無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用思考

韋 星,陳余壽（南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電自2012級,南京210042）

無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用思考

韋 星,陳余壽
（南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電自2012級,南京210042）

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，電氣自動(dòng)化在我國得到迅速發(fā)展，應(yīng)用范圍也得到很大的擴(kuò)展，而無功補(bǔ)償技術(shù)也在電氣自動(dòng)化又很重大的意義。本文將對無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并介紹在電氣自動(dòng)化中如何使用無功補(bǔ)償技術(shù)，對無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行深入探究。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；技術(shù)電氣；自動(dòng)化應(yīng)用

本文通過對手車式開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障的發(fā)展過程進(jìn)行剖析，由此介紹并分析了手車式開關(guān)柜內(nèi)部電弧保護(hù)裝置的原理，讓我們對內(nèi)部電弧保護(hù)裝置的應(yīng)用優(yōu)勢更加明確了然，對手車式開關(guān)柜內(nèi)部電弧保護(hù)裝置的研究也起到了重要作用。

1 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的迅速發(fā)展，電氣自動(dòng)化在各個(gè)領(lǐng)域中嶄露頭角，但在高度的電子自動(dòng)化的應(yīng)用過程中還存在著單相電力負(fù)荷牽引的問題，對電力的自動(dòng)化資源以及系統(tǒng)的總體效益有極大的消極作用。無功補(bǔ)償技術(shù)能夠有效改善電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中存在著的非線性因素，近些年來受到了越來越多人的關(guān)注。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)和電氣自動(dòng)化

2.1 無功補(bǔ)償技術(shù)的內(nèi)涵及特點(diǎn)

無功補(bǔ)償技術(shù)是為無功功率補(bǔ)償，為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求和電網(wǎng)負(fù)荷的需求，在電力網(wǎng)和負(fù)荷端之間添入電容器等無功電源，使電能轉(zhuǎn)化為另一種形式，從而使電能做功的功率得到有效提高。其本質(zhì)上是為了提高電氣自動(dòng)化的高功率因素，并通過與濾波技術(shù)相結(jié)合的途徑，使諧波補(bǔ)償、降低負(fù)序。無功補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用，它能夠有效提高電網(wǎng)功率的因數(shù)，降低供電的損耗，從而改善供電的整體環(huán)境。

無功補(bǔ)償技術(shù)可以對電網(wǎng)和電壓進(jìn)行控制，從而對供電指令進(jìn)行綜合性分析，使控制器的操作能夠達(dá)到準(zhǔn)確無誤，通過動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償，使電網(wǎng)頻率變動(dòng)和電網(wǎng)抗阻發(fā)生沖突的可能性達(dá)到最小甚至避免，同時(shí)也將射頻干擾程度降到最低。

無功補(bǔ)償技術(shù)作為無功電壓控制系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，充分利用發(fā)電機(jī)組將無功功率配送到配電網(wǎng)絡(luò)中去，從而維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，一般運(yùn)行條件下，部分無功功率會(huì)被吸收，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)也能夠保障電網(wǎng)的順利運(yùn)行。

電磁感應(yīng)是發(fā)電機(jī)組等電力裝置的主要工作原理，變壓器能夠在電磁感應(yīng)長中引起電壓的變化，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康模沟迷陔娏鬏斶^程中的電力損耗的得到彌補(bǔ)。電動(dòng)機(jī)中，電流受力，在強(qiáng)度磁場下與變壓器進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換，同時(shí)使得電力機(jī)械裝置能夠在電磁周期中具備同等吸入功率和釋放功率，防止損耗的出現(xiàn)，產(chǎn)生感性無功功率。

2.2 常見的無功補(bǔ)償技術(shù)

無功補(bǔ)償是城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)過程中的關(guān)鍵步驟，對于電氣電壓的穩(wěn)定和系統(tǒng)功率的提高發(fā)揮著極為重要的作用，尤其是高壓無功補(bǔ)償技術(shù)，有更為深廣的意義。實(shí)際應(yīng)用過程中，無功補(bǔ)償技術(shù)主要有以下幾種方式：

有緣濾波器。這一裝置能夠使電力裝置產(chǎn)生負(fù)序的電流，從而滿足電源的需求，它能夠與和諧波電流相互抵制，有調(diào)節(jié)速度快和補(bǔ)償靈活的特點(diǎn)。

固定濾波器。此裝置與濾波器相連接來改變無功出力，從而實(shí)現(xiàn)對于開關(guān)通斷的調(diào)節(jié)，能有有效的提供穩(wěn)定的無功率濾波。

