無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應用探析

蔡永超

(陜西清水川能源股份有限公司，陜西 咸陽 719400)

無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應用探析

蔡永超

(陜西清水川能源股份有限公司，陜西 咸陽 719400)

通過對無功補償技術(shù)的特點、作用、研究現(xiàn)狀以及趨勢等方面展開分析，進一步探討其在電氣自動化中的實際應用價值。

無功補償技術(shù)；特點；作用；電氣自動化；應用

0 引言

無功補償技術(shù)在整個供電系統(tǒng)中起到了提高電網(wǎng)功率因數(shù)、降低變壓器及輸電線路損耗的作用，大大提高了供電效率，改善了供電環(huán)境，在實現(xiàn)電氣自動化的過程中占據(jù)著非常重要的位置。在電氣自動化領(lǐng)域合理地應用無功補償技術(shù)，可以在很大程度上減少電網(wǎng)損耗，提高供電質(zhì)量。

1 無功補償技術(shù)的特點

1.1 無功補償費用分析具有一定的復雜性

相對于有功補償，無功補償?shù)倪\行費用比較低，但是其投資費用比較大，分析起來比較復雜。無功補償不需要消耗燃料，但是為了確保其可以和機組運行實現(xiàn)同步，無功補償?shù)馁M用與整個機組的運行費用是整合為一體的，因此很難將無功補償費用從總的運行費用中分離出來。在電網(wǎng)運行過程中，各個參與部分需要共同承擔控制電網(wǎng)電壓的任務，也就是說，每個用戶和發(fā)電廠都應該執(zhí)行自己的電壓和功率因數(shù)限額。無功補償具有一定的地域性及多樣性，在此基礎(chǔ)上，無功補償服務的最優(yōu)定價問題將會比有功補償服務更加復雜。

1.2 無功補償運行方式具有一定的多樣性

無功補償運行方式具有一定的多樣性。一般情況下，有功補償?shù)倪\行動力只能依靠發(fā)電機來提供，運行方式比較單一，而且費用比較高。但是無功補償運行方式有很多，除了依靠發(fā)電機以及負荷來提供之外，還可以通過調(diào)相機、靜止無功補償發(fā)生器以及輸電線路等多種無功源來提供，這就使得無功補償具有一定的選擇性，可以結(jié)合實際情況采用最合適的方式方法，這也是無功補償?shù)囊淮髢?yōu)勢所在。

1.3 無功補償控制具有一定的分散性

無功補償在電壓控制方面還具有一定的分散性，通常情況下，頻率控制需要實現(xiàn)有功補償?shù)钠胶狻Ｔ跓o功補償中，電壓的控制也要實現(xiàn)無功補償?shù)钠胶?。但是電壓在每個節(jié)點是不一樣的，所以無功補償在每個節(jié)點的平衡也是不一樣的，只有將無功平衡與相對應的節(jié)點結(jié)合，每一節(jié)點的電壓才能得到有效控制，才能保證整個電網(wǎng)的平衡。因此，無功補償?shù)目刂凭哂幸欢ǖ姆稚⑿浴?/p>

2 無功補償技術(shù)的作用

無功補償技術(shù)的應用在很大程度上提高了電網(wǎng)以及負載的功率因數(shù)，大大提高了電網(wǎng)以及負載的運行效率，同時降低了輸電線路緊急用電設(shè)備所需要的容量，減少了不必要的資源浪費，保證了資源的合理利用，提高了經(jīng)濟效益。此外，無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應用大大穩(wěn)定了電網(wǎng)電壓，一定程度上提高了供電質(zhì)量。并且在長距離輸電線路中，如果安裝合適的動態(tài)無功補償設(shè)備，并配備合適的調(diào)節(jié)器，那么可以在一定程度上提高電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及輸電能力，同時還可以保障電力系統(tǒng)的抗干擾能力，保證系統(tǒng)的平衡運行。如果在電氣自動化系統(tǒng)中出現(xiàn)三相負載不平衡的現(xiàn)象，由于無功補償控制具有一定的分散性，可以很好地對其進行調(diào)整，保障三相負載的平衡。近年來，靜止無功補償發(fā)生器在電氣自動化中的應用越來越廣泛，其設(shè)置與應用可以改善電網(wǎng)的電壓波形，減少諧波分量，同時可以解決負序電流問題，避免高次諧波引起的附加電能損失以及局部過熱現(xiàn)象，保障了各方面設(shè)備的良好運行，大大提高了電網(wǎng)系統(tǒng)的運行效率。

3 無功補償技術(shù)電氣自動化中的實際應用

3.1 無功補償技術(shù)在煤礦中的應用

無功補償技術(shù)在煤礦井下供電系統(tǒng)中起著非常重要的作用，應用無功補償技術(shù)有利于提高功率因數(shù)，減少系統(tǒng)壓降，大大改善電壓質(zhì)量。無功補償設(shè)備的應用還在很大程度上降低了線路以及變壓器的損耗，減少了電費，進而減少了經(jīng)濟成本的投入，提高了效益。此外，其還可以增加設(shè)備輸出容量，使負荷電流得以降低，進一步減小變壓器容量，促進煤礦井下供電系統(tǒng)的良好運行。

