淺談電氣自動(dòng)化中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

郭永輝

摘 要：隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)和諧波治理的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中往往出現(xiàn)負(fù)荷變化大，帶有諧波的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)運(yùn)作的這一需求。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是采用無(wú)功、負(fù)序及諧波的綜合補(bǔ)償方式，對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了有力的支撐。本文主要對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)母艣r、電氣自動(dòng)化中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的作用及應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)；概況

一、無(wú)功補(bǔ)償?shù)母艣r

無(wú)功功率補(bǔ)償Reactive power compensation，簡(jiǎn)稱無(wú)功補(bǔ)償，在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少電網(wǎng)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多因素。

無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹恚弘娋W(wǎng)輸出的功率包括兩部分：一是有功功率：直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、熱能、化學(xué)能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；二是無(wú)功功率：不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無(wú)功功率（如電磁元件建立磁場(chǎng)占用的電能，電容器建立電場(chǎng)所占的電能）。

二、電氣自動(dòng)化中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的作用

近年來(lái)，我國(guó)電氣自動(dòng)化技術(shù)中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，其作用可以分為以下幾點(diǎn)：

（1）提供電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，穩(wěn)定系統(tǒng)整體的電壓，最大程度的提高電網(wǎng)的質(zhì)量與安全，并為其配置適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器，提高系統(tǒng)的整體輸電能力，為系統(tǒng)的整體抗干擾性。

（2）由于高次諧波的存在經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致部分用電器產(chǎn)生局部過(guò)熱的問(wèn)題，通過(guò)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)則可以很好的避免該情況的發(fā)生。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)通過(guò)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)置靜止無(wú)功補(bǔ)償器，來(lái)改善電網(wǎng)中的電壓負(fù)荷，避免產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，從而可以達(dá)到保護(hù)電容器等用電器的目的。

（3）無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)不論對(duì)于提高電網(wǎng)負(fù)載的功率因數(shù)還是大幅度降低用電設(shè)備中所需的電容量都可以起到非常好的作用和效果，從而避免造成更多不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)還可以在三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合對(duì)三相視起到平衡功率的作用。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化技術(shù)中的合理運(yùn)用對(duì)于提高整個(gè)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性可以起到非常好的效果。

三、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

1、電力負(fù)荷的功率因數(shù)

作為電力系統(tǒng)的重要技術(shù)數(shù)據(jù)，功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率的主要系數(shù)。如電路無(wú)功功率用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換較大，則表明功率因數(shù)低，進(jìn)而加大線路供電損耗，基于此，必須嚴(yán)格控制功率因數(shù)。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)確保功率因數(shù)最大化，只有這樣才能降低無(wú)功功率傳送，降低損耗有功功率量，才能將供電設(shè)備改善電壓質(zhì)量的功能充分發(fā)揮出來(lái)。電壓和電流間的相位差（Φ）的余弦在交流電路內(nèi)被稱為功率因數(shù)，其表示符號(hào)為cosΦ，功率因數(shù)在數(shù)值上為有功功率與視在功率的比例。公式如下：cosΦ=P/S。

2、并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的作用

并聯(lián)電容器能夠在工頻交流額定電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行，具有承受相應(yīng)過(guò)電壓的性能。作為節(jié)能用電的重要途徑，用電容器實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，可對(duì)用電負(fù)載功率因數(shù)、電壓質(zhì)量進(jìn)行有效提升，同時(shí)也能起到電網(wǎng)線損有效降低的作用。變壓器負(fù)載側(cè)電壓在投入與切除并聯(lián)補(bǔ)償電容器時(shí)都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)改變，由此可見(jiàn)，可利用投入或切除電容器的方式對(duì)變壓器負(fù)載側(cè)電壓質(zhì)量進(jìn)行有效提升

3、真空斷路器投切電容器

此類(lèi)補(bǔ)償方法中，電容器組通過(guò)對(duì)高壓母線內(nèi)電壓互感器一次繞組電阻放電的充分充分利用，可達(dá)到良好的補(bǔ)償效果，通常不進(jìn)行專(zhuān)門(mén)放電裝置的安裝。為避免高壓擊穿電容器，可將熔斷器安裝到電容器組內(nèi)進(jìn)行短路保護(hù)。為減少合閘時(shí)電容器組出現(xiàn)的沖擊涌流與避免串聯(lián)諧振現(xiàn)象出現(xiàn)于電容器組和線路電感內(nèi)，可進(jìn)行一定量電抗器串聯(lián)。其能充分補(bǔ)償高壓母線前主變壓器、高壓線路與電力系統(tǒng)無(wú)功功率，對(duì)功率因數(shù)提升、成本降低極為重要。

