周元
(西安西電開關(guān)電氣有限公司,陜西 西安 710075)
電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用分析
周元
(西安西電開關(guān)電氣有限公司,陜西 西安 710075)
無功補(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,而如果無功補(bǔ)償裝置選用不當(dāng),則會引起電壓波動、諧波增大等問題。因此,必須要明確無功補(bǔ)償裝置的分類,并結(jié)合實際情況,科學(xué)選擇無功補(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);無功補(bǔ)償裝置;原理;應(yīng)用分析
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功功率兩部分。其中有功功率就是指將電能轉(zhuǎn)化為實際可用的動能、熱能或化學(xué)能,為人們?nèi)粘I罨蚱髽I(yè)工作提供必要的動力能源;無功功率就是電力輸送過程中消耗的電能,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“無功”,并不等同于“無用”。無功補(bǔ)償?shù)谋举|(zhì)實際上是利用一種無功補(bǔ)償器所發(fā)出的無功來抵消負(fù)載或潮流的無功部分,以減輕輸電線路的負(fù)擔(dān)。這種無功補(bǔ)償器可以給電網(wǎng)提供所需的無功功率,也可以根據(jù)電網(wǎng)需求從電網(wǎng)吸收無功功率。理論上“無功電源”本身是不產(chǎn)生也不消耗任何有功功率的,因此,它不需要原動機(jī),只需在適當(dāng)時刻能提供或吸收所需大小的無功功率即可完成無功補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù)。
2.1 機(jī)械旋轉(zhuǎn)類無功補(bǔ)償裝置
作為最早應(yīng)用的無功補(bǔ)償裝置,機(jī)械旋轉(zhuǎn)類無功補(bǔ)償裝置發(fā)揮著無功調(diào)節(jié)、靜態(tài)電壓穩(wěn)定的作用。與現(xiàn)代常用的靜止類無功補(bǔ)償裝置相比,機(jī)械旋轉(zhuǎn)類無功補(bǔ)償裝置是借助于轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流調(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)、同步電動機(jī)三類。
(1)同步調(diào)相機(jī)。從本質(zhì)上來說,同步調(diào)相機(jī)可以近似看做一臺同步電動機(jī),兩者間的主要區(qū)別在于同步調(diào)相機(jī)運(yùn)行過程中不會產(chǎn)生負(fù)載。同步調(diào)相機(jī)的補(bǔ)償特點是它既能夠過勵磁運(yùn)行,也能夠欠勵磁運(yùn)行。當(dāng)過勵磁運(yùn)行時,同步調(diào)相機(jī)生成感性無功功率,此時起到升壓的效果;反之,欠勵磁運(yùn)行時能夠吸收感性無功功率,進(jìn)而達(dá)到降壓的效果。由于無功補(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)也是一種常見的無功補(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)的無功補(bǔ)償原理與同步調(diào)相機(jī)大體類似,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)而實現(xiàn)了對無功功率的調(diào)控。但是同步發(fā)電機(jī)的調(diào)控功能相對有限,通常情況下,其調(diào)控幅值的大小會受到發(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)行過程中內(nèi)部電壓的波動幅度較大,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,越來越多的無功補(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)勢不夠明顯,因此通常不會作為無功補(bǔ)償裝置的首選對象。
2.2 靜止類無功補(bǔ)償裝置
靜止類無功補(bǔ)償裝置沒有旋轉(zhuǎn)部分,整個設(shè)備在運(yùn)行過程中處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。靜止類無功補(bǔ)償裝置與旋轉(zhuǎn)類無功補(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)中所用的無功補(bǔ)償裝置中約有 80%以上采用靜止類無功補(bǔ)償裝置,具體包括固定電容、晶閘管控制電抗器、靜止無功補(bǔ)償器等。
(1)固定電容。利用固定電容實現(xiàn)負(fù)載側(cè)無功補(bǔ)償,具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實用的應(yīng)用優(yōu)勢。但是在實際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn),固定電容的應(yīng)用缺點也比較明顯:在電容通電的瞬間,其瞬時電壓往往要超過額定電壓的幾十倍甚至上百倍,此時電容內(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,固定電容只能實現(xiàn)分級補(bǔ)償,這也就意味著無功補(bǔ)償?shù)男Ч钟邢?,并且逐級補(bǔ)償也會浪費較多的時間,很難保證無功補(bǔ)償和電力系統(tǒng)調(diào)控的實時性。
