無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

劉田旭　宋洋　左海云

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，電氣自動(dòng)化在眾多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。電氣自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要依托相應(yīng)的電氣自動(dòng)化設(shè)備，無功補(bǔ)償技術(shù)顯得越來越重要。目前，科技發(fā)展日新月異，無功補(bǔ)償技術(shù)也面臨著創(chuàng)新與變革。無功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)于電氣自動(dòng)化的應(yīng)用具有較大影響，需要明確其發(fā)展?fàn)顩r，不斷完善技術(shù)要點(diǎn)。本文對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了概述，分析了無功補(bǔ)償在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用途徑，提出了無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償技術(shù) 電氣自動(dòng)化 應(yīng)用

電氣自動(dòng)化在不斷發(fā)展的過程中，盡管應(yīng)用效果較為顯著，但仍存在許多問題。影響電氣自動(dòng)化發(fā)展的非線性因素不斷增加，并在發(fā)展過程中逐漸暴露出來，諧波含量較大、注入電力系統(tǒng)的負(fù)序、無功功率增大等因素對(duì)電氣自動(dòng)化的影響都較為顯著，特別是單相電力牽引負(fù)荷變化，更是需要重點(diǎn)解決的問題，因而無功補(bǔ)償技術(shù)需要被進(jìn)一步研究，以確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

一、無功補(bǔ)償技術(shù)的概述

（一）無功補(bǔ)償?shù)幕靖拍?/p>

無功補(bǔ)償具有非常重要的位置。在電力供電系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償能夠?qū)㈦娋W(wǎng)的功率因數(shù)提高，功率因數(shù)是設(shè)備中，有功功率和視在功率的比值，與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)。無功補(bǔ)償是一種降低損耗、提高效率、改善供電環(huán)境的技術(shù)。電網(wǎng)中的常見無功補(bǔ)償方式包括集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償、單臺(tái)電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償?shù)?。無功功率主要來源于異步電動(dòng)機(jī)、供電線路、變壓器等設(shè)備，通過改變電功率因素，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能目的。

（二）無功補(bǔ)償技術(shù)的作用

當(dāng)今時(shí)代，經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展都十分迅猛，在這樣的大環(huán)境下，電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展也較快，技術(shù)日新月異。電氣自動(dòng)化技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用范圍較廣，且應(yīng)用模式日益成熟。在電氣自動(dòng)化發(fā)展的過程中，無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用也隨著越來越多，且意義重大[1]。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)諧波、無功、負(fù)序、單相電力牽引的負(fù)荷變化，威脅整個(gè)系統(tǒng)的安全，容易造成安全事故。合理選擇無功補(bǔ)償裝置，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)損耗的降低，提高電力系統(tǒng)質(zhì)量，挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力，減少用戶電費(fèi)支出，從而提高供電水平。

（三）存在的問題

1. 電容器損壞頻繁。在進(jìn)行電壓等級(jí)的選擇時(shí)，若未能對(duì)諧波背景的影響進(jìn)行考量，就會(huì)出現(xiàn)電壓等級(jí)偏低的問題，電容器在長(zhǎng)期的使用過程中，很容易受損。

2. 電容器外熔斷器在投切電容器組及運(yùn)行中常發(fā)生熔斷。合閘涌流會(huì)對(duì)熔斷器造成一定的沖擊，同時(shí)，熔斷器額定電流的選擇偏小也會(huì)造成熔斷問題。不同電抗率組別的電容器組需要根據(jù)一定的順序進(jìn)行投切，順序不當(dāng)，也容易出現(xiàn)熔斷問題。

3. 電容器組經(jīng)常投入使用率低。電容器容量的選擇需要按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以實(shí)際需要為原則。電容器容量選擇不當(dāng)，或者分配不合理，都會(huì)造成容器組經(jīng)常投入使用率低的問題。

