探究電氣自動化中的無功補(bǔ)償技術(shù)

金雍

[摘要]無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化應(yīng)用中具有非常重要的作用，除了能夠提升電力供給的效率外，也能夠有效控制供電中相關(guān)設(shè)備的損耗。本文主要介紹電氣自動化中的無功補(bǔ)償技術(shù)內(nèi)容，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士有所幫助。

[關(guān)鍵詞]電氣自動化；無功補(bǔ)償技術(shù)；電力供給

引言

隨著社會的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，電氣自動化已經(jīng)成為了我國各行各業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù)之一，有效提升了工作效率，推動了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但隨著人們更加關(guān)注節(jié)能環(huán)保方面的內(nèi)容，電氣自動化中的電力系統(tǒng)承載量以及降低電能損耗已經(jīng)成為了相關(guān)工作人員最為關(guān)注的問題。電氣自動化中的無功補(bǔ)償技術(shù)能夠有效解決上述這些問題，可以進(jìn)一步推動電力自動化在更廣泛的領(lǐng)域應(yīng)用，對促進(jìn)電力行業(yè)發(fā)展具有重要作用。

1.無功補(bǔ)償相關(guān)介紹

（1）所謂的無功補(bǔ)償就是指為了滿足電力網(wǎng)方面的需求、負(fù)荷端電壓的情況以及電力運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性要求，在電力網(wǎng)以及負(fù)荷端進(jìn)行無功電源方面的設(shè)置，例如電容器、調(diào)相機(jī)等等。

（2）無功補(bǔ)償所的作用

在現(xiàn)有電力設(shè)備中，電動機(jī)以及變壓器等電感性的負(fù)荷所消耗的無功功率非常多，經(jīng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)可知，在取向電網(wǎng)的無功功率量當(dāng)中，電動機(jī)占比達(dá)到60%，變壓器占比達(dá)到20%，而其他方面（主要包括整流設(shè)備、電抗器、架空供電線路）占比為20%。所以為了對相關(guān)供電設(shè)備需要的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，通過靜態(tài)或者動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)姆绞絹硖嵘O(shè)備用電功率因數(shù)，提升用電設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行合理性。

2.電力無功補(bǔ)償技術(shù)

（1）電力負(fù)荷的功率因數(shù)

所謂的功率因數(shù)就是指在電力網(wǎng)當(dāng)中利用線路以及變壓器等視在功率供給有功功率所占有的百分比。電力網(wǎng)運(yùn)行過程中，若是功率因數(shù)較大，那么通過電力設(shè)備的視在功率絕大多數(shù)就會供給有功功率，這樣就能降低無功功率的傳輸，從而降低無畏損耗。提升功率因數(shù)的本質(zhì)就是降低用電設(shè)備的無功功率需求量，所以有效提升功率因數(shù)能夠進(jìn)一步改善電壓質(zhì)量，充分發(fā)揮設(shè)備性能。

（2）并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償電壓的調(diào)整

在并聯(lián)補(bǔ)償電容器投入和清除過程中都會造成變壓器負(fù)載電壓的改變，所以就可以利用電容器的投入和清除來提升負(fù)載側(cè)的電壓質(zhì)量。

第一，電容器投入對于變壓器負(fù)載側(cè)電壓的調(diào)整在電容器投入之后變壓器負(fù)載側(cè)的電壓值可以用以下公式表示：

式中，U₂₀表示的是電容器投入之前負(fù)載側(cè)的電壓值；U₂₄表示的是電容器投入之后負(fù)載側(cè)的電壓值（因?yàn)楣β室驍?shù)提升，所以電壓提升）；U_2N表示的是變壓器自身負(fù)載側(cè)的額定電壓；U₁表示的是運(yùn)行時的電壓；U_X表示的是變壓器電源倒運(yùn)行時的電壓。