3.2 真空斷路器投切電容器的應用

在無功補償技術(shù)中，電容器組通過高壓母線上的電壓互感器的一次繞組放電，一般情況下不會安裝專門的放電設(shè)備。為了防止發(fā)生電容器高壓擊穿的現(xiàn)象，通常會在電容器組中裝設(shè)熔斷器作為短路保護，同時還會串聯(lián)合適的電抗器，這是為了減小電容器組合閘時產(chǎn)生的沖擊，也是為了防止電容器與線路電感發(fā)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象。合適的電抗器可以有效地對高壓線路、變壓器以及電力系統(tǒng)進行無功功率補償，可以在很大程度上提高電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高電網(wǎng)運行效率，節(jié)約資源成本的投入，提高社會效益和經(jīng)濟效益。

3.3 固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器的應用

固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器在電氣自動化中的作用與真空斷路器投切電容器的作用是不同的，固定濾波器是按照諧波的要求進行設(shè)計的，反并聯(lián)晶閘管和電抗器串聯(lián)，依靠改變晶閘管觸發(fā)角的方式來調(diào)節(jié)經(jīng)過電抗器的感性電流，并使其與并聯(lián)的濾波器中多余的容性無功補償電流相平衡，滿足功率因數(shù)要求，保障電網(wǎng)運行功率，使其穩(wěn)定而又高效地運作。長時間地投入固定濾波器，可以大大加快電網(wǎng)的響應速度，同時還能減少所需要晶閘管的數(shù)量，在很大程度上加強電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)的平衡運行。

3.4 變電站無功補償技術(shù)的應用

變電站是一個供電區(qū)域的供電中心，也是電網(wǎng)系統(tǒng)的一個重要組成部分，它是通過不同電壓等級的配電線路向所有用戶進行供電的。一般情況下，配電線路以及

電力用戶應按照“分級補償、就地平衡”的原則達到無功功率平衡，從而不會發(fā)生向變電站索要無功電力的現(xiàn)象。無功補償裝置一般是以補償主變壓器無功損耗為主，適當?shù)丶骖欂摵蓚?cè)的無功補償，達到整個電力系統(tǒng)的相對平衡。同時，容性無功補償設(shè)備的容量大小是可以根據(jù)變壓器容量大小來確定的，按照主變壓器容量大小的10%～30%進行配置，同時還需滿足主變壓器最大負荷達35～110 kW時其高壓側(cè)功率因數(shù)不能小于0.95的要求，如果主變壓器的單臺容量大小在40 MVA以上時，那么就要求每臺主變壓器裝配不少于2組的容性無功補償裝置，這樣才能保證整個電網(wǎng)系統(tǒng)的相對平衡及正常運行。

3.5 配電線路無功補償技術(shù)的應用

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，配電線路的數(shù)量很多，并占據(jù)著不可忽視的地位，配電線路的線損大約占到總線損的60%～70%，所以對配電線路進行無功補償在電氣自動化中是非常重要的，這將大大降低配電線路的功率損耗，避免不必要的資源浪費。對配電線路進行無功補償?shù)募夹g(shù)在歐美國家已經(jīng)得到了非常廣泛的運用，目前中國也逐漸采用這一做法。分支線路的無功補償基本上是按照以分支線路的無功功率平衡為主，對分支線路的無功消耗進行補償?shù)姆绞竭M行的，在這個過程中要盡可能地減少分支線路向主干線路索要無功的現(xiàn)象，進一步降低無功功率的損耗。在實的應用中，一般是以分支線路所帶配電變壓器的空載無功功率損耗來確定分組的補償容量，這樣可以在最大程度上充分利用資源，避免不必要的浪費，提高社會經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

隨著電氣自動化系統(tǒng)的不斷發(fā)展，許多工廠、礦山、電廠以及大型公共場所等所使用的電動機容量越來越大，數(shù)量也比較多，這就會使其所在區(qū)域的自然功率因數(shù)變得很低。無功補償技術(shù)的應用在很大程度上促進了電力自動化系統(tǒng)的發(fā)展，保證了電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量，降低了設(shè)備的功率損耗。此外，無功補償技術(shù)的應用還將提高各行各業(yè)的經(jīng)濟效益，促進社會經(jīng)濟的和諧發(fā)展。

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[3]費磊.電氣自動化控制設(shè)備可靠性的相關(guān)分析[J].科技致富向?qū)В?013(24)

2014-06-04

蔡永超(1982—)，男，陜西寶雞人，助理機電工程師，研究方向：無功補償、電氣自動化。