電氣自動化中的無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用

李 鑫

（山東科技大學(xué)濟(jì)南校區(qū)，山東 濟(jì)南 250031）

1 無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用解析

1.1 概 念

無功補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用，主要目標(biāo)是提升電網(wǎng)效率。它的應(yīng)用可以降低變壓器損耗，提升供電效率，改善供電周邊環(huán)境[1]。無功補(bǔ)償裝置有利于延長有關(guān)線路的使用壽命，降低其他因素對電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的負(fù)面影響，保障供電質(zhì)量。

1.2 技術(shù)特征

第一，在輸送較遠(yuǎn)距離的電能時(shí)，提升了對受電終端、發(fā)電系統(tǒng)的要求，兩端需要滿足充足的電壓差。但是，電壓差較大時(shí)，輸出有功功率的損耗會增大，進(jìn)而降低供電的效益，導(dǎo)致電氣節(jié)能工程開展緩慢，因此該技術(shù)不適應(yīng)遠(yuǎn)距離電能運(yùn)輸。第二，電能獲取的多面性。在傳統(tǒng)發(fā)電模式下，有功發(fā)電是主流。該方式對電能的獲取以發(fā)電機(jī)獲取為主。無功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用利用無功服務(wù)獲得電能的方法較為多樣，除發(fā)電機(jī)之外，還有從調(diào)相機(jī)途徑獲取等方式[2]。第三，該技術(shù)的使用需要分別控制電壓。整體電力系統(tǒng)中，控制頻率時(shí)一般以有功平衡作為主體，但對應(yīng)電壓控制卻利用無功平衡實(shí)現(xiàn)，在全網(wǎng)統(tǒng)一頻率的背景下控制好電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓，進(jìn)而能達(dá)成無功平衡的效果。

1.3 應(yīng)用問題

對國內(nèi)當(dāng)下的無功補(bǔ)償技術(shù)分析可知，該技術(shù)現(xiàn)階段的發(fā)展十分迅速，也已經(jīng)取得了一定的發(fā)展成果，但也存在一些問題影響了技術(shù)應(yīng)用的效果。第一，無功補(bǔ)償類裝置會受到系統(tǒng)諧波等方面的影響。當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，補(bǔ)償裝置本身的電容壽命會因系統(tǒng)諧波而受到影響，導(dǎo)致設(shè)備的維護(hù)成本增長。此外，系統(tǒng)本身產(chǎn)生的諧波最終也會增加設(shè)備的損壞概率。第二，輸電過程中配置的欠合理會影響技術(shù)應(yīng)用的效果。無功電流傳輸進(jìn)高壓變電站時(shí)，也會經(jīng)過不同低壓變電站，此時(shí)若進(jìn)行遠(yuǎn)距離電流運(yùn)輸，則運(yùn)輸途中會導(dǎo)致電能加高，造成電路存在較大損傷。第三，分析現(xiàn)階段國內(nèi)的無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用狀況發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下該技術(shù)仍存在一定的局限性。該技術(shù)在國內(nèi)的起步相對較晚，但發(fā)展速度相對較快，易導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用時(shí)面臨一定的設(shè)備、技術(shù)欠完善問題，最終影響技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際效果。

1.4 應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著電氣自動化的高速發(fā)展，更多新型技術(shù)融入其中。其中，無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用提高了電氣系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性，并增強(qiáng)了整體系統(tǒng)的抗干擾性能。在無功補(bǔ)償技術(shù)的廣泛應(yīng)用下，該技術(shù)被應(yīng)用于不同領(lǐng)域，不僅代表著該技術(shù)的深入發(fā)展，更標(biāo)志著國內(nèi)多領(lǐng)域的進(jìn)一步優(yōu)化及發(fā)展。例如，該技術(shù)可應(yīng)用于固定濾波器、可控飽和電抗器，通過對后者飽和程度的持續(xù)性調(diào)節(jié)，改變系統(tǒng)內(nèi)回路感性電流，使得無功補(bǔ)償技術(shù)內(nèi)電流以及多余容性的無功電流互相結(jié)合，充分改善工作環(huán)境，降低設(shè)備的不必要損耗以及可能導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失，且最大程度上降低設(shè)備產(chǎn)生的噪音。此外，該技術(shù)在電容器、電抗器調(diào)壓以及固定濾波器中的應(yīng)用，能持續(xù)性調(diào)節(jié)電氣系統(tǒng)內(nèi)的變壓器，從而降低系統(tǒng)的資源損耗。可見，該技術(shù)的應(yīng)用對國內(nèi)電氣自動化的發(fā)展影響重大。電氣工作者要了解該技術(shù)的應(yīng)用意義、應(yīng)用問題以及應(yīng)用要求，從實(shí)際應(yīng)用需求出發(fā)進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用，并不斷嘗試和優(yōu)化，使其充分發(fā)揮作用。

