無功補(bǔ)償及消諧裝置在工廠供電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

徐亮

摘 要：受大規(guī)模使用的工廠非線性負(fù)載影響，工廠配電系統(tǒng)往往會(huì)受到無功電壓分量和諧波電流的影響，基于此，本文分析了低功率因素、諧波對(duì)工廠供電系統(tǒng)的危害，并詳細(xì)論述了工廠供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償應(yīng)用、工廠供電系統(tǒng)的消諧裝置應(yīng)用，希望由此能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償 工廠供電系統(tǒng) 消諧裝置

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）06（a）-0034-02

受電力電子技術(shù)不斷完善影響，近年來我國工廠供電系統(tǒng)的中感性負(fù)載容量不斷提升，供電功率因素下降、高次諧波作用等情況也因此廣泛出現(xiàn)，供電電壓和電流因此出現(xiàn)的嚴(yán)重畸變，往往會(huì)直接影響用電設(shè)備的工作狀態(tài)，而為了盡可能消除這類不良影響，文章圍繞無功補(bǔ)償及消諧裝置在工廠供電系統(tǒng)中應(yīng)用，開展具體研究探討問題的原因所在。

1 低功率因素、諧波對(duì)工廠供電系統(tǒng)的危害

1.1 低功率因素危害

由電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為工作動(dòng)力能源屬于工廠多數(shù)設(shè)備的運(yùn)行原理，但電機(jī)的電感特性卻會(huì)導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換過程中大量無功能力和諧波電流的產(chǎn)生，由此引發(fā)的電磁環(huán)境惡化，往往會(huì)直接影響供電質(zhì)量與工程供電電能的綜合性能，系統(tǒng)銅耗增加、系統(tǒng)調(diào)壓穩(wěn)壓性降低等危害也往往會(huì)因此出現(xiàn)，具體危害如下所示：

（1）系統(tǒng)銅耗增加。

大量高次諧波電流會(huì)直接增加供電系統(tǒng)容量，由此引發(fā)的電能浪費(fèi)、供電線路與供電設(shè)備銅耗增加必須得到關(guān)注。一般情況下，工廠供電系統(tǒng)功率因素為0.9時(shí)，系統(tǒng)銅耗大約為120左右，而當(dāng)其功率因素為0.5時(shí)系統(tǒng)銅耗則變?yōu)?00左右，由此可較為直觀了解低功率因素的危害。

（2）系統(tǒng)調(diào)壓穩(wěn)壓性降低。

在系統(tǒng)供電容量不變的前提下，無功功率降低及電流上升將導(dǎo)致電壓畸變波動(dòng)的發(fā)生，系統(tǒng)調(diào)壓穩(wěn)壓性能下降往往因此出現(xiàn)，工廠產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量也會(huì)因此大幅下降，而嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰往往會(huì)引發(fā)較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

1.2 諧波危害

工廠高次諧波的產(chǎn)生與基于電力電子技術(shù)的晶閘管等整流裝置大量使用存在一定聯(lián)系，而結(jié)合近年來業(yè)界開展的相關(guān)研究與實(shí)踐探索不難發(fā)現(xiàn)，高次諧波往往會(huì)對(duì)工廠旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電力設(shè)備、通信造成影響，具體影響如下所示：

（1）旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

諧波電流將引發(fā)附加損耗，電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場與諧波電流的相互作用還會(huì)導(dǎo)致較大噪聲與諧波過電壓的出現(xiàn)。

（2）電力設(shè)備。

變壓器渦流損耗、磁滯損耗均源于諧波電壓的影響，銅損則會(huì)導(dǎo)致變壓器實(shí)際使用容量下降。

（3）通信。

諧波通過電磁感應(yīng)、電容耦合、電氣傳導(dǎo)等方式感應(yīng)到通信線路上，通信系統(tǒng)便會(huì)因此受到一定干擾，無法正常通信、通信數(shù)據(jù)丟失屬于這類干擾的主要表現(xiàn)。

2 工廠供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償應(yīng)用

2.1 使用電力電容器

使用電力電容器屬于較為常見的工廠無功補(bǔ)償方式，這里的電力電容器也可以稱為移相電容器和靜電電容器，使用電力電容器的無功補(bǔ)償可細(xì)分為低壓分組補(bǔ)償、個(gè)別補(bǔ)償和高壓集中補(bǔ)償，具體應(yīng)用如下所示：

