電氣工程及其自動化無功補償技術(shù)的實際應(yīng)用研究

湛偉越

摘 ? 要：在我國電氣工程自動化水平的逐步提高下，以無功補償技術(shù)為代表的各種先進(jìn)電力技術(shù)也得到極大發(fā)展，為提高電力供給效率，控制供電設(shè)備損耗等均發(fā)揮了重要作用。在這一背景下，本文將在闡明無功補償技術(shù)基本內(nèi)涵與主要技術(shù)特征的基礎(chǔ)上，以某變電站為例對電氣工程及其自動化無功補償技術(shù)的實際應(yīng)用進(jìn)行簡要分析研究。

關(guān)鍵詞：電氣工程 ?自動化 ?無功補償技術(shù)

中圖分類號：TM761 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）02（c）-0045-02

電氣工程在實現(xiàn)自動化發(fā)展的過程中，也伴隨出現(xiàn)了各種諧波問題以及動態(tài)補償?shù)葐栴}，而傳統(tǒng)的靜態(tài)無功補償技術(shù)顯然已經(jīng)難以與現(xiàn)代化、智能化的電力行業(yè)發(fā)展需求相符合。為此有必要加強對動態(tài)無功補償技術(shù)及其實際應(yīng)用的深入研究。本研究可為相關(guān)研究人員給予一定理論參考之余，也為自動化無功補償技術(shù)在電氣工程中的高效利用提供相關(guān)實踐指導(dǎo)與幫助。

1 ?無功補償技術(shù)的簡要概述

1.1 基本內(nèi)涵

以無功補償理論為基礎(chǔ)的無功補償技術(shù)，指的就是一種在相同線路上實現(xiàn)感性功率負(fù)荷和有容性功率負(fù)荷裝置的有效并聯(lián)的技術(shù)。使得電能可在電網(wǎng)中任意進(jìn)行兩種負(fù)荷交換，互相為對方補償無功功率，進(jìn)而在有效提升供電系統(tǒng)電網(wǎng)功率因素的同時，達(dá)到控制供電設(shè)備、線路等對電能產(chǎn)生的損耗，實現(xiàn)供電效率最大化，切實保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行[1]。具體來說，電網(wǎng)中使用并聯(lián)的補償電容器時，變壓器負(fù)載電壓會因此受到一定影響而發(fā)生變化，故而為使得負(fù)載電壓始終具有較高質(zhì)量水平，可根據(jù)實際情況對電容器進(jìn)行無功補償?shù)耐度牖蚯谐Ｔ陔娙萜魍度胝{(diào)整時，如果分別用和表示電容器投入前后，變壓器負(fù)載因數(shù)與負(fù)載側(cè)功率增加因數(shù)，用U20與U2+分別表示電容器投入前后，變壓器負(fù)載電壓與電壓增加值，則有：

在該公式當(dāng)中，變壓器自身負(fù)載側(cè)額定電壓與電源側(cè)運行電壓分別用U2N和UX進(jìn)行表示，變壓器運行時的電壓則用U1進(jìn)行表示。在切除電容器的過程中，如果分別用和表示其負(fù)載側(cè)功率及其減少因數(shù)，用U20與U2-分別表示電容器切除時其負(fù)載側(cè)電壓值及其電壓減少值，則有：

1.2 技術(shù)特征

當(dāng)前在無功功率中較為常見的設(shè)備主要包括異步電動機以及變壓器等，其中異步電動機與變壓器在整體中的所占比重分別約為60%和20%，另外還有包括整流器和供電線路等在內(nèi)的其他基礎(chǔ)設(shè)備。但整體來看，異步電動機設(shè)備上產(chǎn)生的無功功率消耗最大，而無功功率在線路、整流器等基礎(chǔ)設(shè)備以及變壓器當(dāng)中的消耗量基本相同。供電企業(yè)通過根據(jù)自身實際情況靈活運用無功補償技術(shù)，可使得供電效率以及用戶用電因數(shù)得到明顯提升，在保障電網(wǎng)整體實現(xiàn)安全穩(wěn)定運行的同時，有效增強電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，控制電能損耗。