可控飽和電控器。該設(shè)備通過調(diào)節(jié)電阻抗器的飽和度來實(shí)現(xiàn)對回路電流的調(diào)整，能夠抵消并聯(lián)濾波器當(dāng)中的無功功率電流，投入使用的時(shí)間段較長，缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的噪音。

真空短路投切電容器。此種設(shè)備相較之下，投資少，操作簡單。但是在合閘的瞬間可能產(chǎn)生較大的電壓，導(dǎo)致設(shè)備的損壞，所以，不宜頻繁的開關(guān)。

2.3 電氣自動(dòng)化的內(nèi)涵及特點(diǎn)

電氣自動(dòng)化經(jīng)常應(yīng)用于工廠的生產(chǎn)過程中，從而提高企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展得到了更加廣泛的應(yīng)用，在我國工業(yè)生產(chǎn)的過程中占據(jù)著十分重要的地位。目前，電氣自動(dòng)化仍存在著許多問題，需要在實(shí)際的應(yīng)用于操作中得到解決，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化創(chuàng)新，提高自動(dòng)化的水平。

電氣自動(dòng)化的特點(diǎn)主要是將軟件和硬件相結(jié)合、原件與系統(tǒng)相結(jié)合、強(qiáng)電與弱電相結(jié)合、電氣技術(shù)和電工技術(shù)相結(jié)合。

2.4 無功補(bǔ)償技術(shù)與電氣自動(dòng)化結(jié)合的設(shè)計(jì)方法

結(jié)合晶閘管將電抗器與穩(wěn)定濾波設(shè)備相結(jié)合，使得在調(diào)節(jié)飽和電抗器的磁飽和度時(shí)，使得流入回路的感性電流受到影響，并聯(lián)濾波器中的額外無功率達(dá)到均衡。不定期的投入濾波器在一定程度上也使得晶閘管的使用量得到降低，使得系統(tǒng)的處理速度得到極大的提高。

過濾諧波裝置與可控飽和電抗器相結(jié)合，串聯(lián)電抗器和反并聯(lián)晶閘管可以平衡無功功率的補(bǔ)償電流，滿足功率因素方面的要求。與其他技術(shù)相比較而言，該項(xiàng)技術(shù)投入時(shí)間長、調(diào)整的速度高、運(yùn)轉(zhuǎn)操作方便，但該技術(shù)要求大、造價(jià)相對較高、應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)性也比較高，這些因素導(dǎo)致此項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在沒有得到很大范圍的應(yīng)用。

將穩(wěn)定電壓器、電容器嚴(yán)厲調(diào)整和電容器有機(jī)結(jié)合。此種方式使用之前，需要將變壓器低壓部分的兩側(cè)母線進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使連接在低壓母線的濾波器和電抗器上的電壓能夠達(dá)到無功功率改變的目的。在現(xiàn)在的實(shí)際應(yīng)用中，將穩(wěn)定濾波器、電容器壓力調(diào)整和電容器三者相結(jié)合的技術(shù)水平還不夠成熟。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

3.1 無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用在電氣自動(dòng)化中存在的問題

我國無功補(bǔ)償技術(shù)的局限性。無功補(bǔ)償技術(shù)在我國起步較晚，使得此技術(shù)在電氣自動(dòng)化的應(yīng)用中存在著各種各樣的問題，主要是技術(shù)本身的缺陷和設(shè)備相對落后兩種問題。例如，經(jīng)常要用到的真空斷路器設(shè)備，技術(shù)上的不完善使得此設(shè)備在合閘時(shí)易產(chǎn)生高電壓，給動(dòng)態(tài)補(bǔ)償帶來不利的作用，影響了無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用水平。

系統(tǒng)諧波對無功補(bǔ)償技術(shù)的影響。在電氣自動(dòng)化的整個(gè)階段，此系統(tǒng)的諧波會(huì)大大縮短無功補(bǔ)償裝置的電容壽命，提高了后期維護(hù)的成本。另一方面，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，系統(tǒng)本身也會(huì)產(chǎn)生一定的諧波，也會(huì)造成設(shè)備本省的破壞。

無功補(bǔ)償在輸電途中配置的不合理。通過發(fā)電廠向高壓變電站提供無功電流傳輸?shù)倪^程中，要經(jīng)過多個(gè)低壓變電站，尤其是較遠(yuǎn)距離的傳輸過程中，更多的無功電流會(huì)被傳輸。有的變電站會(huì)采用整組投切的方式進(jìn)行電容量的補(bǔ)充，無法實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)變的均衡，還會(huì)因?yàn)楣β室蛩馗摺⒇?fù)荷狀態(tài)高而導(dǎo)致補(bǔ)償?shù)陌l(fā)生。在進(jìn)行倒置傳輸?shù)倪^程中，傳輸過程的風(fēng)險(xiǎn)以及對電網(wǎng)的損耗風(fēng)險(xiǎn)程度也會(huì)明顯的增大。