2 電氣自動化中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用要求及意義

2.1 應(yīng)用要求之利用平衡性原則

第一，用電設(shè)備負(fù)荷實(shí)現(xiàn)相對平衡后，使用次數(shù)將相對增長，容量也會相對增大，此時(shí)要對無功補(bǔ)償類裝置和電氣設(shè)備同時(shí)通電。第二，系統(tǒng)內(nèi)低壓無功負(fù)荷需要低壓電容器來開展，并借助高壓電壓器作出系統(tǒng)內(nèi)高壓無功電荷的補(bǔ)償。

2.2 應(yīng)用要求之明確電容器運(yùn)用條件

系統(tǒng)內(nèi)自然功率因數(shù)提升時(shí)或者有關(guān)工藝以及設(shè)計(jì)存在較大差距時(shí)，工作人員可利用無功補(bǔ)償裝置。在該類裝置選擇上，以并聯(lián)電容器為主。此外，電容器的規(guī)格也有所要求：高壓供電單位電壓10 kV，以降低對電容器帶來的損耗，或低壓供電單位功率因數(shù)在0.85以下，以保障輸電工作的效率。

2.3 應(yīng)用要求之選擇電動機(jī)和變壓器

變壓器容量和數(shù)量或者電動機(jī)的選擇，都與無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用相關(guān)。工作人員要從實(shí)際狀況出發(fā)進(jìn)行選擇。電動機(jī)、變壓器要在一定程度上能降低線路感抗，以保障該技術(shù)的應(yīng)用，較為順利地融入電氣自動化系統(tǒng)。當(dāng)現(xiàn)有工藝、條件與設(shè)計(jì)條件不符時(shí)，工作人員可利用間歇工作制設(shè)備或者同步電動機(jī)兩類方式，提升電力系統(tǒng)內(nèi)的自然功率因數(shù)。

2.4 無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用意義

作為一類應(yīng)用于線路的保護(hù)類裝置，無功補(bǔ)償裝置以及技術(shù)的應(yīng)用肩負(fù)著保障企業(yè)安全的重要職責(zé)，能在最大程度內(nèi)降低企業(yè)線路的損害，延長線路壽命，為企業(yè)節(jié)約成本。第一，該技術(shù)在電力系統(tǒng)內(nèi)

的應(yīng)用屬于自發(fā)進(jìn)行狀態(tài)，可在較短時(shí)間內(nèi)完成電力系統(tǒng)內(nèi)無功功率的補(bǔ)償，保障電力系統(tǒng)本身的運(yùn)行安全及穩(wěn)定。運(yùn)行中，電氣設(shè)備的壓力大大降低，最終充分發(fā)揮電力設(shè)備的功能及作用。第二，國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動著電氣工程持續(xù)發(fā)展，而電氣工程的持續(xù)發(fā)展也在很大程度上改善著國內(nèi)民眾的生活。不同人群的生產(chǎn)和生活對電氣工程的依賴性不斷增長，會加大電氣損耗。電氣系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償技術(shù)是較為重要的組成部分，但應(yīng)用效果需要進(jìn)一步提升。因此，要結(jié)合無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用的不足，討論和分析該技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用，爭取逐步提升其應(yīng)用質(zhì)量，促進(jìn)國內(nèi)電氣自動化事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。在近年機(jī)電一體化的發(fā)展影響下，電氣自動化的發(fā)展呈現(xiàn)良好的發(fā)展?fàn)顩r，其中無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用程度更高、應(yīng)用范圍更廣。補(bǔ)償裝置本身具有多方面優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)對人力物力資源的節(jié)約和合理利用，降低能源損耗，充分提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，對國內(nèi)電氣自動化的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

3 電氣自動化中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用方向

3.1 跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是利用低壓電容器組以補(bǔ)償用戶的配變低壓側(cè)結(jié)果。此外，需同時(shí)利用投切裝置，將其作為主要控制和保護(hù)裝置。該類狀況一般適用的配變用戶標(biāo)準(zhǔn)大于100 kVA[3]。跟蹤補(bǔ)償能可靠跟蹤無功負(fù)荷的變化狀況，運(yùn)行操作靈活性較高且補(bǔ)償效率也較高。但和其他方式相比，該類補(bǔ)償所需的投資更多，投切裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)某一元器件發(fā)生故障，會影響整體的電容器投切效果，一般較適應(yīng)于負(fù)荷和容量都較大的一類配變系統(tǒng)。

