無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用

劉 俊

（貴州頂效開發(fā)區(qū)陽光電力有限公司，貴州興義 562409）

0 引言

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展在一定程度上促進(jìn)了電氣自動化技術(shù)的發(fā)展，與其有關(guān)的設(shè)備也已被廣泛地應(yīng)用在很多行業(yè)之中，對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用，而無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域也得到了更為廣泛的應(yīng)用。無功補(bǔ)償技術(shù)指的是通過對電氣自動化技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行最大程度的應(yīng)用，并借助無功、諧波等系統(tǒng)來完成補(bǔ)償，在降低電力損耗的同時，保證電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以，分析、研究無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用具有重要意義。

1 無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的基本要求與實(shí)現(xiàn)途徑

1.1 基本要求

首先，在進(jìn)行無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)時，要選取數(shù)量合適的電機(jī)、變壓器和容量，盡量降低線路的感抗。如果工藝條件滿足相關(guān)要求，可以考慮采用同步的電機(jī)或選用空歇工作制的設(shè)備等方式，促進(jìn)用電單位自然效率因數(shù)的有效提升。

其次，若通過自然功率因數(shù)提升的方法對設(shè)備進(jìn)行一定的處理之后，仍然不能滿足設(shè)計(jì)要求時，可以考慮借助無功補(bǔ)償裝置并采用并聯(lián)電力電容器的方式。如果10 kV 或35 kV 高壓供電單位的功率因數(shù)超過0.9，低壓供電單位的功率因數(shù)超過0.85，無功補(bǔ)償時就需要考慮并聯(lián)的電力電容器。

再次，通過低壓補(bǔ)償?shù)姆绞綄?0 kV 或35 kV 高壓供電單位進(jìn)行處理，但需要注意的是，高壓側(cè)的功率因數(shù)要盡量符合供電部門的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

最后，將電力電容器作為無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)裝置，并堅(jiān)持平衡原則。通常情況下，對于補(bǔ)償基本無功負(fù)荷的電容器組來說，比較適合在配變電所內(nèi)部進(jìn)行集中式的補(bǔ)償。但在進(jìn)行集中補(bǔ)償?shù)倪^程中，應(yīng)采用自動調(diào)接式的補(bǔ)償裝置，避免出現(xiàn)無功負(fù)荷倒送問題的出現(xiàn)。同時，對于居住區(qū)的無功負(fù)荷，比較適合在小區(qū)變電所內(nèi)的低壓側(cè)進(jìn)行集中式補(bǔ)償。

1.2 實(shí)現(xiàn)途徑

首先，通過真空斷路器來完成無功補(bǔ)償。投入資金少、操作簡單是真空斷路器的優(yōu)點(diǎn)，但是，如果工作人員在實(shí)際操作的過程中將閘刀合上，高壓現(xiàn)象會瞬間出現(xiàn)在電容器上，從而影響到系統(tǒng)整體的補(bǔ)償質(zhì)量和最終補(bǔ)償效果。

其次，通過電容器和電阻抗融合的方式來完成無功補(bǔ)償。通過電阻抗和電容器共同組成諧濾波器，能實(shí)現(xiàn)電氣自動化過程中的無功補(bǔ)償技術(shù)。但是，在安裝的過程中，需要對電抗器和電容器的實(shí)際功率進(jìn)行充分考慮，在最大程度上確保提高功率因數(shù)的基礎(chǔ)上負(fù)序電壓功能的有效降低。

最后，通過電容器、電抗器、固定濾波器組合方式來完成無功補(bǔ)償。通過調(diào)節(jié)變壓器的方式實(shí)現(xiàn)對電抗器和固定濾波器的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)電氣自動化過程中的無功補(bǔ)償技術(shù)。

2 無功補(bǔ)償裝置選擇

在實(shí)際的工作中，需要對用戶的具體用電負(fù)荷特性進(jìn)行分析討論，并以不同的用電負(fù)荷為基礎(chǔ)選擇不同的無功補(bǔ)償裝置（圖1）。

（1）以連續(xù)工作制為主的工業(yè)企業(yè)比較適合使用MSC（Mechanically Switched Capacitor，機(jī)械式投切開關(guān)）裝置，其中長期運(yùn)行的只有最主要的用電設(shè)備。此時用電負(fù)荷特性較為平穩(wěn)，且無功負(fù)荷的變化也最小。需要將MSC 裝置安裝在低壓配電室中進(jìn)行集中的補(bǔ)償。

（2）含有大量沖擊性負(fù)荷、容量較大且符合電流瞬時變化大、符合沖擊強(qiáng)且無功負(fù)荷瞬時變化大的情況都比較適合使用TSC 裝置。上述幾種情況如果采取MSC 無功補(bǔ)償裝置，會造成電容器無法運(yùn)行的問題，很容易燒毀交流接觸器或完成電容損壞。此時若采用TSC（Thyristor Switch Capacitor，晶閘管投切電容器）無功補(bǔ)償裝置，則能取得較好的補(bǔ)償效果。