(2)晶閘管控制電抗器。電力系統(tǒng)實際運(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,來實現(xiàn)對感性電抗的無極調(diào)節(jié)。例如,電力系統(tǒng)中的負(fù)荷電壓會時刻發(fā)生變化,尤其是在夏季用電高峰期,需要及時調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的輸電流量,避免因局部電壓過高而導(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)。
3.1 操作便捷
現(xiàn)階段應(yīng)用的無功補(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,由專門的技術(shù)人員將控制程序錄入到單片機(jī)中,從而實現(xiàn)了無功補(bǔ)償裝置的自動化運(yùn)行。同時,每臺裝置上設(shè)置人機(jī)交互界面,便于管理人員及時掌握電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況,或是通過界面操作調(diào)取歷史數(shù)據(jù)、下達(dá)控制指令等。
3.2 通訊靈活
在無功補(bǔ)償裝置內(nèi)部安裝無線傳輸和接收裝置,能夠利用終端計算機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線控制和實時通訊。通常情況下,無功補(bǔ)償裝置內(nèi)部的單片機(jī)上有多個通信串口,且每個串口與無功補(bǔ)償裝置的一部分設(shè)備相連。這樣一來,單片機(jī)的控制指令就能夠從串口及時發(fā)送出去,從而達(dá)到了動態(tài)控制的效果。而這些控制指令,既可以由數(shù)據(jù)庫直接調(diào)用,也可以通過無線通訊裝置,進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。
3.3 模塊集成
結(jié)合以往的工作經(jīng)驗可以發(fā)現(xiàn),電力系統(tǒng)無功補(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)用的靜止類無功補(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)境因素而給無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行帶來干擾影響。
3.4 智能終端
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償可通過電網(wǎng)監(jiān)控中心發(fā)出的指令實施投切操作,這種操作指令均是通過有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的。電網(wǎng)監(jiān)控中心通過從各遠(yuǎn)程終端發(fā)送過來的數(shù)據(jù),經(jīng)最優(yōu)控制、決策運(yùn)算后,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信道啟動相關(guān)的無功補(bǔ)償設(shè)備。電力系統(tǒng)綜合自動化中常采用這種形式。
在無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展歷史中,電力電子開關(guān)對無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的推動作用,它的應(yīng)用是無功補(bǔ)償發(fā)展中的一個重要里程碑。電力電子開關(guān)不僅能保證快速、準(zhǔn)確地實施補(bǔ)償,還能夠?qū)⑾冗M(jìn)的智能控制技術(shù)引入到無功補(bǔ)償中,使其具有了高度的靈活性和實時性,更好地保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。通過工作實踐證明,科學(xué)選用無功補(bǔ)償裝置,能夠起到降低電能損耗、保證供電質(zhì)量的目的,對于滿足各個行業(yè)的用電需求起到了很好的保障作用。
[1]馬載恒 .靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置 (SVC)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與分析 [J].廣東科技 ,2012,21(17):193-194.
[2]王瑜 ,謝鵬林 ,王和忠 .全新節(jié)能高科技低壓無功補(bǔ)償集成裝置——智能集成電力電容器在配電網(wǎng)的應(yīng)用 [C].全國電力系統(tǒng)配電技術(shù)交流研討會 .2013.
[3]賈成榮 .新一代智能型低壓無功補(bǔ)償裝置為配網(wǎng)系統(tǒng)帶來的變革——基于 FST系列智能型積木式低壓無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用及效果分析 [J].科技信息 ,2011(26):290-291.
[4]麥 中 廣 .無 功 補(bǔ) 償 技 術(shù) 在 配 電 網(wǎng) 中 的 應(yīng) 用 [J].數(shù) 字 通 信 世界 ,2015(9).
TM761.12
A
1671-0711(2017)07(下)-0145-02