無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用探討

劉宇林

【摘要】近些年來，隨著不斷對國外先進(jìn)技術(shù)的借鑒與結(jié)合，我國的電氣自動化對于無功補(bǔ)償技術(shù)和諧波綜合治理方法進(jìn)行了多種深入研究。本文通過總結(jié)歸納無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用，為深入研究提供理論參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】無功補(bǔ)償；電氣；影響

隨著電氣自動化技術(shù)及其設(shè)備在社會各部門和領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電力電子設(shè)備在電網(wǎng)中廣泛使用，使得動態(tài)無功補(bǔ)償（快速跟蹤無功補(bǔ)償）與諧波治理的問題日益突出，系統(tǒng)中常常會出現(xiàn)含有諧波，且負(fù)荷變化較大的工況，傳統(tǒng)的靜態(tài)無功補(bǔ)償及靜態(tài)無源濾波裝置無法滿足這一需求。動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用為這一問題的解決提供了可行的途徑[1]。動態(tài)無功補(bǔ)償裝置可根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷情況實(shí)時(shí)在線投切l(wèi)-c濾波器組，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)快速跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)基波無功，同時(shí)濾除諧波無功。

一、無功補(bǔ)償及其特點(diǎn)

1.1無功補(bǔ)償及作用

無功補(bǔ)償是指為滿足電力網(wǎng)和負(fù)荷端電壓水平及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求必須在電力網(wǎng)和負(fù)荷端設(shè)置的無功電源如電容器、調(diào)相機(jī)等。

1.2無功補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)

企業(yè)中的異步電動機(jī)、變壓器等電感性負(fù)荷是取用無功功率最多的設(shè)備。取向電網(wǎng)的無功功率量，異步電動機(jī)占60%左右；變壓器占20%左右；整流設(shè)備、電抗器及架空供電線路等占20%左右。因此，可以得出結(jié)論，企業(yè)的無功功率主要消耗在異步電動機(jī)、變壓器和架空供電線路中。為了補(bǔ)償企業(yè)供用電設(shè)備所需的無功功率，采用靜態(tài)或動態(tài)無功補(bǔ)償方式，提高企業(yè)的用電功率因數(shù)，使企業(yè)的供用設(shè)備經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行。

二、電力無功補(bǔ)償技術(shù)

2.1電力負(fù)荷的功率因數(shù)

功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中通過線路、變壓器的視在功率供給有功功率所占百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，希望功率因數(shù)越大越好，如能做到這一點(diǎn)，則通過電力設(shè)備的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的傳輸，減少有功功率損耗。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，充分發(fā)揮供電設(shè)備改善電壓質(zhì)量。在這種情況下，當(dāng)q為零時(shí)，則其功率因數(shù)為1。因此，提高功率因數(shù)實(shí)際上是減少用電設(shè)備的無功功率需要量[2]。

2.2并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的作用及方法

2.2.1并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償?shù)淖饔?/p>

用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償是提高用電負(fù)載的功率因數(shù)，既能降低電網(wǎng)線損，又能提高電壓質(zhì)量的一種普遍應(yīng)用的重要的節(jié)電措施和優(yōu)質(zhì)供電的措施。因此無功補(bǔ)償降低電網(wǎng)線損和降低電壓損耗的計(jì)算方法具有普遍性。提高功率因數(shù)既能降低電網(wǎng)的有功功率損耗，又能降低電網(wǎng)的無功功率消耗，同時(shí)又提高了變壓器和電力線路的容量利用率和減少電壓降。并聯(lián)補(bǔ)償是把電容器直接與被補(bǔ)償設(shè)備并接到同一電路上，以提高功率因數(shù)。這種補(bǔ)償方法所用的電容器稱作并聯(lián)電容器，用電企業(yè)都是采用這種補(bǔ)償方法。

2.2.2無功補(bǔ)償電壓的調(diào)整

并聯(lián)補(bǔ)償電容器的投入與切除都要引起變壓器負(fù)載側(cè)電壓的變化，因此可以通過電容器投入與切除來提高變壓器負(fù)載側(cè)的電壓質(zhì)量，下面分別給出電容器的投入與切除對變?nèi)萜鬟M(jìn)行電壓調(diào)整的計(jì)算式。

①電容器投入對變壓器負(fù)載側(cè)電壓的調(diào)整

在電容器投入前變壓器負(fù)載側(cè)功率因數(shù)為，負(fù)載側(cè)電壓值為u20，而當(dāng)電容器投入后負(fù)載功率因數(shù)提高為，則電容器投入后負(fù)載側(cè)電壓值增加為u2+，其計(jì)算式：

式中：u2n——變壓器負(fù)載側(cè)額定電壓，kv；

u1——變壓器電源側(cè)運(yùn)行電壓，kv；

ux——變壓器電源側(cè)運(yùn)行電壓分接頭值，kv；

②電容器切除對變壓器負(fù)載側(cè)電壓值的調(diào)整

在電容器切除前變壓器負(fù)載側(cè)功率因數(shù)為，負(fù)載側(cè)電壓值為u20，而當(dāng)電容器切除后負(fù)載側(cè)功率因數(shù)下降為，則電容器切除后負(fù)載側(cè)電壓值下降為，則電容器切除后負(fù)載側(cè)電壓值下降為u2-，其計(jì)算式：

