針對電氣無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行分析

【摘要】自動化電氣設(shè)備中日益增強(qiáng)的非線性因素與變化規(guī)律日益復(fù)雜的單向電力牽引負(fù)荷增加了電網(wǎng)中負(fù)序、諧波的注入量和無功功率。在電氣自動化程度日益深化、范圍日益擴(kuò)大的今天，以上因素對電力系統(tǒng)造成的危害會進(jìn)一步擴(kuò)大，因此，迫切需要我們依照自動化電氣設(shè)備的負(fù)荷與系統(tǒng)特點來制定無功、負(fù)序及其諧波的綜合性治理方法，借此保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)、提高電氣自動化控制設(shè)備的穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】無功補(bǔ)償技術(shù)；電氣自動化；應(yīng)用

科技越是發(fā)展，電氣自動化的程度和應(yīng)用范圍就是越深、越廣。但是自動化電氣設(shè)備中日益增強(qiáng)的非線性因素與變化規(guī)律日益復(fù)雜的單向電力牽引負(fù)荷增加了電網(wǎng)中負(fù)序、諧波的注入量和無功功率。為了有效解決以上問題，依照自動化電氣設(shè)備的負(fù)荷與系統(tǒng)特點來制定無功、負(fù)序及其諧波的綜合性治理方法，在保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)的同時，提高電氣自動化控制設(shè)備的穩(wěn)定性。

1 無功補(bǔ)償技術(shù)概述

1.1 無功補(bǔ)償設(shè)計要求簡述

（1）在進(jìn)行無功補(bǔ)償設(shè)計的時候必須要

選擇合適的變壓器容量和臺數(shù)、電動機(jī)型號，并降低線路感抗。如果工藝條件符合要求，則可以通過以下措施來提升用電單位的自然功率因數(shù)，即選用同步電機(jī)與空歇工作制設(shè)備。

（2）如果提高自然因數(shù)的方法無法滿足實際需求，可以利用并聯(lián)電力電容器的方式來達(dá)到要求。采取聯(lián)電力電容器的方式需要符合以下要求：功率因數(shù)高于0.9的高壓供電單位（10kV～35kV）；或者功率因數(shù)低于0.85低壓供電單位（小于10kV）。

（3）高壓供電單位（10kV至35kV）將低壓補(bǔ)償作為處理方式，高壓側(cè)功率因數(shù)必須要滿足供電部門標(biāo)準(zhǔn)。

（4）如果無功補(bǔ)償裝置為電力電容器 ，則需要嚴(yán)格遵循平衡原則。具體而言，高壓電容器進(jìn)行高壓部分的無功負(fù)荷補(bǔ)償，低壓電容器進(jìn)行低壓的無功負(fù)荷補(bǔ)償。容量比較大且負(fù)荷平衡、使用頻率較高的用電設(shè)備的無功計算負(fù)荷大于100kvar時，可在設(shè)備附近就地補(bǔ)償。補(bǔ)償裝置宜與設(shè)備同時通斷電。補(bǔ)償基本無功負(fù)荷的電容器組，宜在配變電所內(nèi)集中補(bǔ)償。集中補(bǔ)償時，宜采用自動調(diào)節(jié)式補(bǔ)償裝置，防止無功負(fù)荷倒送。居住區(qū)的無功負(fù)荷宜在小區(qū)變電所低壓側(cè)集中補(bǔ)償。

1. 2 無功補(bǔ)償?shù)膶崿F(xiàn)途徑

（1） “固定濾波器+晶閘管調(diào)節(jié)變壓器”方案。以上兩種設(shè)備利用高漏抗變壓器能夠?qū)е螺^大的有功損耗，因此“，固定濾波器+晶閘管調(diào)節(jié)變壓器”的方案沒有得到廣泛地應(yīng)用。

（2） “真空斷路器投切電容器”方案。操作簡便、成本低廉是該設(shè)備的重要特色，但是該設(shè)備在合閘時電容器上所產(chǎn)生的過電壓非常之高，非常燒毀設(shè)備；并且設(shè)備開關(guān)的設(shè)計壽命比較短，無法進(jìn)行頻繁投切。以上兩點不足之處也嚴(yán)重影響了該設(shè)備的動態(tài)補(bǔ)償效果。

（3） “有源濾波器”方案。有源濾波器是使用電力電子裝置產(chǎn)生與負(fù)荷中的諧波電流以及和負(fù)序電流相位相反的電流，讓其得到相互抵消，最終滿足電源對總諧波和無功電流的要求，其方案特點：補(bǔ)償比較靈活，調(diào)節(jié)速度較快，而且不會和系統(tǒng)發(fā)生諧振現(xiàn)象，不過有一點要注意，那就是電力電子設(shè)備的價格比較昂貴。