二、無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用途徑分析

（一）真空斷路器投切電容器

真空斷路器投切電容器就有兩大優(yōu)點(diǎn)，也是其基本特點(diǎn)，其一是成本低廉，其二是使用簡(jiǎn)便，容易操作[2]。同時(shí)，真空斷路器投切電容器也存在一定的缺陷性，合閘的時(shí)候，真空斷路器投切電容器的過電壓非常高，單次的過電壓不會(huì)對(duì)電容器造成非常大的損失，但是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的積累，電容器本身就會(huì)受到極大的影響，損傷較大。真空斷路器投切電容器的開關(guān)壽命也存在較大缺陷，難以進(jìn)行頻繁投切，對(duì)于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償來說，真空斷路器投切電容器存在一定的影響。

（二）固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器

固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器能夠滿足相關(guān)作業(yè)的需要，串聯(lián)電抗器與反并聯(lián)的晶閘管，為了將其抵消，可以利用并聯(lián)濾波器中多余的無功補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn)平衡。固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器的速度相對(duì)合適，能夠滿足一般的標(biāo)準(zhǔn)需求，且晶閘管的消耗數(shù)量也不高，最關(guān)鍵的是，濾波器使用壽命更長(zhǎng)，能夠長(zhǎng)期投入使用。無論是使用成本還是使用質(zhì)量，固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器都具有良好的保障，綜合性能較高。但固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器也不是沒有缺點(diǎn)，其主要問題就是諧波現(xiàn)象的產(chǎn)生，同樣會(huì)在一定程度上影響無功補(bǔ)償。

（三）固定濾波器、可控飽和電抗器

在無功補(bǔ)償方面，固定濾波器、可控飽和電抗器時(shí)兩個(gè)主要儀器之一，在應(yīng)用過程中，首先要對(duì)飽和電抗器進(jìn)行調(diào)節(jié)。磁飽和程度不同，能夠?qū)Ω行噪娏鬟M(jìn)行有效的改變。濾波器中存在多余容性，這些感性電流能夠與之進(jìn)行無功相抵，實(shí)現(xiàn)相對(duì)平衡，最終實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。通過固定濾波器、可控飽和電抗器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，其出發(fā)點(diǎn)是濾波器的長(zhǎng)期使用效能[3]。但是，固定濾波器、可控飽和電抗器存在的問題也比較多，這種方法難免會(huì)產(chǎn)生諧波，產(chǎn)生的噪音也很大，對(duì)于機(jī)械設(shè)備來說，固定濾波器、可控飽和電抗器會(huì)帶來較大的生產(chǎn)損耗。

（四）有源濾波器

通過電力電子裝置，有源濾波器能夠制造一定的電流，這種電流是有一定的要求的，需要與負(fù)序電流、負(fù)荷終端諧波電流相位相反，實(shí)現(xiàn)彼此之間的抵消，以進(jìn)行無功補(bǔ)償。通過有源濾波器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)姆绞叫Ч鼮殪`活。與其他方式相比，這種方法的靈活性更強(qiáng)，更為多變，可以避免諧波現(xiàn)象的產(chǎn)生，無功補(bǔ)償?shù)乃俣雀?。在綜合方面進(jìn)行考量，有源濾波器能夠滿足相關(guān)作業(yè)的要求，整體效果較好。有源濾波器的主要不足就是成本較高，電力電子設(shè)備比較昂貴，造價(jià)較高，對(duì)于資金的需求較大，因而應(yīng)用是需要考慮預(yù)算問題。

（五）固定濾波器、電容器和電抗器的調(diào)壓

固定濾波器、電容器和電抗器的調(diào)壓作為一種無功補(bǔ)償方式，可以對(duì)變壓器低壓側(cè)母線的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，將無功出力現(xiàn)象改變。利用固定濾波器、電容器和電抗器進(jìn)行調(diào)壓的過程中，無功補(bǔ)償效果需要分接開關(guān)的調(diào)節(jié)，更需要晶閘管的通斷的保證?？陀^角度看，在理論上，固定濾波器、電容器和電抗器的調(diào)壓不會(huì)被任何因素限制，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，這種方式的無功功率也是可以提供的，這一目標(biāo)可以通過加裝來實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)濾波的目的。