第二，電容器清除對于變壓器負(fù)載側(cè)電壓的調(diào)整

在電容器清除之后變壓器負(fù)載側(cè)的電壓值可以用以下公式表示：

式中，U_2-表示的是電容器投入之后負(fù)載側(cè)的電壓值（因?yàn)楣β室驍?shù)降低，所以電壓下降）。

3.電氣自動化中的無功補(bǔ)償技術(shù)

（1）真空斷路器

真空斷路器是利用無功補(bǔ)償原理制作而成的，其結(jié)構(gòu)相對比較簡單，消耗的成本較小，能夠有效降低供電傳輸過程中的電力消耗。通過對固定濾波器以及合閘管調(diào)節(jié)電抗器進(jìn)行結(jié)合，可以確保原有工作效果的基礎(chǔ)上進(jìn)行無功補(bǔ)償，保證電網(wǎng)輸送過程中電流始終保持在平衡狀態(tài)，從而降低諧波對于電流功率的影響，進(jìn)而提升自動化系統(tǒng)內(nèi)的功率因數(shù)。另外，真空斷路器還可以在較短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對于電網(wǎng)設(shè)備的無功補(bǔ)償，能夠有效降低無畏的能量損耗。

（2）固定濾波器以及晶閘管調(diào)節(jié)電抗器

固定濾波器是根據(jù)諧波相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，將電抗器和反并聯(lián)晶閘管進(jìn)行串聯(lián)，通過變更晶閘管的觸角進(jìn)行電抗器感性電流的調(diào)節(jié)，從而能夠和并聯(lián)濾波器當(dāng)中多余的容性無功補(bǔ)償電流進(jìn)行平衡，進(jìn)而滿足功率因數(shù)方面的要求。此種方式的優(yōu)點(diǎn)在于固定濾波器能夠長時間使用，并且需要的晶閘管數(shù)量很少，響應(yīng)速度較快，具有較好的調(diào)節(jié)能力，但是會產(chǎn)生諧波。

（3）變電站的無功補(bǔ)償技術(shù)

變電站是電力系統(tǒng)中最為重要的部分之一，屬于區(qū)域性的供電中心，通過不同電壓等級配電線路實(shí)現(xiàn)不同用戶的供電。根據(jù)“分級補(bǔ)償、就地平衡”的基本要求，在電力用戶和配電線路之間應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)無功功率平衡，并不會向變電站進(jìn)行無功電力的索取。容性無功補(bǔ)償裝置的主要作用就是進(jìn)行主變壓器無功損耗的補(bǔ)償，同時能夠兼顧到負(fù)荷側(cè)的無功補(bǔ)償。在進(jìn)行容性無功補(bǔ)償裝置容量確定時可以按照主變壓器的容量來進(jìn)行，要按照主變壓器容量的10%-30%進(jìn)行配置，同時要保證在主變壓器處于最大負(fù)荷狀態(tài)時，高壓側(cè)功率因數(shù)在0.95以上的狀態(tài)。

（4）配電線路的無功補(bǔ)償

在電力系統(tǒng)當(dāng)中，配電線路是數(shù)量最多的部分，配電線路的損耗占到總體損耗的60%-70%。所以對于配電線路進(jìn)行有效無功補(bǔ)償能夠很大程度上降低配電線路的功率損耗。在國外發(fā)達(dá)國家，配電線路進(jìn)行無功補(bǔ)償已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。分支線路的補(bǔ)償要遵照的基本原則為：要以分支線路的無功功率平衡作為中心，對于分支線路的無功消耗進(jìn)行補(bǔ)償，從而最大程度上降低主干線路對于分支線路的無功補(bǔ)償，進(jìn)而降低無功損耗。