2 ?電氣工程自動化中無功補償技術(shù)的實際應(yīng)用

2.1 FC+TCR型補償設(shè)備

為有效說明電氣工程及其自動化無功補償技術(shù)的應(yīng)用，本文以某變電站為例。該變電站負(fù)責(zé)為所在城市的中心區(qū)域供電，輸配電線路采用分級補償、就地平衡的方式進(jìn)行輸電。需要配電線路內(nèi)以及用電用戶在電量接收中，能夠有效平衡無功功率，變電站則基本不為其提供無功功率。因此在該變電站中，除了使用主變壓器作為無功補償設(shè)備之外，還在無功補償技術(shù)原理下，采用了FC+TCR型補償設(shè)備。即在電網(wǎng)當(dāng)中以串聯(lián)形式分別接入一個電抗器與兩個反并聯(lián)晶閘管，其中TCR裝置等同于交流調(diào)壓器電路接電感性負(fù)載，電路在90°～180°之間可進(jìn)行有效移相。在觸發(fā)角達(dá)到90°的情況下，晶閘管實現(xiàn)全導(dǎo)通，此時其導(dǎo)通角為180°，電抗器可吸收最大無功電流。鑒于TCR響應(yīng)時間不超過半周波，能夠持續(xù)對無功功率進(jìn)行吸收，但電流中容易存在諧波并出現(xiàn)較大功率損耗，因此該變電站通過將TCR與并聯(lián)電容器進(jìn)行相互整合，利用TCR+FC型補償設(shè)備，即將一定數(shù)量的不可控電容器和TCR并聯(lián)接入同一電網(wǎng)中，電容器容量與負(fù)載所需無功總量相一致，電感為可變電感[2]。變電站工作人員通過對該補償設(shè)備的雙向晶閘管導(dǎo)通角的大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到有效控制補償器吸收的無功分量，實現(xiàn)對無功功率進(jìn)行靈活調(diào)整的目的。在導(dǎo)通角為0°的情況下，晶閘管全導(dǎo)通，此時電感支路消耗無功功率最大，補償器向系統(tǒng)輸出的無功功率最小。當(dāng)導(dǎo)通角逐漸增大并最終達(dá)到90°時，電感支路電流將會逐漸減小直至斷開，此時電感幾乎不吸收無功功率，補償器所輸出的無功功率將最大。

2.2 變電站無功補償應(yīng)用

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，該變電站根據(jù)30%主體變壓器容量配置容性無功補償設(shè)備容量，要求其與35～110kV變壓器負(fù)荷相吻合，在輸電線路實際運行時，高壓電流側(cè)功率因數(shù)需至少達(dá)到0.95。如果變電站中單個變壓器容量在40MVA以上，則需為單個變壓器同時配置至少兩組無功補償裝置，以此有效達(dá)到無功補償?shù)男в谩?5%和20%主變壓器容量分別為該變電站35kV以及110kV變電設(shè)備d 補償容量。由于變電站負(fù)責(zé)為市中心區(qū)域供電，其供電運行狀態(tài)基本以輕負(fù)荷形式為主，通常無功補償取最小值，即將10%主變壓器容量作為無功補償值[3]。使變電站在空載運行狀態(tài)下產(chǎn)生的無功損耗略低于無功補償值。為了能夠滿足變電站不斷增長的設(shè)備運行負(fù)荷需求，相關(guān)工作人員在充分結(jié)合變電站實際情況的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格依照國家相關(guān)規(guī)定要求，建立了較為完善的補償調(diào)整制度，對無功補償調(diào)整方式、無功補償值等進(jìn)行統(tǒng)一明確，使得供電穩(wěn)定性得到了極大保障。

在夏季、冬季等用電高峰時期，變電站設(shè)備會出現(xiàn)較大負(fù)荷，此時電壓經(jīng)常會出現(xiàn)明顯下降的情況，進(jìn)而難以始終維持較高的供電質(zhì)量水平。變電站工作人員通過認(rèn)真遵循無功補償調(diào)整制的相關(guān)規(guī)定要求，合理選擇補償容量即可。而如果變電站所選補償容量比經(jīng)濟補償容量要大，則在條件允許的情況下，變電站可臨時增加部分設(shè)備，將補償調(diào)整至各子變電站中，進(jìn)而獲得更加理想的無功補償效果。另外，如果變電站區(qū)域內(nèi)，電力用戶以及配電回路無功補償不理想，則變電站同樣需要根據(jù)實際情況，臨時增設(shè)相關(guān)設(shè)備，使得無功補償容量可以得到一定提升，變電站在有效承擔(dān)補償差額的同時，使得整體設(shè)備可以維持穩(wěn)定、較高的運行效率。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)工作人員對站內(nèi)無功補償設(shè)備，使用兩次負(fù)荷側(cè)母線分段運行方式，將其分成兩組。用以對變電站中的各主變電器運行進(jìn)行分別有效控制，同樣也可以在節(jié)約變電站無功補償成本的同時，使其能夠獲得良好的經(jīng)濟效益。

3 ?結(jié)語

綜上，無功補償技術(shù)有助于供電企業(yè)與用戶提高供電效率及用電因數(shù)，將電網(wǎng)運行中的電能消耗減至最少，切實保障電網(wǎng)實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。為此相關(guān)工作人員需要在結(jié)合實際需要的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照國家相關(guān)規(guī)定要求，合理運用無功補償技術(shù)，并依托該技術(shù)自主研發(fā)更多功能強大的自動化無功補償設(shè)備，從而在充分發(fā)揮其應(yīng)有效用，自動調(diào)控補償容量下能夠獲得更加理想的電網(wǎng)運行效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 范瑞云.淺談無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機，2019，50（3）：252-253.

[2] 張歡歡.智能無功補償技術(shù)在電氣工程自動化中應(yīng)用研究[J].科技風(fēng)，2017（20）：150.

[3] 朱晶晶，曾龍，王善彪.智能無功補償技術(shù)在電氣工程自動化中應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（10）：160.