動態無功補償裝置的應用和分析

馬云莉

（儀征化纖股份有限公司，江蘇 揚州 225000）

1 概述

對于現代企業來說，生產過程中需要各種類型的設備，如電動機、電焊機、空調機等，且在生產過程中，這些用電設備的運行時間和效率各有不同，對電網的需求和影響也各有不同，對電網的穩定性和安全性提出了更高的要求。特別是大量非線性負載的應用和增加，易引起電網電流、電壓波形發生畸變，引起電網的諧波“污染”，使得供電系統故障或電能質量惡化，不僅會導致供用電設備本身的安全性降低，而且會嚴重削弱和干擾電網的經濟運行，甚至可能會給企業生產帶來毀滅性的影響。

2 無功補償的必要性

在電網中，由電源供給負載的電功率有兩種：一種是有功功率，另一種是無功功率。有功功率是純電阻性負載消耗的電功率，也就是將電能轉換為其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。無功功率是用于電路內電場與磁場，并用來在電氣設備中建立和維持交變磁場和感應磁通，完成電磁能量的相互轉換，不對外做功，為系統提供電壓支撐，在電源與負荷之間提供電壓降落所需的電功率。因此，“無功”并非指沒有用的功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。

在正常情況下，用電設備不但要消耗有功功率，同時還需要消耗一定的無功功率。如果電網中的無功功率供應不足，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行和電網的穩定性，因此，非常有必要進行無功功率的補償。

安全性：電力系統中無功功率平衡水平對電壓水平有較大的影響。當無功功率損耗較大時，將引起系統電壓大幅度下降，影響系統運行的穩定性。尤其是在沖擊性負荷存在的情況下，會引起無功的沖擊，將影響到電網的安全穩定運行。

經濟性：工廠供電的總體方案是：變壓器—>配電柜—>用電設備。工廠的很大一部分用電設備為感性負載。如電動機、電焊機、空調機等。當它們投入運行以后，將產生很大的感性電流，這種電流不做功，是無功電流。由于它的存在，使得在供電網絡中及變壓器中，流過的電流就是電感電流與電阻電流之和，即I=IR+IL。工廠消耗的電能最后歸結到變壓器為S=3UI=3U（ IR+IL）（kVA）。由于大量無功功率的存在，造成企業消耗大量的無謂的能耗。隨著企業節能意識的提高，減少能源消耗的意愿增強，減少無功功率成為企業節能降耗的一項關鍵技術和首選方案。

同時，系統內的損耗大小與電感電流的平方成正比，這些損耗在變壓器及線路中轉變成熱量散發，使得變壓器及配電設備溫度升高。不僅影響設備的利用率，還由于溫度過高，破壞設備的絕緣，縮短設備的使用壽命，甚至損壞設備。所以怎樣減少電感電流，就成了企業減少能源損耗，設備挖潛增加經濟效益與社會效益的必由之路。

3 方案選擇和分析

XX化纖廠3#分廠變壓器容量2000kVA，功率因數平均在0.75-0.85，存在有較大的提升空間，在進行項目實施前，對影響系統的穩定性和安全性的因素進行了分析和總結，具體如下：

（1）雷電；（2）大型沖擊性負荷，如電弧爐等。（3）各種故障，如系統故障、操作故障等；（4）重負荷的投入和退出，如大型電機的投入；（5）非線性負荷的存在，如電焊機等；（6）不對稱負荷的存在，如牽引機車；

為平衡電網的無功，提高電能的利用率，容性無功補償就成為電網無功補償的主要手段。無功補償經過多年的發展后，經歷了一個不斷創新、發展完善的過程。主要分為四個階段：固定補償時代→機械自動投切時代→晶閘管半控時代→IGBT全控時代。

經過對多個生產廠家的產品分析和比較后，決定選擇ABB公司的SRV型動態無功補償裝置，其輸出隨電力系統負載參數而變化的。通過迅速控制其無功功率輸出，SRV調節系統電壓，改善暫態穩定，增加輸電容量，減少瞬時過電壓，增加系統振蕩的阻尼和阻尼次同步諧振。使整個裝置無功輸出呈連續變化，靜態和動態地使電壓保持在一定范圍內，提高系統的穩定性。

4 結果分析

無功補償裝置投入運行后，效果明顯，電網的穩定性有較大提高，諧波分量大幅減少，系統投運前后的波形對比圖如下。

圖1 補償無功和諧波前后的電壓及電流波形圖

圖2 補償無功和諧波前后的三相電流波形圖

采用無功補償后收到以下效果：（1）供電電能質量大幅度提高，電壓穩定，電壓、電流的諧波大量減少，用電設備的干擾對電網的影響減少，提高了供電的穩定性。

（2）功率因數提高，達到0.96（投運前0.8），系統供電能耗降低，線路損耗減少。

（3）延長設備壽命。 改善功率因數后線路總電流減少，使變壓器、開關等機器設備和線路容量負荷降低，降低了設備的溫升增加壽命（溫度每降低10°C，壽命可延長1倍）。

結語

由于企業存在大量的感性負載，且負載運行時間時刻在變化，對電網的無功需求時刻在變化，且需求量相當大，XX化纖廠依據自身設備負載進行詳細的無功補償裝置選型和設計，投入運行結果顯示，采用動態無功補償，具有較好的安全性和經濟性，具有很強的推廣價值。

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[Z].2003.