3.2 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中問題的解決措施

電氣自動(dòng)化中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)能夠有效的降低資源的浪費(fèi)率，同時(shí)使得電氣自動(dòng)化的安全程度得到有效的提高，可以有效降低企業(yè)的運(yùn)行成本，對提高系統(tǒng)的安全性、降低安全事故的發(fā)生頻率、提升經(jīng)濟(jì)效益具有很重大的意義。

（1）配電線路實(shí)施無功補(bǔ)償。在配電線路中使用無補(bǔ)償產(chǎn)技術(shù)是提高電氣自動(dòng)化的重要方式，也是在分支線路中實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)闹匾椒ā４朔N方法需要首先使用配電變壓器對分支線路中無功損耗的情況進(jìn)行確定，進(jìn)而確定補(bǔ)償?shù)娜萘浚M(jìn)行分支線路的選擇，最后需要采用用戶自主補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行容量的補(bǔ)充。補(bǔ)充容量確定的基礎(chǔ)是變電器的空載無功損耗，補(bǔ)償設(shè)備如果沒有保障，線路容易處于欠補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)。將電容器按照符合時(shí)間或者電壓為變化的基礎(chǔ)進(jìn)行一定的投入，可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)最優(yōu)補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

（2）并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償。并聯(lián)電容器實(shí)施無功補(bǔ)償能夠有效降低電網(wǎng)的損失，提高用電負(fù)載的功率是常見的一種節(jié)電措施。并聯(lián)電容器來降低電壓的損耗，提高功率，是實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償機(jī)電自動(dòng)化的手段之一。并聯(lián)補(bǔ)償是指在同一個(gè)電路中，將電容器與被補(bǔ)償設(shè)備直接相連，對提高功率有重要的意義。

（3）電力用戶的無功補(bǔ)償。電力用戶的補(bǔ)償也是實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償電氣自動(dòng)化的重要舉措，將用戶的供電網(wǎng)絡(luò)的損耗降低到最小的程度，從而獲得最大的節(jié)電效益。此種方式需要加強(qiáng)對節(jié)能措施的宣傳和對無功補(bǔ)償?shù)墓芾恚瑥亩M(jìn)一步確定最優(yōu)的補(bǔ)償措施和補(bǔ)充的容量。可以根據(jù)補(bǔ)償?shù)姆绞胶脱a(bǔ)償?shù)囊?guī)模分成三種，即集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和個(gè)別補(bǔ)償。

集中補(bǔ)償是指在用戶的變電裝置中集體安裝電容器組，有效的減少變壓器無功功率的損失量，使得節(jié)電的效益達(dá)到最高。就地補(bǔ)償措施的采用，使得電能在輸電線路中的損失有效降低，使得電容器達(dá)到自動(dòng)投切，無功負(fù)荷可以自動(dòng)的補(bǔ)充調(diào)節(jié)，有較高的利用率。

分組補(bǔ)償是指合理的分配需要安裝的電容器，并且按照組別對配電線進(jìn)行一定的裝置，從而實(shí)現(xiàn)分組補(bǔ)償。此種方式保證各個(gè)車間的無功電力的平衡，在向上級線路運(yùn)輸過程中的損耗也得到餓了一定程度的降低。

個(gè)別補(bǔ)償指的是將用電設(shè)備和電容器兩者直接相連接，實(shí)現(xiàn)電容器的同時(shí)投入和產(chǎn)出，使得機(jī)身得到無功損耗的補(bǔ)償，在大中型異步電動(dòng)機(jī)中有更為顯著的效果。

4 總結(jié)

近年來，我國的電氣自動(dòng)化和無功補(bǔ)償技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用得到了很廣泛的推廣，在對國外先進(jìn)技術(shù)的借鑒和深入的探討研究中，使得兩者的結(jié)合更為緊密。電氣自動(dòng)化和無功補(bǔ)償技術(shù)本身都有其顯著的優(yōu)勢，兩者的結(jié)合在電氣功率的提高上有極其重要的意義。為推動(dòng)我國工業(yè)和生活用電的效率，需要我們對電氣自動(dòng)化和無功補(bǔ)償技術(shù)的結(jié)合做更為深入的研究，以取得更大的經(jīng)濟(jì)效益，為推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的整體水平做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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