無功補償技術在電氣自動化中的應用探討

劉宇林

【摘要】近些年來，隨著不斷對國外先進技術的借鑒與結合，我國的電氣自動化對于無功補償技術和諧波綜合治理方法進行了多種深入研究。本文通過總結歸納無功補償技術在電氣自動化中的應用，為深入研究提供理論參考價值。

【關鍵詞】無功補償；電氣；影響

隨著電氣自動化技術及其設備在社會各部門和領域的廣泛應用，電力電子設備在電網中廣泛使用，使得動態(tài)無功補償（快速跟蹤無功補償）與諧波治理的問題日益突出，系統(tǒng)中常常會出現(xiàn)含有諧波，且負荷變化較大的工況，傳統(tǒng)的靜態(tài)無功補償及靜態(tài)無源濾波裝置無法滿足這一需求。動態(tài)無功補償技術的應用為這一問題的解決提供了可行的途徑[1]。動態(tài)無功補償裝置可根據系統(tǒng)的負荷情況實時在線投切l(wèi)-c濾波器組，實現(xiàn)實時快速跟蹤補償系統(tǒng)基波無功，同時濾除諧波無功。

一、無功補償及其特點

1.1無功補償及作用

無功補償是指為滿足電力網和負荷端電壓水平及經濟運行的要求必須在電力網和負荷端設置的無功電源如電容器、調相機等。

1.2無功補償的特點

企業(yè)中的異步電動機、變壓器等電感性負荷是取用無功功率最多的設備。取向電網的無功功率量，異步電動機占60%左右；變壓器占20%左右；整流設備、電抗器及架空供電線路等占20%左右。因此，可以得出結論，企業(yè)的無功功率主要消耗在異步電動機、變壓器和架空供電線路中。為了補償企業(yè)供用電設備所需的無功功率，采用靜態(tài)或動態(tài)無功補償方式，提高企業(yè)的用電功率因數，使企業(yè)的供用設備經濟合理運行。

二、電力無功補償技術

2.1電力負荷的功率因數

功率因數是指電力網中通過線路、變壓器的視在功率供給有功功率所占百分數。在電力網的運行中，希望功率因數越大越好，如能做到這一點，則通過電力設備的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的傳輸，減少有功功率損耗。適當提高用戶的功率因數，充分發(fā)揮供電設備改善電壓質量。在這種情況下，當q為零時，則其功率因數為1。因此，提高功率因數實際上是減少用電設備的無功功率需要量[2]。

2.2并聯(lián)電容器補償無功功率的作用及方法

2.2.1并聯(lián)電容器無功補償的作用

用電容器進行無功補償是提高用電負載的功率因數，既能降低電網線損，又能提高電壓質量的一種普遍應用的重要的節(jié)電措施和優(yōu)質供電的措施。因此無功補償降低電網線損和降低電壓損耗的計算方法具有普遍性。提高功率因數既能降低電網的有功功率損耗，又能降低電網的無功功率消耗，同時又提高了變壓器和電力線路的容量利用率和減少電壓降。并聯(lián)補償是把電容器直接與被補償設備并接到同一電路上，以提高功率因數。這種補償方法所用的電容器稱作并聯(lián)電容器，用電企業(yè)都是采用這種補償方法。

2.2.2無功補償電壓的調整

并聯(lián)補償電容器的投入與切除都要引起變壓器負載側電壓的變化，因此可以通過電容器投入與切除來提高變壓器負載側的電壓質量，下面分別給出電容器的投入與切除對變容器進行電壓調整的計算式。

①電容器投入對變壓器負載側電壓的調整

在電容器投入前變壓器負載側功率因數為，負載側電壓值為u20，而當電容器投入后負載功率因數提高為，則電容器投入后負載側電壓值增加為u2+，其計算式：

式中：u2n——變壓器負載側額定電壓，kv；

u1——變壓器電源側運行電壓，kv；

ux——變壓器電源側運行電壓分接頭值，kv；

②電容器切除對變壓器負載側電壓值的調整

在電容器切除前變壓器負載側功率因數為，負載側電壓值為u20，而當電容器切除后負載側功率因數下降為，則電容器切除后負載側電壓值下降為，則電容器切除后負載側電壓值下降為u2-，其計算式：

