電力系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用分析

周元

（西安西電開(kāi)關(guān)電氣有限公司，陜西 西安 710075）

電力系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用分析

周元

（西安西電開(kāi)關(guān)電氣有限公司，陜西 西安 710075）

無(wú)功補(bǔ)償能夠降低供電變壓器及輸送線路的電能損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。合理選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運(yùn)行起到正向作用，而如果無(wú)功補(bǔ)償裝置選用不當(dāng)，則會(huì)引起電壓波動(dòng)、諧波增大等問(wèn)題。因此，必須要明確無(wú)功補(bǔ)償裝置的分類(lèi)，并結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)選擇無(wú)功補(bǔ)充裝置，并最終達(dá)到電力系統(tǒng)“降耗提質(zhì)”的效果。

電力系統(tǒng)；無(wú)功補(bǔ)償裝置；原理；應(yīng)用分析

1 無(wú)功補(bǔ)充的原理

根據(jù)電能的作用形式不同，將電網(wǎng)輸出功率分為有功功率和無(wú)功功率兩部分。其中有功功率就是指將電能轉(zhuǎn)化為實(shí)際可用的動(dòng)能、熱能或化學(xué)能，為人們?nèi)粘Ｉ罨蚱髽I(yè)工作提供必要的動(dòng)力能源；無(wú)功功率就是電力輸送過(guò)程中消耗的電能，這部分電能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能，以供電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備運(yùn)行。這里所指的“無(wú)功”，并不等同于“無(wú)用”。無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋举|(zhì)實(shí)際上是利用一種無(wú)功補(bǔ)償器所發(fā)出的無(wú)功來(lái)抵消負(fù)載或潮流的無(wú)功部分，以減輕輸電線路的負(fù)擔(dān)。這種無(wú)功補(bǔ)償器可以給電網(wǎng)提供所需的無(wú)功功率，也可以根據(jù)電網(wǎng)需求從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率。理論上“無(wú)功電源”本身是不產(chǎn)生也不消耗任何有功功率的，因此，它不需要原動(dòng)機(jī)，只需在適當(dāng)時(shí)刻能提供或吸收所需大小的無(wú)功功率即可完成無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù)。

2 無(wú)功補(bǔ)償裝置分類(lèi)及選擇

2.1 機(jī)械旋轉(zhuǎn)類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置

作為最早應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置，機(jī)械旋轉(zhuǎn)類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)揮著無(wú)功調(diào)節(jié)、靜態(tài)電壓穩(wěn)定的作用。與現(xiàn)代常用的靜止類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置相比，機(jī)械旋轉(zhuǎn)類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置是借助于轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到調(diào)控?zé)o功功率輸出的目的。具體的裝置包括同步調(diào)相機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)三類(lèi)。

（1）同步調(diào)相機(jī)。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，同步調(diào)相機(jī)可以近似看做一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)，兩者間的主要區(qū)別在于同步調(diào)相機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生負(fù)載。同步調(diào)相機(jī)的補(bǔ)償特點(diǎn)是它既能夠過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行，也能夠欠勵(lì)磁運(yùn)行。當(dāng)過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，同步調(diào)相機(jī)生成感性無(wú)功功率，此時(shí)起到升壓的效果；反之，欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)能夠吸收感性無(wú)功功率，進(jìn)而達(dá)到降壓的效果。由于無(wú)功補(bǔ)償靈活，因此同步調(diào)相機(jī)在早期的電力系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。

（2）同步發(fā)電機(jī)。在傳統(tǒng)的電網(wǎng)中，同步發(fā)電機(jī)也是一種常見(jiàn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。但是隨著電力系統(tǒng)向信息化和智能化方向發(fā)展，同步發(fā)電機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償效果難以滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求，逐漸被其他裝置所代替。同步發(fā)電機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償原理與同步調(diào)相機(jī)大體類(lèi)似，但是同步發(fā)電機(jī)不僅能夠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，而且能夠有效控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)功功率的調(diào)控。但是同步發(fā)電機(jī)的調(diào)控功能相對(duì)有限，通常情況下，其調(diào)控幅值的大小會(huì)受到發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓的影響。

同步發(fā)電機(jī)不適合用作無(wú)功補(bǔ)嘗裝置的原因在于，發(fā)電機(jī)自身的電容較小，且運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)部電壓的波動(dòng)幅度較大，容易造成電路運(yùn)行不穩(wěn)。尤其是在發(fā)電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下，很有可能因功率過(guò)大而擊穿絕緣層，引發(fā)電機(jī)故障。另外，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的無(wú)功補(bǔ)償裝置得到了應(yīng)用，同步發(fā)電機(jī)原有的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)不夠明顯，因此通常不會(huì)作為無(wú)功補(bǔ)償裝置的首選對(duì)象。

2.2 靜止類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置

靜止類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部分，整個(gè)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。靜止類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置與旋轉(zhuǎn)類(lèi)無(wú)功補(bǔ)嘗裝置相比，體積更小、效率更高，并且由于采用集成化控制，因此系統(tǒng)的響應(yīng)速度快。目前電力系統(tǒng)中所用的無(wú)功補(bǔ)償裝置中約有 80%以上采用靜止類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置，具體包括固定電容、晶閘管控制電抗器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器等。