（4） “固定濾波器 +晶閘管調(diào)節(jié)電抗器”方案。反并聯(lián)晶閘管與電抗器串聯(lián)，使其與并聯(lián)濾波器中多余的容性無功補(bǔ)償電流相抵消，最終達(dá)到平衡，以滿足其對功率因數(shù)的要求，其特點是固定濾波器可以長期投入使用，而所需要的晶閘管數(shù)量卻比較少，響應(yīng)的速度也較快，其缺點是會產(chǎn)生諧波現(xiàn)象。

（5） “固定濾波器+電容器+電抗器調(diào)壓”方案。利用調(diào)節(jié)降壓變壓器低壓側(cè)的母線電壓的方式來對連接在低壓母線上的電抗器或者濾波器的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到改變其無功出力的目標(biāo)。在調(diào)節(jié)的過程中，通斷采用晶閘管，調(diào)節(jié)利用無載開關(guān)，在理論上，電氣壽命沒有限制。但是在實際應(yīng)用中，以上設(shè)備可以進(jìn)行加裝，借此實現(xiàn)濾波的效果，并提供穩(wěn)定的無功功率。

（6） “固定濾波器+可控飽+電抗器”方案。該方案利用改變飽和電抗器磁飽和程度的方式來實現(xiàn)流入回路感性電流的改變，并利用并聯(lián)濾波器中多余容性無功功率相與之相互“中和”，實現(xiàn)平衡。該方案的主要優(yōu)點就是固定并聯(lián)濾波支路能夠進(jìn)行長期投入，故而效果持久；但是會有諧波產(chǎn)生，噪聲較大，并且設(shè)備自身還有一定的損耗。

截至今日，我國已經(jīng)應(yīng)用了眾多的無功補(bǔ)償技術(shù)，但是隨著電氣自動化的程度和應(yīng)用范圍的不斷深入和廣闊，電氣自動化技術(shù)對電網(wǎng)造成的不利影響和沖擊也是日益增強(qiáng)，深入研究、大力發(fā)展電氣自動化設(shè)備的無功補(bǔ)償技術(shù)具有重要的意義。

2 應(yīng)用中的存在問題及其相關(guān)建議

2. 1 存在問題

在電氣自動化系統(tǒng)中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)具有非常高的經(jīng)濟(jì)效益，但是應(yīng)用中還存在諸多問題。具體而言，首先，發(fā)電廠中的大量無功潮流涌向高壓變電站，隨后經(jīng)過輸電線路輸送到中壓變電站與低壓變電站，出現(xiàn)了遠(yuǎn)距離傳輸無功潮流的問題；其次，未能科學(xué)合理配置無功補(bǔ)償容量，部分變電站的補(bǔ)償電容是整組投切，無法依照負(fù)荷變化的實際需求來實現(xiàn)就地平衡，常常出現(xiàn)“高負(fù)荷時功率因數(shù)過低、低負(fù)荷時往往過補(bǔ)償”的現(xiàn)象；最后，經(jīng)常出現(xiàn)無功向配電網(wǎng)倒送的問題，無功倒送能夠顯著增加電網(wǎng)的損耗，增加配電線路的不合理負(fù)擔(dān)，特別是那些利用固定電容器補(bǔ)償?shù)挠脩簦谪?fù)荷低谷時非常有可能出現(xiàn)無功倒送問題。

2. 2 相關(guān)建議

（1）明確本地變電站的無功補(bǔ)償容量。220kV變電站應(yīng)該具有比較高的無功調(diào)節(jié)水平，保證高峰負(fù)荷時的功率因數(shù)不低于0.98，但是調(diào)節(jié)容量必須根據(jù)本地的實際情況來確定。必須科學(xué)合理配置變電站的補(bǔ)償容量，避免出現(xiàn)無功倒送的問題。

（2）關(guān)注配網(wǎng)無功補(bǔ)償問題。負(fù)荷電流在通過線路、變壓器時會產(chǎn)生功率與電能損耗，功率因數(shù)越低電網(wǎng)所需功率就越多，線損就越大。因此，在受電端安裝無功補(bǔ)償裝置，可減少負(fù)荷的無功功率損耗。提高功率因數(shù)，降低線損耗，是節(jié)能降損最直接、最經(jīng)濟(jì)的手段。對負(fù)荷較大的公用變壓器，要全面考慮在配變低壓側(cè)加裝電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。

（3）強(qiáng)化用戶側(cè)管理。加強(qiáng)用戶側(cè)無功補(bǔ)償?shù)墓芾砗凸?jié)能降損宣傳力度，使用戶認(rèn)識到即使是未進(jìn)行功率考核的小容量用戶，加強(qiáng)無功補(bǔ)償可以減少內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應(yīng)可以減少電費的支出。

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