通密度增加和损耗增加，进而使铁芯温度上升。若容量因数过低，发电机的出力将受限，大大降低发电机的效率。

      故而在日常的运转监视中，使用人员要做到合理分配各柴油发电机组的有功、无功负荷。并要根据电压来调节发电机，电压偏低要易见无功，电压太高要少发无功，通过调节有功和无功的比例，控制电压和运转电流，确保发电机在安全、经济的要素下运行。

      感性负载是指电感器件所构成的负荷，这种负载的特征是在发电机提供电力时产生磁场和暂态感应电流，故而可以提高容量因数。

      容性负载是指电容器件所组成的负载，这种负荷的特点是在发电机提供电力时产生电场，并消耗电力，故而会减小功率因数。

      容量因数补偿装备是一种能自动实现容量因数校正的设备，可以通过改变电容和电感将发电机的功率因数调整到一个合适的范围内。

      改良电力品质是指采取一系列方案，保证柴发机组的稳定性和电能品质。可以采取的办法包括优化负载结构、保持电源稳定、控制电压变化等。

      功率因数越高，电网的稳定性和效率也就越高。由于当功率因数低于0.9时，会对市电造成很大的负担，甚至会引起市电的不稳定性和损耗。于是提升发电机功率因数可以降低市电负载，使大电运行平稳。

      当发电机的容量因数提高时，就可以减轻电能损耗和成本，因为提高容量因数可以减轻无功功率的损失，而无功容量是不会做功的功率。于是提升功率因数可以减轻电能的浪费，节省成本。例如：当cos?=0.5时的损耗是cos?=1时的4倍。

      低功率因数可能导致电压波动和电流谐波，危害电力装置的稳定性和质量。通过提升功率因数，可以减轻电压和电流的波形畸变，使电力装置的运行更加平稳、可靠。

      在能源传输步骤中，容量因数的低值会引起更大的电流流动，增加输电线路，减少传输效率。提高功率因数可以减小电流流动，降低线损，提升传输效率，有助于减小发电的运营成本，促进可持续发展。

      提高容量因数相当于提高了用电设备的利用率，提升装备作业效率。因发电机的发电容量的限定，故提高cos?也就使发电机能多出有功功率。

      通过改进功率因数，可以降低供电系统中的电压损失，使负荷电压更稳定，改进电能的质量。

      发电机容量因数的提高可以提高大电的稳定性和效率，降低电能损耗和成本。为了提升容量因数可以采取多种措施，包括增加感性负载、降低容性负荷、操作功率因数校正设备和改良电力品质等。在实际生产和操作中，需要根据实际情况来选型较合适的举措。