燃机发电机组带非阻性负载能力的数字试验研究

周涛 吴文峰

【摘要】本文着重讲述非线性负载及对燃气轮机机发电机组的影响，通过数字技术的理论研究和试验的手段对非阻性负载特性开展相应试验工作，寻求应对的技术措施。首先介绍了非线性负载的概念，随后分析了非线性负载对燃机发电机组的影响，探讨了一些综合治理的方法。

【关键词】燃机发电机组带 非线性负载

1引言

燃气轮机发电机组的负载在厂内实验时主要是电阻箱，为线性负载，而在厂外时，用户的负载中白炽灯、电阻炉属于线性阻性负载，电机、空调属于线性感性负载，计算机、微波炉、UPS、各种交直流变流装置（整流器、逆变器、斩波器、变频器）以及双向晶闸管可控开关设备等为非线性负载。由于燃气轮机发电机组用户的特殊性，机组的负载多为计算机、UPS、空调和电容等非线性负载。

非线性负载的显著特点是它们从发电机组取用非正弦电流。即使发电机组给这些负载供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过发电机组的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使发电机组电压严重失真。

非线性负载对燃机发电机组影响巨大。我们对某型号燃气轮机发电机组进行加载实验时发现，加非线性负载时，通过示波器观察电压波形发现有许多谐波的存在，使电压波形发生了明显畸变。而加上线性负载时则没有这种情况。从试验情况看，是非线性负载产生了谐波，导致了发电机电压波形畸变。

谐波对燃机发电机组的危害。对于燃气轮机发电机组来说，谐波的危害主要有以下几个方面：（1）使发电机组中的电气元件产生附加的谐波损耗，降低了发电机组发电和输出设备的效率。（2）影响各种电气元件的正常工作，降低使用寿命以及损坏。（3）使发电机组输出电压产生振荡。（4）在非线性负载稳定情况下，电流产生振荡，且无法调整。（5）频率振荡导致转速发生振荡。（6）影响继电保护和自动装置的工作和可靠性。谐波对电动机的危害主要是产生附加损耗和转矩。

2发电机组带非线性负载分析

我们将柴油发电机组与燃气轮机发电机组进行了加载对比试验。

2.1柴油机组加载试验情况

给柴油发电机组加载非线性负载时，当非线性负载超过发电机组容量的30%以上时，机组便会出现转速不稳、电压波动大、噪音增大；超过50%以上时机组不能正常工作，转速、电压严重不稳，发动机转速忽高忽低（俗称大喘气）、冒黑烟，声音极不正常，严重时造成发动机自动熄火。且此时的非线性负载为稳定的。

2.2燃机发电机组加载情况

主要对QD15A和QD30C型燃气轮机发电机组进行了加载试验。

2.2.1QD15A型燃机发电机组带载情况

对QD15A型燃机发电机组进行加载试验的负载是容性负载，为不稳定的非线性负载。对电容充电时，电压、转速和功率因数产生了波动，具体如下图所示：通过实验数据我们可以看到，当机组的负载为随时变化的非线性负载，最大负载接近发电机组容量的65%，而且负载时刻处在突加、突减的状态，产生了谐波，谐波对发电机组的电压、转速和功率因数产生了很大的影响。当负载处于波动时，功率因数在-0.2～1之间波动，转速突变为10.392%在大约18秒后逐渐稳定在额定转速。在负载逐渐增加过程中，功率因数由0.4增大至0.9左右，转速稳定在额定转速。当负载减为0后，功率因数在0.95左右趋于稳定，转速突变至102.3%后逐渐减小，在大约22秒左右稳定在额定转速。在负载变化的全过程中，电压在373V～418V之间波动，在负载为零后稳定在407V左右。用示波器观察到的电压波形如下图所示：

我们可以看到，非线性负载，尤其是非线性负载波动时，产生的谐波对电压的影响远大于稳定的负载和空载时的情况，波动的非线性负载时电压波形产生明显畸变。

2.2.2QD30C型燃机发电机组带载情况

对QD30C型燃气轮机发电机组进行加载试验的负载为稳定的非线性负载。由于试验条件限制，只加了发电机组额定容量的30%的非线性负载，又逐步加上了机组额定容量的50%左右的线性负载，机组转速开始波动，但是波动在允许范围之内。试验结果如图5-7所示。

2.3带载情况原理分析

通过上述试验数据我们可以看出，燃气轮机发电机组的带非线性负载的能力要远大于柴油发电机组。柴油机的工作方式导致柴油机的转速稳定性差，加上柴油机的转速低，所以容易受到非线性负载产生的谐波的影响。而燃气轮机的工作方式使燃气轮机的转速比柴油机的转速稳定得多，而且燃气轮机的转速远大于柴油机，不易受到谐波的干扰。柴油发电机组和燃气轮机发电机组控制方式均为等转速调节。从以上分析得出结论，燃气轮机发电机组的转速稳定性、抗干扰性都要好于柴油发电机组，燃气轮机发电机组的带载能力，尤其是带非线性负载的能力要优于柴油发电机组。

3结语

通过以上的理论研究和试验数据我们可以得出结论，非线性负载产生了谐波，谐波使发电机组的电压产生失真，从而引起转速的波动。对燃气轮机发电机组和柴油机组带非线性负载的能力也进行了一定的理论研究和试验对比研究。从燃气轮机和柴油机的原理分析分析可以看出，燃气轮机发电机组的带非线性负载的能力要优于柴油发电机组。但在具体试验中，由于条件所限，没有试验出燃气轮机发电机组和柴油发电机组带非线性负载的极限能力，不能完全说明燃气轮机发电机组带非线性负载的能力如何，具体仍待条件具备时进一步试验。

参考文献：

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