圖1 無功補(bǔ)償裝置示意

（3）大型商場、高層住宅區(qū)、寫字樓等用電場所比較適合使用MSC+TSC 裝置，此類場所既有空調(diào)、電梯等動力負(fù)荷，又包含很多單相負(fù)荷，MSC+TSC 混補(bǔ)的補(bǔ)償方式可以有效補(bǔ)償這類負(fù)荷。將無功補(bǔ)償裝置配置在受電端，不僅能促進(jìn)功率因數(shù)和電氣設(shè)備有效效率的增加，還能有效降低負(fù)荷無功功率的消耗。MSC+TSC 混補(bǔ)補(bǔ)償方式能與電子電力技術(shù)的發(fā)展契合，以靜止同步并聯(lián)有源濾波裝置和補(bǔ)償器相結(jié)合的方式，取得更好的質(zhì)量和效果。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)案例分析

某地區(qū)供電中心的位置建造一變電站，并按照電壓等級的差異選取不同的配電線路輸電方式將電能提供給用戶。一般情況下，可以將其配電線路的輸電、配電標(biāo)準(zhǔn)范圍分級補(bǔ)償和就地平衡，但是，在整個過程中需要保持配電線路和電力用戶接收電量之間無功功率穩(wěn)定與平衡。

補(bǔ)償主變壓器無功損耗是該變電站容性無功補(bǔ)償裝置的目的，并實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)最大程度的無功補(bǔ)償。一般而言，要以主變壓器容量的10%～30%為基礎(chǔ)來進(jìn)行容性無功補(bǔ)償裝置容量的配置，同時，還要盡量滿足35～110 kV 主變壓器的負(fù)荷要求及規(guī)定。通常在實(shí)際疏松的過程中，高壓側(cè)功率因素都會大于0.95。如果變電站中配置有單臺容量大于40 MV·A 的主變壓器，就必須配備兩組甚至兩組以上容性無功補(bǔ)償裝置，以保證在最大程度上補(bǔ)償、抵消輸電網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的多余電流。

對變電站本身的無功損耗進(jìn)行有效補(bǔ)償是變電站補(bǔ)償?shù)淖钪饕绞健Ｏ旅媸菍ψ冸娬狙a(bǔ)償容量進(jìn)行確定的相關(guān)方式和依據(jù)。

首先，對于變電站而言，通常會選擇補(bǔ)償變壓器來實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，空載和負(fù)載情況下的無功損耗補(bǔ)償都包括在其中。通常情況下，補(bǔ)償35 kV、110 kV 變壓器的容量分別按照主變壓器容量的10%～15%和15%～20%進(jìn)行配置。

其次，從我國目前的實(shí)際情況來看，很多變電站是在長時間輕負(fù)荷的狀態(tài)下供電，這種情況下可以考慮取最小值的補(bǔ)償容量，即主變壓器容量的10%。如果變電站在后期的使用過程中出現(xiàn)供電負(fù)荷上漲的情況，則需要根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際的用電情況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整補(bǔ)償容量，從而確保電網(wǎng)整體供電的安全性和可靠性。

再次，一般在冬夏季晚上這種用電的高峰期，變電站的供電負(fù)荷會有明顯上漲，電壓下降趨勢也很明顯，不能保證所有用戶的正常用電。針對這種情況，不僅要及時對補(bǔ)償容量進(jìn)行有效調(diào)整，還要對實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，并及時增添臨時的設(shè)備，用在補(bǔ)償容量超過正常容量的情況下，合理有效地轉(zhuǎn)移多余的補(bǔ)償容量。

最后，可以考慮采取減少無功補(bǔ)償設(shè)備分組數(shù)量的方式節(jié)約成本。一般情況下，會考慮讓二次負(fù)荷側(cè)的母線進(jìn)行分段運(yùn)行，并將無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備按照實(shí)際情況分成兩組。這樣不僅能很好地滿足兩臺主變電器切除與投入的需求，也能最大程度上確保兩臺主變電器正常運(yùn)行，避免某些浪費(fèi)。

4 結(jié)論

電氣自動化設(shè)備會受到很多復(fù)雜因素的影響，而這些因素又在不斷發(fā)生改變，所以，深入研究和分析無功補(bǔ)償技術(shù)已成為一種必然趨勢和學(xué)術(shù)研究的重點(diǎn)。有學(xué)者提出，無功補(bǔ)償技術(shù)能有效促進(jìn)整個電力供應(yīng)系統(tǒng)工作效率和質(zhì)量的提高，并減少電力資源的損壞，降低設(shè)備故障率。基于此，政府相關(guān)部門要積極推進(jìn)無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展并對其給予足夠的重視，同時還需要積極引進(jìn)先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，從實(shí)際出發(fā)制定出具備可行性和適合現(xiàn)階段及未來發(fā)展的無功補(bǔ)償方案，將無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的作用最大程度地發(fā)揮出來。