三、無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用

3.1主要方案

3.1.1真空斷路器投切電容器

這種補(bǔ)償方式中電容器組利用高壓母線上電壓互感器的一次繞組電阻放電，一般不裝設(shè)專門的放電裝置。為防止電容器高壓擊穿，在電容器組中接有熔斷器fu作為短路保護(hù)。為降低電容器組在合閘時(shí)產(chǎn)生的沖擊涌流及防止電容器組與線路電感發(fā)生串聯(lián)諧振，可串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娍蛊鳌Ｋ苡行У貙Ω邏耗妇€前主變壓器、高壓線路及電力系統(tǒng)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，能有效地提高工廠的功率因數(shù)，而且總投資少。

3.1.2固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器

固定濾波器按諧波要求設(shè)計(jì)，反并聯(lián)晶閘管與電抗器串聯(lián)，通過改變晶閘管觸發(fā)角來調(diào)節(jié)流過電抗器的感性電流，使其與并聯(lián)濾波器中多余的容性無功補(bǔ)償電流平衡，滿足功率因數(shù)要求。優(yōu)點(diǎn)是固定濾波器長期投人，需要的晶閘管數(shù)量少，響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)性能好，缺點(diǎn)是tcr也產(chǎn)生諧波[2]。

3.2變電站無功補(bǔ)償技術(shù)

變電站是一個(gè)供電區(qū)域的供電中心，用不同電壓等級的配電線路向用戶供電。按照“分級補(bǔ)償，就地平衡”的原則，配電線路和電力用戶應(yīng)該基本達(dá)到無功功率平衡，不向變電站索取無功電力。容性無功補(bǔ)償裝置以補(bǔ)償主變壓器無功損耗為主，并適當(dāng)兼顧負(fù)荷側(cè)的無功補(bǔ)償。容性無功補(bǔ)償裝置的容量可根據(jù)主變壓器容量來確定，可按主變壓器容量的10%～30%配置，并滿足35～110kv主變壓器最大負(fù)荷時(shí)，其高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95的要求。當(dāng)主變壓器單臺容量為40mva及以上時(shí)，每臺主變壓器應(yīng)配置不少于兩組的容性無功補(bǔ)償裝置。

3.3配電線路的無功補(bǔ)償

電力網(wǎng)中，配電線路數(shù)量很多，其線損約占總線損的60%-70%。因此，對配電線路進(jìn)行無功補(bǔ)償，降低配電線路的功率損耗十分重要。對配電線路進(jìn)行無功補(bǔ)償，在美、英等發(fā)達(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用[3]。

分支線路補(bǔ)償法的基本原則是以分支線路的無功功率平衡為主，對分支線路的無功消耗進(jìn)行補(bǔ)償，盡可能減少分支線路向主干線索取無功，從而減少無功損耗：（1）以分支線路所帶配電變壓器的空載無功損耗來確定分組補(bǔ)償容量；（2）選擇負(fù)荷較大的分支線確定補(bǔ)償點(diǎn)；（3）對于小分支和個(gè)別的配電變壓器，可視為主干線上的近似均勻分佰負(fù)荷.可按需要確定補(bǔ)償點(diǎn)和補(bǔ)償容量（補(bǔ)償空載無功損耗）；（4）所有配電變壓器的負(fù)載無功損耗均以用戶自主補(bǔ)償為主，如果用戶未進(jìn)行補(bǔ)償或補(bǔ)償容量不足，仍需向主干線索取無功。

從以上分析可見，線路的補(bǔ)償容量是按配電變壓器的空載無功損耗來確定的。帶上負(fù)載以后，如果用戶補(bǔ)償設(shè)備投人不足，線路就會處于欠補(bǔ)償狀態(tài)。這雖然不是最優(yōu)補(bǔ)償方式，但可以達(dá)到補(bǔ)償無功需求量70%左右的水平，對于目前我國的配電線路來講，能做到也不容易了。

四、結(jié)束語

總之，為進(jìn)一步推進(jìn)電氣自動化行業(yè)的持續(xù)優(yōu)質(zhì)發(fā)展，我們應(yīng)繼續(xù)深入研究開發(fā)無功補(bǔ)償處理技術(shù)。應(yīng)基于各技術(shù)應(yīng)用服務(wù)特征，行業(yè)系統(tǒng)工作現(xiàn)實(shí)需要，有效的明確無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用價(jià)值以及存在的缺陷，進(jìn)而明確其今后研究發(fā)展方向，樹立科學(xué)的研究目標(biāo)，制定有效的技術(shù)方案，方能進(jìn)一步消除技術(shù)瓶頸問題，提升電氣自動化系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)工作效率，確保安全可靠的服務(wù)運(yùn)行，開創(chuàng)健康優(yōu)質(zhì)的工作環(huán)境，并真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王亞云. 我國電氣自動化行業(yè)的改革與發(fā)展研究[j].科技創(chuàng)新月刊，2010（8）.

[3]李群湛著. 牽引變電所供電分析及綜合補(bǔ)償技術(shù)[m].中國鐵道出版社，2006年1月.