電力系統無功動態補償的優越性

◎劉少榮

電力系統無功動態補償的優越性

◎劉少榮

闡述了無功補償的重要性，如何實現電力無功動態補償的依據和方法，無功動態補償和靜態補償的有缺點，動態及靜態無功補償的經濟效益。

無功補償作為電力系統中的一個重要技術，對提高電力資源的使用效率，為我國整個電力系統提供了重要的技術支持。如何提高無功補償技術在電力系統中的效用，進而提高電網質量，減少網絡損耗，是當前我國電力事業發展的重要問題。無功負荷在電力系統中廣泛存在，無功負荷的產生原因很多，常見的主要在電力線路、電力變壓器及用電設備在使用過程中產生。在電力系統的運行中，電荷運動產生的大量無功功率，大大的降低了系統的功率因數，進而成乘數的增大線路中電壓損失和能量損失，嚴重的影響著資源的使用效率與電力企業的經濟效益。無功補償即無功功率補償，主要目的是為了提高電網的功率因數，降低供電變壓器及輸送線路損耗。無功分布是否合理還直接影響著電力系統的安全穩定，不合理的無功分布造成的無功不足將導致系統電壓不穩，用電設備運轉低效，嚴重的可以導致電壓崩饋等事故。無功過剩更會造成供電環境的惡化，進而危害電力系統設備的正常、安全使用。綜上，有效的無功配置能有效的提高電氣使用，保證電力系統安全運行，從而提高電力系統運行的穩定性。我公司是35KV變電所，其裝機容量是兩臺變壓器，其中1臺為3150KVA，另1臺為2000KVA，無功消耗及電網情況也是相當不理想。

改造前電網的現狀

我公司由35KV經過兩臺變壓器變成6KV，其中一臺3150KVA主要給中頻熔煉爐供電，另1臺2000KVA變壓器給生產動力和生活供電，生產動力主要有鑄造、鉚焊、金加工、鍛造、熱處理等設備動力用電。在生產廠房處均安裝了低壓變壓器、低壓開關柜及低壓就地動態無功補償器。6KV高壓側無功補償是靜態補償，且補償未根據實際無功需求直接購置安裝了一套500KVar無功補償器。該無功補償器一直采用靠人工調節，要么全部投入，產生過補償，要么全部退出，此時卻出現欠補償。不管是過補償還是欠補償，功率因數均達不到要求在0.83-0.85之間徘徊，整個小型電網的均處于不穩定狀態。整個小型電網如圖1

從圖1中可以看出3150KVA變壓器主要給中頻爐供電，2000KVA變壓器給生產動力和生活供電，開中頻爐時諧波治理裝置投入運行，其功率因數可以達到0.9以上符合國家電網要求。存在的問題主要在于2000KVA給生產動力和生活供電上，通過檢測發現白天生產動力和生活用電的有功600KW左右，無功450KVar左右，功率因數0.8;晚上十點以后有功72KW、無功68KVar,功率因數0.76。將只有一個支路補償電容500KVar投入運行時存在過補，否則欠補。

電網無功的危害

增加無功功率的有功損耗。供電線路中增加了無功功率的有功損耗，導致變送電設備、供電線路、用電設備發熱程度加重。

降低輸出端的電壓壓降。 增加了無功電流I，無功在供電線路上產生的電壓降U，導致供電線路末端的輸出端電壓進一步降低。

降低用電設備的輸出功率。 因供電線路末端的輸出端電壓進一步降低，致使用電設備的實際輸出功率P大大降低。

降低變送電設備的輸出容量。因變送電設備的負荷容量S中，增加了無功容量Q。致使變送電設備的有功輸出容量降低。

降低供電系統穩定性、產生諧波分量。電網中的電流與電壓的相位不同相，產生較為嚴重的諧波分量，導致供電網絡電壓不穩定和諧波干擾增大。

降低供電系統穩定性、產生諧波分量。功率因數過低導致供電局對用電部門進行罰款。

改進的方法

根據該小型電網的實際檢測有功和無功負荷數據，節省投資，同時能達到電能質量綜合治理的效果和達到經濟效益的出發，將原有靜態無功補償裝置撤出，配置高壓動態無功補償裝置HYDMSC容量為350KVAR,分3個支路（100+100+150KVAR），柜內采用真空接觸器（電容專用型）投切。裝置可根據工頻系統負荷的無功功率和電網電壓的變化投切電容器。裝置采用先進的自動控制器，根據電壓優先原則，以所需無功大小自動投切電容器組。自動投切由裝置內的控制器控制，控制原則：電壓優先，電容器組逐級投切。裝置有高可靠性的控制器按照模糊控制策略進行電壓無功綜合控制。具有手動、自動控制功能，自動與手動互鎖，且自動與手動采用分體結構，自動控制部分能實現在線檢修，方便安全可靠。具體控制操作如圖2

該裝置不僅可以補償系統的無功，使功率因數平衡在0.94以上，

HYDMSC裝置的保護采用專用的濾波電容器組的數字化保護，功能完善，具有過電壓、欠電壓、過電流保護功能等。且HYDMSC裝置提高功率因數及濾除諧波，可以自動和手動投切支路，當2000KVA變壓器負荷小，甚至是空載運行時，通過控制器判斷，投入一個支路;當負荷大時，控制器根據判斷，投入兩到三個支路，滿足無功補償要求，提搞功率因數，穩定電壓系統。其特點具有：a 控制裝置按電壓質量要求自動投切電容器，使母線電壓始終處于規定范圍。b 控制裝置應能對電容器組自動進行優化控制，根據電壓優先的原則，以所需無功大小自動投切電容器，使系統始終處于不過壓、不過補、無功損耗最小的狀態。c 控制裝置應具備不同運行方式自動識別能力。d控制裝置能實現循環投切的控制方式，能對電容器組先投先切。e 具有手動、自動控制功能，自動與手動互鎖，在手動投切時，控制器自動閉鎖退出控制。f具備電壓優先控制原則即電壓超高定值時，切除電容器組；電壓超低定值時，在保證不過補條件下投電容器組；和無功補償控制原則即無功欠補投電容器組；無功過補切電容器組，投電容器之前先探詢是否投后電壓超高限，再決定是否投電容（由軟件模糊理論分析決定）。

改進達到的效果

空載運行時，系統有功功率260.9KW,無功功率9.6KVAR,功率因數0.999，投

入一個電容器支路100KVAR；小負荷運行時，系統有功功率382KW,無功功率19.4KVAR,功率因數0.998，投入兩個電容器支路共100+100=200KVAR；大負荷運行時，系統有功功率538.7KW,無功功率64.5KVAR,功率因數0.992，投入三個電容器支路共100+100+150=350KVAR。

通過改進檢測和運行一段時間后，達到了功率因數達到0.94以上；進一步降低噪音、減少發熱，增加供電質量，減少由于人為判斷而產生的安全事故；實現小型電網系統運行電壓進一步平穩，滿足設備平穩運行的需求；使系統電流減少，增加了變壓器的有功出力，節約了能源，避免了每年20萬元左右的罰款，不但節約了電費，同時因為功率因數的提高還可以獲得電業局的獎勵。

（作者單位：江西新鋼機械制造有限公司）