三、無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用策略

（一）研究無功補(bǔ)償?shù)姆较蚝妥饔?/p>

供電系統(tǒng)優(yōu)劣的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)就是電能質(zhì)量，決定電能質(zhì)量的主要因素就是電壓。從原因上分析，造成電氣自動(dòng)化系統(tǒng)無功狀況的主要因素有兩種，包括功率因數(shù)與阻抗。對(duì)于電力系統(tǒng)來說，無功效果的作用巨大，例如，牽引變壓器與電網(wǎng)之間存在阻抗，會(huì)引起線路上出現(xiàn)整流非線形負(fù)荷與諧波，造成電網(wǎng)的波形變異，表現(xiàn)為電壓發(fā)生偏移，影響電能的質(zhì)量，也影響了電力系統(tǒng)的安全性。因而，在受電端安裝無功補(bǔ)償裝置時(shí)，應(yīng)降低線損耗，降低負(fù)荷無功功率，將功率因數(shù)增加，這種方法經(jīng)濟(jì)有效，能夠達(dá)到節(jié)能目的。特別是公用變壓器的負(fù)荷較大，需將電容器安裝在配變低壓側(cè)，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。

（二）重視無功補(bǔ)償?shù)墓残詥栴}

無功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性、節(jié)約性有重要作用，且能夠降低投入和事故處理費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)預(yù)算成本的節(jié)約，使得資源有效利用，為行業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)的無功補(bǔ)償技術(shù)在變電站等領(lǐng)域的應(yīng)用更為廣泛，向輸電線路延展。無功流經(jīng)變電站走向低壓線路時(shí)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離傳輸，造成的影響很大。220kV變電站的無功調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。同時(shí)，調(diào)節(jié)容量會(huì)因地而變，變電站要科學(xué)配置補(bǔ)償容量，對(duì)變壓器負(fù)荷、變低側(cè)負(fù)荷進(jìn)行無功補(bǔ)償，防止出現(xiàn)無功倒送。無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用還需在因地制宜方面進(jìn)行協(xié)調(diào)，細(xì)化研究，調(diào)整方案，優(yōu)化應(yīng)用效果。

（三）運(yùn)用先進(jìn)濾波技術(shù)及管理方式

無功補(bǔ)償?shù)挠行Х绞街痪褪遣⒙?lián)混合有緣濾波器，電力牽引負(fù)荷復(fù)雜變化會(huì)在一定程度上造成負(fù)面問題，包括電力濾波器補(bǔ)償容量過高等，并聯(lián)混合式有源濾波能夠解決這一問題，這一補(bǔ)償技術(shù)的協(xié)調(diào)工作適應(yīng)于大型電氣自動(dòng)化系統(tǒng)。通過APF與LC的配合，實(shí)現(xiàn)諧波的無注入式功補(bǔ)償。近幾年，有些電廠利用FTFC晶閘管濾波裝置實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，這一方法能夠降低電網(wǎng)損害程度，同時(shí)降低污染，成本較低，整體的性價(jià)比和效率都較高，因而在低壓電網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用較廣。

結(jié)束語(yǔ)

在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，無功補(bǔ)償已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，且應(yīng)用效果較為顯著。但目前的無功補(bǔ)償技術(shù)還不夠完善，相關(guān)的研究起步較晚，許多角度的研究還存在缺陷，諸如電力牽引負(fù)荷變化復(fù)雜方面等。目前，仍需對(duì)國(guó)外的先進(jìn)理念和技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，促進(jìn)無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。在應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)的過程中，還需結(jié)合實(shí)際情況，制定和完善相應(yīng)的應(yīng)用措施，以無功補(bǔ)償技術(shù)提高電力系統(tǒng)的安全性、可靠性。

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