4、固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器

根據(jù)諧波規(guī)定進(jìn)行固定濾波器的設(shè)計(jì)，利用晶閘管觸發(fā)角改變對(duì)流過(guò)電抗器的感性電流加以調(diào)節(jié)，并確保其平衡于并聯(lián)濾波器中剩余容性無(wú)功補(bǔ)償電流，以此與功率因數(shù)需求相符。其優(yōu)勢(shì)包括長(zhǎng)期投入固定濾波器，晶閘管應(yīng)用少、具有較快的響應(yīng)速度及良好的調(diào)節(jié)能力。

5、變電站無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

作為供電區(qū)域的供電中心，變電站可通過(guò)不同等級(jí)電壓的配電線路供電給用戶。遵循“分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”的要求，確保配電線路無(wú)功功率平衡于電力用戶無(wú)功功率，無(wú)需變電站補(bǔ)償無(wú)功電力。主變壓器無(wú)功損耗為容性無(wú)功補(bǔ)償裝置的主體，并具備相應(yīng)負(fù)荷側(cè)無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ?。按照主變壓器容量進(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償裝置容量的確定，即遵循10%到30%主變壓器容量合理配置，并能與主變壓器（30到110KV）最大負(fù)荷相符，要求其高壓側(cè)功率因數(shù)在0.95以上。如40mva為主變壓器單臺(tái)最小容量，則每臺(tái)主變壓器需進(jìn)行2組以上容性無(wú)功補(bǔ)償裝置的配備。

線路無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝前，因變電站主變壓器將一定量無(wú)功功率輸送給線路，進(jìn)而降低了主變壓器有功功率傳輸?shù)哪芰?。如安裝線路無(wú)功補(bǔ)償裝置，可降低主變壓器無(wú)功功率向外輸送的量，進(jìn)而提升有功功率輸送量，這就是主變壓器增容。按照補(bǔ)償前后線路側(cè)功率因素與主變壓器額定容量可對(duì)主變壓器增容進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

其中，主變壓器增加的容量由△S表示；

主變壓器額定容量由S表示。

6、配電線路的無(wú)功補(bǔ)償

配電線路在電力網(wǎng)內(nèi)用量較大，其中60%到70%為線損率?；诖耍仨氉龊门潆娋€路無(wú)功補(bǔ)償工作，充分減少配電線路功率損耗。因配網(wǎng)線路較為復(fù)雜，無(wú)法選取統(tǒng)一模式，根據(jù)具體情況，可選取分散、集中、固定與自動(dòng)等相互結(jié)合的模式。具體過(guò)程如下：首先根據(jù)主變壓器容量15%在變電所內(nèi)進(jìn)行固定補(bǔ)償電容器組安裝；其次將固定補(bǔ)償電容器組安裝于線路負(fù)荷中心等相關(guān)位置；最后將自動(dòng)補(bǔ)償電容器組安裝于線路負(fù)荷中心上側(cè)。

在補(bǔ)償分支線路無(wú)功消耗中，應(yīng)以平衡分支路線無(wú)功功率為主，盡量降低分支線路向主干線進(jìn)行無(wú)功功率索取，盡可能降低無(wú)功損耗。其要求如下：第一，分組補(bǔ)償容量通過(guò)分支線路具有的配電變壓器空載無(wú)功損耗確定；第二，補(bǔ)償點(diǎn)通過(guò)較大負(fù)荷分支線確定；第三，以用戶自主補(bǔ)償作為全部配電變壓器負(fù)載無(wú)功損耗的主體，如用戶補(bǔ)償不足或無(wú)補(bǔ)償，則需向主干線進(jìn)行無(wú)功功率索取。由此可見(jiàn)，可通過(guò)配電變壓器空載無(wú)功損耗對(duì)線路補(bǔ)償容量進(jìn)行確定。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，伴隨電氣自動(dòng)化技術(shù)在多領(lǐng)域的大量運(yùn)用，線形與非線性負(fù)載應(yīng)用也逐漸增多，進(jìn)而加重了電氣線路無(wú)功補(bǔ)償不足與諧波污染問(wèn)題，并導(dǎo)致電氣自動(dòng)化系統(tǒng)電能損耗增加，這給電氣自動(dòng)化技術(shù)快速發(fā)展造成了嚴(yán)重制約。為有效提升電力線路運(yùn)行質(zhì)量與實(shí)現(xiàn)資源利用率最大化，可將無(wú)功補(bǔ)償裝置合理引入電氣自動(dòng)化系統(tǒng)線路，以此提升電氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

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