三、無功補償技術在電氣自動化中的應用

3.1主要方案

3.1.1真空斷路器投切電容器

這種補償方式中電容器組利用高壓母線上電壓互感器的一次繞組電阻放電，一般不裝設專門的放電裝置。為防止電容器高壓擊穿，在電容器組中接有熔斷器fu作為短路保護。為降低電容器組在合閘時產生的沖擊涌流及防止電容器組與線路電感發(fā)生串聯(lián)諧振，可串聯(lián)適當的電抗器。它能有效地對高壓母線前主變壓器、高壓線路及電力系統(tǒng)無功功率進行補償，能有效地提高工廠的功率因數，而且總投資少。

3.1.2固定濾波器和晶閘管調節(jié)電抗器

固定濾波器按諧波要求設計，反并聯(lián)晶閘管與電抗器串聯(lián)，通過改變晶閘管觸發(fā)角來調節(jié)流過電抗器的感性電流，使其與并聯(lián)濾波器中多余的容性無功補償電流平衡，滿足功率因數要求。優(yōu)點是固定濾波器長期投人，需要的晶閘管數量少，響應速度快，調節(jié)性能好，缺點是tcr也產生諧波[2]。

3.2變電站無功補償技術

變電站是一個供電區(qū)域的供電中心，用不同電壓等級的配電線路向用戶供電。按照“分級補償，就地平衡”的原則，配電線路和電力用戶應該基本達到無功功率平衡，不向變電站索取無功電力。容性無功補償裝置以補償主變壓器無功損耗為主，并適當兼顧負荷側的無功補償。容性無功補償裝置的容量可根據主變壓器容量來確定，可按主變壓器容量的10%～30%配置，并滿足35～110kv主變壓器最大負荷時，其高壓側功率因數不低于0.95的要求。當主變壓器單臺容量為40mva及以上時，每臺主變壓器應配置不少于兩組的容性無功補償裝置。

3.3配電線路的無功補償

電力網中，配電線路數量很多，其線損約占總線損的60%-70%。因此，對配電線路進行無功補償，降低配電線路的功率損耗十分重要。對配電線路進行無功補償，在美、英等發(fā)達國家得到了廣泛應用[3]。

分支線路補償法的基本原則是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，盡可能減少分支線路向主干線索取無功，從而減少無功損耗：（1）以分支線路所帶配電變壓器的空載無功損耗來確定分組補償容量；（2）選擇負荷較大的分支線確定補償點；（3）對于小分支和個別的配電變壓器，可視為主干線上的近似均勻分佰負荷.可按需要確定補償點和補償容量（補償空載無功損耗）；（4）所有配電變壓器的負載無功損耗均以用戶自主補償為主，如果用戶未進行補償或補償容量不足，仍需向主干線索取無功。

從以上分析可見，線路的補償容量是按配電變壓器的空載無功損耗來確定的。帶上負載以后，如果用戶補償設備投人不足，線路就會處于欠補償狀態(tài)。這雖然不是最優(yōu)補償方式，但可以達到補償無功需求量70%左右的水平，對于目前我國的配電線路來講，能做到也不容易了。

四、結束語

總之，為進一步推進電氣自動化行業(yè)的持續(xù)優(yōu)質發(fā)展，我們應繼續(xù)深入研究開發(fā)無功補償處理技術。應基于各技術應用服務特征，行業(yè)系統(tǒng)工作現(xiàn)實需要，有效的明確無功補償技術應用價值以及存在的缺陷，進而明確其今后研究發(fā)展方向，樹立科學的研究目標，制定有效的技術方案，方能進一步消除技術瓶頸問題，提升電氣自動化系統(tǒng)現(xiàn)實工作效率，確保安全可靠的服務運行，開創(chuàng)健康優(yōu)質的工作環(huán)境，并真正實現(xiàn)可持續(xù)的全面發(fā)展。

參考文獻：

[1]張振華.創(chuàng)新——電氣自動化深化改革的靈魂[j].科技與生活，2010（14）.

[2]王亞云. 我國電氣自動化行業(yè)的改革與發(fā)展研究[j].科技創(chuàng)新月刊，2010（8）.

[3]李群湛著. 牽引變電所供電分析及綜合補償技術[m].中國鐵道出版社，2006年1月.