無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用分析

單明輝

（秦皇島興業(yè)電力工程有限公司，河北秦皇島，066000 ）

1 無功補(bǔ)償技術(shù)概述

電網(wǎng)中電力設(shè)備大多依據(jù)電磁原理開展工作，原則上來說在能量交換中建立變的磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相同，但在實(shí)際的操作過程中，電源能量再通過純電感或純電容電路時(shí)并不會(huì)消耗能量，而只是在用電負(fù)荷與電源之間進(jìn)行反復(fù)交換，這種不對(duì)外做功的交換功率稱之為無功功率。無功功率用符號(hào) Q 表示，其單位為乏（var）、千乏（Kvar）、兆乏（Mvar）。與無功功率相對(duì)應(yīng)的是有功功率，所謂有功功率是指將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量的電功率，即保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，有功功率用符號(hào) P 表示，其單位為瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。

隨著電能應(yīng)用領(lǐng)域的逐步拓展，居民生活水平的不斷提高，用戶對(duì)電能的需求量越來越大，對(duì)于電能質(zhì)量也提出了更高的要求。改善電能運(yùn)行環(huán)境，減少損耗對(duì)于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著重大意義。在電力負(fù)荷中，有很大一部分屬于感性負(fù)載，這些負(fù)載投入運(yùn)行后除了消耗大量的有用功率以外還有吸收大量的無用功。根據(jù)有關(guān)資料分析，電網(wǎng)中的無用功約是有用功的1.3倍。無功補(bǔ)償是指在電網(wǎng)和負(fù)荷端設(shè)置的注入電容器、調(diào)相機(jī)等無功電源，其目的是滿足電力網(wǎng)和負(fù)荷端電壓水平運(yùn)行的要求。無功補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的單位功率因數(shù)運(yùn)行，保證高質(zhì)高效電力能源的提供。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

2.1 主要方案

無功補(bǔ)償技術(shù)的原理是統(tǒng)一的，但是需要根據(jù)設(shè)備的不同選擇不同的無功補(bǔ)償技術(shù)。無功補(bǔ)償裝置經(jīng)歷了電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）、靜止同步補(bǔ)償器(SVG)等階段。常用的無功補(bǔ)償設(shè)備有：電容器；真空斷路器投切電容器；晶閘管閥控制高阻抗變壓器；復(fù)合開關(guān)投切電容器；晶閘管控制電容器；磁控可調(diào)電抗器；靜止無功發(fā)生器。

電容器是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法之一，具有結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)方便的優(yōu)點(diǎn)。

真空斷路器投切電容器具有投資小、設(shè)備簡單的優(yōu)點(diǎn)，但在合閘的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生過高的電壓，容易導(dǎo)致設(shè)備損壞；晶閘管閥控制高阻抗變壓器通過調(diào)整觸發(fā)角的大小來改變高阻抗變壓器所吸收的無功分量，達(dá)到調(diào)整無功功率的效果，具有經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)勢(shì)，但是高阻抗變壓器制造復(fù)雜；復(fù)合開關(guān)投切電容器其工作流程是分級(jí)先由可控硅在電壓過零時(shí)投入電容，再由磁保持交流接觸器觸點(diǎn)并聯(lián)閉合，節(jié)能效益顯著，但適用壽命短、極易發(fā)生故障，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏電現(xiàn)象；晶閘管控制電容器將電抗器串聯(lián)至反并聯(lián)晶閘管上，采用同時(shí)選擇截止角β和導(dǎo)通角α的方式控制電容器電流，其優(yōu)勢(shì)是價(jià)格低廉，效益高，不足之處是在運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生諧波；磁控可調(diào)電抗器是采用直流勵(lì)磁原理，以投入的電抗器感性無功容量變化來補(bǔ)償系統(tǒng)容性無功，在運(yùn)行的過程中不會(huì)產(chǎn)生諧波，具有可靠性高、維護(hù)簡便、使用壽命長的優(yōu)勢(shì)，適用于沖擊性負(fù)荷，如牽引變電站、電弧爐、軋鋼機(jī)等；靜止無功發(fā)生器是目前最先進(jìn)的補(bǔ)償裝置，其基本工作原理就是通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，發(fā)出無功電流，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)哪康?。具有成本低廉、電容量小的?yōu)勢(shì)，適用于中低壓系統(tǒng)，特別是在各大電網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用。

2.2 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用——以某變電站為例

某變電站是一個(gè)供電區(qū)域的供電中心，是該城區(qū)的主要變電站，近年來隨著城市化進(jìn)程的加快，用電負(fù)荷大幅增長，為了維持電網(wǎng)無功平衡，保證電壓質(zhì)量，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要在變電所中裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置。

無功功率在電網(wǎng)系統(tǒng)中是普遍存在的，尤以低壓配電系統(tǒng)中最為嚴(yán)重，為了提高配電設(shè)施功率，最大限度的降低損耗，無功補(bǔ)償要遵循以下原則：①分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡；②分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主；③在協(xié)調(diào)區(qū)域電網(wǎng)的同時(shí)確保全局電網(wǎng)優(yōu)化。

常用的無功補(bǔ)償方法大體上有三種低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。低壓個(gè)別補(bǔ)償是目前最主要的無功補(bǔ)償方法，其工作原理是將個(gè)別用電設(shè)備同電容器進(jìn)行并接，形成一個(gè)整體，二者共用一套斷路器，無功補(bǔ)償設(shè)備隨著用電設(shè)備的運(yùn)行而發(fā)揮作用。低壓集中補(bǔ)償工作原理是通過分接開關(guān)的無載調(diào)節(jié)和晶閘管的通斷作用進(jìn)行控制，最終改變無功出力的過程，具有接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小、經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)點(diǎn)，高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補(bǔ)償方式，該方式適用于用戶離變電所較遠(yuǎn)，且用戶本身就有一定的高壓負(fù)荷，使用高壓集中補(bǔ)償可以減少電力系統(tǒng)的無功消耗。該補(bǔ)償方法可以根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，提高了用戶的功率因數(shù)，具有便于運(yùn)行維護(hù)、補(bǔ)償效益高的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語

無功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要組成部分，無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效的維持電壓水平，減少電網(wǎng)電源向感性負(fù)載提供無功功率，降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。