3.2 隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償需要經(jīng)低壓電容器組和電動機(jī)兩者間的并接實(shí)現(xiàn)，并要把保護(hù)裝置和控制裝置同時(shí)與電動機(jī)進(jìn)行投切。以縣級配電網(wǎng)為例，無功功率的來源主要是電動機(jī)，以無功補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行無功平衡的維持，能在提升出力的同時(shí)降低損耗。當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隨機(jī)補(bǔ)償方式的應(yīng)用能及時(shí)無功補(bǔ)償，且當(dāng)設(shè)備停運(yùn)后自動退出無功補(bǔ)償。所需的投資相對更小，且占地面積較小，現(xiàn)場安裝所需的工藝技術(shù)較為簡單，在后續(xù)運(yùn)行中的可靠性較高，事故發(fā)生概率也低。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)奶卣鲀?yōu)勢促使它的補(bǔ)償效果更顯著，值得電力企業(yè)結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行研究運(yùn)用。

3.3 隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償在于對配電空載進(jìn)行無功補(bǔ)償，基礎(chǔ)是低壓熔斷器，并把配電二次側(cè)以及低壓電容器進(jìn)行連接處理[4]。當(dāng)配變在輕載和空載的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，相對應(yīng)無功負(fù)荷是空載勵(lì)磁無功。運(yùn)用中該類補(bǔ)償更加簡單和直接，接線設(shè)計(jì)的復(fù)雜性較低，且后期開展運(yùn)行管理的難度較小，是當(dāng)下較常見且效果較佳的一類補(bǔ)償方法。

4 電氣自動化中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用功能

該技術(shù)屬于電網(wǎng)分配調(diào)節(jié)中的一類專門技術(shù)，運(yùn)用時(shí)不同設(shè)備存在的無功功率自然也有差異，且無功功率會受多個(gè)方面的直接限制。電路中進(jìn)行無功補(bǔ)償，主要功能和作用在于兩個(gè)方面。一方面，電力系統(tǒng)供電中，電網(wǎng)功率會降低，此時(shí)線路和變壓器會造成損傷。無功補(bǔ)償能解決該類問題，提升輸電平衡性和穩(wěn)定性，在改善用電質(zhì)量的同時(shí)，降低損耗，節(jié)約成本。另一方面，系統(tǒng)內(nèi)損耗能源的數(shù)目較多時(shí)，電壓電荷會變大，應(yīng)用該技術(shù)能進(jìn)一步提升系統(tǒng)效率，有效降低電力系統(tǒng)帶來的損耗。

5 電氣自動化中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用完善

5.1 以用戶需求選擇裝置

運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)需要進(jìn)行有關(guān)裝置的選擇。工作人員要能從用戶的需求出發(fā)進(jìn)行裝置選擇。選擇元器件中，以無功補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，以此降低因諧波而對電容造成的影響。

5.2 合理確定無功補(bǔ)償容量

確定容量中，工作人員需對各地狀況開展實(shí)地考察，從實(shí)際狀況出發(fā)，選擇新興技術(shù)、熟練技術(shù)配置配電網(wǎng)，盡可能提升補(bǔ)償有效性，進(jìn)而達(dá)成無功補(bǔ)償?shù)闹饕繕?biāo)。

5.3 強(qiáng)化宣傳和技術(shù)培訓(xùn)

在宣傳內(nèi)容方面，工作人員需對客戶進(jìn)行無功補(bǔ)償知識點(diǎn)的適度宣傳和普及，使其明確該類技術(shù)的優(yōu)勢，了解其具備的功能，如節(jié)約用電量等。在宣傳手段上，要將常規(guī)宣傳和線上宣傳同步抓起，在線上利用視頻、圖文等方式向人們介紹技術(shù)的使用優(yōu)勢、有關(guān)設(shè)備等，并利用耗電實(shí)驗(yàn)的展示，使人們真切從數(shù)據(jù)層面體會到無功補(bǔ)償?shù)暮锰帯Ｔ诩夹g(shù)培訓(xùn)上，主要針對工作人員展開。有關(guān)企業(yè)需要針對該項(xiàng)技術(shù)對內(nèi)部員工、新聘員工進(jìn)行定期性技術(shù)培訓(xùn)，使其熟悉無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)操作以及各設(shè)備的選擇標(biāo)準(zhǔn)、安裝運(yùn)轉(zhuǎn)等狀況，從而滿足無功補(bǔ)償?shù)淖鳂I(yè)需要。此外，工作人員對應(yīng)急性的處理措施的掌握也十分重要。工作人員應(yīng)了解熟悉電力系統(tǒng)、無功補(bǔ)償運(yùn)轉(zhuǎn)中會出現(xiàn)的各類狀況以及解決方法，提升解決問題的能力，并細(xì)致制定應(yīng)急預(yù)案，從而預(yù)防并處理各類突發(fā)狀況。

6 結(jié) 論

在電氣自動化中，無功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用十分關(guān)鍵。因此，闡述無功補(bǔ)償技術(shù)的概念，探索其技術(shù)特征、應(yīng)用要求、應(yīng)用方向以及應(yīng)用功能和完善措施，力求能為業(yè)內(nèi)工作者提供理論經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮無功補(bǔ)償技術(shù)的功效，促使電氣自動化實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。