第一，按照分支線路具有的配電變壓器空載無功損耗進(jìn)行分組補(bǔ)償容量的確定；第二，將負(fù)荷相對較大的分支線作為補(bǔ)償點(diǎn)；第三，可以將小分支以及某些配電變壓器當(dāng)成主干線上均勻分配的負(fù)荷，要根據(jù)具體需求來確定補(bǔ)償點(diǎn)以及補(bǔ)償容量；第四，在進(jìn)行配電變壓器負(fù)載無功損耗補(bǔ)償時，首先是要進(jìn)行用戶自補(bǔ)，若是用戶自補(bǔ)不滿足要求，還是需要向主干線索取無功。

4.電氣自動化中無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用案例

某變電站位于所在區(qū)域的中心，屬于此區(qū)域的供電中心，可以給不同電壓等級進(jìn)行電力輸送。此配電線路主要是按照“分級補(bǔ)償、就地平衡”的原則進(jìn)行輸電，這就需要配電線路以及用電用戶所接收的電量要最大程度上符合無功功率的平衡標(biāo)準(zhǔn)，從而盡可能不向變電站自身進(jìn)行無功電力的索取。

此變電站的無功補(bǔ)償主要是通過變壓器無功補(bǔ)償進(jìn)行的，另外也要涉及到變電器負(fù)荷側(cè)的無功補(bǔ)償內(nèi)容。補(bǔ)償中要通過主體變壓器的容量來確定容性無功補(bǔ)償設(shè)備的容量，此變電站主要是按照主體變壓器容量的30%來配置，并且此種配置負(fù)荷35-110kV變壓器負(fù)荷方面的要求。同時在輸電線路運(yùn)行過程中要保持高壓側(cè)功率因數(shù)在0.95以上。此變電站補(bǔ)償?shù)淖钪饕康木褪潜ＷC無功損，其補(bǔ)償容量按照如下內(nèi)容實(shí)施：

第一，變電站所進(jìn)行的無功補(bǔ)償主要是利用對主變壓器的補(bǔ)償進(jìn)行的，補(bǔ)償?shù)膿p耗類型主要為兩種，分別為空載損耗以及負(fù)載無功損耗。其中，35kV變電設(shè)備要按照主變壓器的15%進(jìn)行容量補(bǔ)償：110kV變電設(shè)備要按照主變壓器的20%進(jìn)行容量補(bǔ)償。

第二，因?yàn)榇俗冸娬疚挥诠╇娭行?，所以其常?guī)的狀態(tài)為輕負(fù)荷供電運(yùn)行狀態(tài)，所以對其進(jìn)行無功補(bǔ)償可以取最小值進(jìn)行，一般在主變壓器容量的10%左右即可。另外，為了防止后期變電站設(shè)備負(fù)荷擴(kuò)大，制定了相應(yīng)的補(bǔ)償調(diào)整制度來確保整體供電的平穩(wěn)性。

第三，在某些用電高峰時段，變電站相關(guān)設(shè)備會具有比較大的負(fù)荷，造成電壓下降較大，影響到供電質(zhì)量。對此情況可以調(diào)整補(bǔ)償容量，但是此時的補(bǔ)償容量已經(jīng)超出了經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償容量的范圍。此變電站增加了某些臨時設(shè)備，在有必要的情況下將補(bǔ)償調(diào)整到相應(yīng)子站，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化目的。

第四，若是此變電站范圍內(nèi)的客戶以及配電回路無功補(bǔ)償情況不好，那么所造成的補(bǔ)償差就需要此變電站來承載，變電站就需要提升無功補(bǔ)償?shù)娜萘?，也是通過增加臨時設(shè)備的方式來提升整體運(yùn)行效率，這樣也能夠避免對于原有設(shè)備造成大負(fù)荷。

5.結(jié)束語

電氣自動化中的無功補(bǔ)償技術(shù)能夠有效提升電力系統(tǒng)承載量以及降低電能損耗，可以進(jìn)一步推動電力自動化在更廣泛的領(lǐng)域應(yīng)用，對于促進(jìn)電力行業(yè)發(fā)展具有非常重要的作用。