動態(tài)無功補償裝置的應(yīng)用和分析

馬云莉

（儀征化纖股份有限公司，江蘇 揚州 225000）

1 概述

對于現(xiàn)代企業(yè)來說，生產(chǎn)過程中需要各種類型的設(shè)備，如電動機、電焊機、空調(diào)機等，且在生產(chǎn)過程中，這些用電設(shè)備的運行時間和效率各有不同，對電網(wǎng)的需求和影響也各有不同，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。特別是大量非線性負載的應(yīng)用和增加，易引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，引起電網(wǎng)的諧波“污染”，使得供電系統(tǒng)故障或電能質(zhì)量惡化，不僅會導(dǎo)致供用電設(shè)備本身的安全性降低，而且會嚴重削弱和干擾電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，甚至可能會給企業(yè)生產(chǎn)帶來毀滅性的影響。

2 無功補償?shù)谋匾?/h2>

在電網(wǎng)中，由電源供給負載的電功率有兩種：一種是有功功率，另一種是無功功率。有功功率是純電阻性負載消耗的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（機械能、光能、熱能）的電功率。無功功率是用于電路內(nèi)電場與磁場，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持交變磁場和感應(yīng)磁通，完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，不對外做功，為系統(tǒng)提供電壓支撐，在電源與負荷之間提供電壓降落所需的電功率。因此，“無功”并非指沒有用的功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。

在正常情況下，用電設(shè)備不但要消耗有功功率，同時還需要消耗一定的無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供應(yīng)不足，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運行和電網(wǎng)的穩(wěn)定性，因此，非常有必要進行無功功率的補償。

安全性：電力系統(tǒng)中無功功率平衡水平對電壓水平有較大的影響。當無功功率損耗較大時，將引起系統(tǒng)電壓大幅度下降，影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。尤其是在沖擊性負荷存在的情況下，會引起無功的沖擊，將影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

經(jīng)濟性：工廠供電的總體方案是：變壓器—>配電柜—>用電設(shè)備。工廠的很大一部分用電設(shè)備為感性負載。如電動機、電焊機、空調(diào)機等。當它們投入運行以后，將產(chǎn)生很大的感性電流，這種電流不做功，是無功電流。由于它的存在，使得在供電網(wǎng)絡(luò)中及變壓器中，流過的電流就是電感電流與電阻電流之和，即I=IR+IL。工廠消耗的電能最后歸結(jié)到變壓器為S=3UI=3U（ IR+IL）（kVA）。由于大量無功功率的存在，造成企業(yè)消耗大量的無謂的能耗。隨著企業(yè)節(jié)能意識的提高，減少能源消耗的意愿增強，減少無功功率成為企業(yè)節(jié)能降耗的一項關(guān)鍵技術(shù)和首選方案。

同時，系統(tǒng)內(nèi)的損耗大小與電感電流的平方成正比，這些損耗在變壓器及線路中轉(zhuǎn)變成熱量散發(fā)，使得變壓器及配電設(shè)備溫度升高。不僅影響設(shè)備的利用率，還由于溫度過高，破壞設(shè)備的絕緣，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至損壞設(shè)備。所以怎樣減少電感電流，就成了企業(yè)減少能源損耗，設(shè)備挖潛增加經(jīng)濟效益與社會效益的必由之路。

3 方案選擇和分析

XX化纖廠3#分廠變壓器容量2000kVA，功率因數(shù)平均在0.75-0.85，存在有較大的提升空間，在進行項目實施前，對影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性的因素進行了分析和總結(jié)，具體如下：

（1）雷電；（2）大型沖擊性負荷，如電弧爐等。（3）各種故障，如系統(tǒng)故障、操作故障等；（4）重負荷的投入和退出，如大型電機的投入；（5）非線性負荷的存在，如電焊機等；（6）不對稱負荷的存在，如牽引機車；

為平衡電網(wǎng)的無功，提高電能的利用率，容性無功補償就成為電網(wǎng)無功補償?shù)闹饕侄?。無功補償經(jīng)過多年的發(fā)展后，經(jīng)歷了一個不斷創(chuàng)新、發(fā)展完善的過程。主要分為四個階段：固定補償時代→機械自動投切時代→晶閘管半控時代→IGBT全控時代。

經(jīng)過對多個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品分析和比較后，決定選擇ABB公司的SRV型動態(tài)無功補償裝置，其輸出隨電力系統(tǒng)負載參數(shù)而變化的。通過迅速控制其無功功率輸出，SRV調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，改善暫態(tài)穩(wěn)定，增加輸電容量，減少瞬時過電壓，增加系統(tǒng)振蕩的阻尼和阻尼次同步諧振。使整個裝置無功輸出呈連續(xù)變化，靜態(tài)和動態(tài)地使電壓保持在一定范圍內(nèi)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)果分析

無功補償裝置投入運行后，效果明顯，電網(wǎng)的穩(wěn)定性有較大提高，諧波分量大幅減少，系統(tǒng)投運前后的波形對比圖如下。

圖1 補償無功和諧波前后的電壓及電流波形圖

圖2 補償無功和諧波前后的三相電流波形圖

采用無功補償后收到以下效果：（1）供電電能質(zhì)量大幅度提高，電壓穩(wěn)定，電壓、電流的諧波大量減少，用電設(shè)備的干擾對電網(wǎng)的影響減少，提高了供電的穩(wěn)定性。

（2）功率因數(shù)提高，達到0.96（投運前0.8），系統(tǒng)供電能耗降低，線路損耗減少。

（3）延長設(shè)備壽命。 改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使變壓器、開關(guān)等機器設(shè)備和線路容量負荷降低，降低了設(shè)備的溫升增加壽命（溫度每降低10°C，壽命可延長1倍）。

結(jié)語

由于企業(yè)存在大量的感性負載，且負載運行時間時刻在變化，對電網(wǎng)的無功需求時刻在變化，且需求量相當大，XX化纖廠依據(jù)自身設(shè)備負載進行詳細的無功補償裝置選型和設(shè)計，投入運行結(jié)果顯示，采用動態(tài)無功補償，具有較好的安全性和經(jīng)濟性，具有很強的推廣價值。

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[Z].2003.