（1）固定電容。利用固定電容實(shí)現(xiàn)負(fù)載側(cè)無(wú)功補(bǔ)償，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但是在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，固定電容的應(yīng)用缺點(diǎn)也比較明顯：在電容通電的瞬間，其瞬時(shí)電壓往往要超過(guò)額定電壓的幾十倍甚至上百倍，此時(shí)電容內(nèi)部電流超載運(yùn)行，很容易擊穿電容，直接造成設(shè)備的損壞。除此之外，固定電容只能實(shí)現(xiàn)分級(jí)補(bǔ)償，這也就意味著無(wú)功補(bǔ)償?shù)男Ч钟邢蓿⑶抑鸺?jí)補(bǔ)償也會(huì)浪費(fèi)較多的時(shí)間，很難保證無(wú)功補(bǔ)償和電力系統(tǒng)調(diào)控的實(shí)時(shí)性。

（2）晶閘管控制電抗器。電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用中的晶閘管控制電抗器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是基本的組成部分包括固定電抗器和雙向?qū)ňчl管。作為一種感性無(wú)極補(bǔ)償器，晶閘管控制電抗器可以根據(jù)晶閘管內(nèi)部電壓的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)感性電抗的無(wú)極調(diào)節(jié)。例如，電力系統(tǒng)中的負(fù)荷電壓會(huì)時(shí)刻發(fā)生變化，尤其是在夏季用電高峰期，需要及時(shí)調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的輸電流量，避免因局部電壓過(guò)高而導(dǎo)致電網(wǎng)癱瘓。晶閘管控制電抗器的作用就是采用電抗性補(bǔ)償措施，在用電高峰期臨時(shí)提高電網(wǎng)電壓上限，確保電力系統(tǒng)始終維持在正常運(yùn)行狀態(tài)。

3 無(wú)功補(bǔ)償裝置的優(yōu)越性

3.1 操作便捷

現(xiàn)階段應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置，大多采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息分析，極大的提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。在設(shè)備安裝之前，由專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員將控制程序錄入到單片機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償裝置的自動(dòng)化運(yùn)行。同時(shí)，每臺(tái)裝置上設(shè)置人機(jī)交互界面，便于管理人員及時(shí)掌握電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，或是通過(guò)界面操作調(diào)取歷史數(shù)據(jù)、下達(dá)控制指令等。

3.2 通訊靈活

在無(wú)功補(bǔ)償裝置內(nèi)部安裝無(wú)線傳輸和接收裝置，能夠利用終端計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線控制和實(shí)時(shí)通訊。通常情況下，無(wú)功補(bǔ)償裝置內(nèi)部的單片機(jī)上有多個(gè)通信串口，且每個(gè)串口與無(wú)功補(bǔ)償裝置的一部分設(shè)備相連。這樣一來(lái)，單片機(jī)的控制指令就能夠從串口及時(shí)發(fā)送出去，從而達(dá)到了動(dòng)態(tài)控制的效果。而這些控制指令，既可以由數(shù)據(jù)庫(kù)直接調(diào)用，也可以通過(guò)無(wú)線通訊裝置，進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。

3.3 模塊集成

結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置逐漸向小型化、智能化方向發(fā)展。以現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的靜止類(lèi)無(wú)功補(bǔ)償裝置為例，其內(nèi)部大多采用集成芯片，這種集成芯片不僅數(shù)據(jù)處理和信號(hào)分析的速度快，而且排列緊密、體積較小。除此之外，用集成化模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的獨(dú)立配件，也能夠提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，避免了因外界環(huán)境因素而給無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行帶來(lái)干擾影響。

3.4 智能終端

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償可通過(guò)電網(wǎng)監(jiān)控中心發(fā)出的指令實(shí)施投切操作，這種操作指令均是通過(guò)有線或無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的。電網(wǎng)監(jiān)控中心通過(guò)從各遠(yuǎn)程終端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)最優(yōu)控制、決策運(yùn)算后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道啟動(dòng)相關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化中常采用這種形式。

4 結(jié)語(yǔ)

在無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展歷史中，電力電子開(kāi)關(guān)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的推動(dòng)作用，它的應(yīng)用是無(wú)功補(bǔ)償發(fā)展中的一個(gè)重要里程碑。電力電子開(kāi)關(guān)不僅能保證快速、準(zhǔn)確地實(shí)施補(bǔ)償，還能夠?qū)⑾冗M(jìn)的智能控制技術(shù)引入到無(wú)功補(bǔ)償中，使其具有了高度的靈活性和實(shí)時(shí)性，更好地保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)工作實(shí)踐證明，科學(xué)選用無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠起到降低電能損耗、保證供電質(zhì)量的目的，對(duì)于滿足各個(gè)行業(yè)的用電需求起到了很好的保障作用。

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