（1）低壓分組補(bǔ)償。

在工廠車間配電室安裝電力電容器屬于低壓分組補(bǔ)償?shù)闹饕绞剑诒Ｗo(hù)裝置和低壓開關(guān)的支持下，無功補(bǔ)償將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制并具備較高經(jīng)濟(jì)性。值得注意是在低壓用電設(shè)備和配電箱附近安裝無功補(bǔ)償設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)別補(bǔ)償與分組補(bǔ)償?shù)幕旌鲜褂?，無功補(bǔ)償?shù)挠行詫⒌玫礁帽Ｕ稀?/p>

（2）個(gè)別補(bǔ)償。

直接連接電容器與電動(dòng)機(jī)的引出線端，即可實(shí)現(xiàn)工廠供電系統(tǒng)的個(gè)別補(bǔ)償，保證電力電容器安裝位置的合理性，同時(shí)避免安裝于逆運(yùn)行電動(dòng)機(jī)、電力裝置輸出端、高次諧波含量過多等處，即可最大化個(gè)別補(bǔ)償效用發(fā)揮，合理選擇電力電容器容量并保證其產(chǎn)品質(zhì)量也必須得到關(guān)注。

（3）高壓集中補(bǔ)償。

在工廠總降壓變電所低壓側(cè)60-10kV目標(biāo)安裝電力電容器屬于高壓集中補(bǔ)償?shù)闹饕獞?yīng)用方式，安裝簡單屬于該補(bǔ)償方式的主要特點(diǎn)，但經(jīng)濟(jì)性較差、無法解決工廠內(nèi)部配電系統(tǒng)無功功率問題屬于高壓集中補(bǔ)償存在的不足[2]。

2.2 提高自然功率因素

提高自然功率因素同樣可較好滿足工廠供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償需要，這里的自然功率因素提高需關(guān)注生產(chǎn)運(yùn)行過程中的超負(fù)荷運(yùn)行工況，并由此合理選擇電動(dòng)機(jī)與變壓器，具體應(yīng)用如下所示：⑴合理選擇電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的合理選擇直接關(guān)系設(shè)備功率的提升，因此相關(guān)人員必須充分考慮電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格、容量以及滿載運(yùn)行狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性能、電氣指標(biāo)也需要得到關(guān)注，如工廠某環(huán)節(jié)使用的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷始終處于較低水平，便可以選擇容量相對(duì)較小的電動(dòng)機(jī)提高工廠供電系統(tǒng)的自然功率因素。⑵合理選擇變壓器。考慮到變壓器消耗的無功功率因素往往占整個(gè)供電系統(tǒng)的25%，變壓器控制運(yùn)行狀態(tài)無功功率則占總數(shù)的80%，因此工廠必須關(guān)注變壓器容量、臺(tái)數(shù)、運(yùn)行方式選擇的合理性，以此保證最優(yōu)的變壓器選擇能夠更好滿足工程供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償需要。

3 工廠供電系統(tǒng)的消諧裝置應(yīng)用

3.1 加裝濾波器

無源濾波器、有源濾波器、混合濾波器均屬于較為典型的工廠供電系統(tǒng)消諧裝置應(yīng)用，具體應(yīng)用思路如下所示。

（1）加裝無源濾波器。

因成本較低，無源濾波器在我國工廠供電系統(tǒng)領(lǐng)域存在較為廣泛應(yīng)用，通過電阻、電抗器、電容器組成并聯(lián)低阻通路屬于較為典型的應(yīng)用，一般還需要將電容元件、電感元件通過并聯(lián)安裝于整流器輸入端，電容元件主要負(fù)責(zé)將直流電壓維持在穩(wěn)定水平，其具備降低直流側(cè)紋波的作用，而電感元件則能夠?qū)崿F(xiàn)整流過程的脈沖直流降低的作用。

（2）加裝有源濾波器。

諧波注入電路、交直流逆變橋?qū)儆谟性礊V波器的基本構(gòu)成，由此有源濾波器的應(yīng)用便能夠通過產(chǎn)生一個(gè)與負(fù)載電流相反的諧波電流實(shí)現(xiàn)諧波影響的消除，但投資相對(duì)較高、體積較大，使得有源濾波器的實(shí)際應(yīng)用存在一定限制。

（3）混合濾波器。

APF和PF串聯(lián)后接入電網(wǎng)、串聯(lián)APF和并聯(lián)PF混合、并聯(lián)APF和并聯(lián)PF混合均屬于較為典型的混合濾波器組合，良好的可控性、優(yōu)秀的響應(yīng)速度屬于混合濾波器的主要特點(diǎn)，較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力、較高的自適應(yīng)能力也使得混合濾波器具備廣闊的應(yīng)用與發(fā)展前景。

3.2 應(yīng)用主動(dòng)型諧波抑制技術(shù)

加裝濾波器屬于典型的被動(dòng)型諧波抑制技術(shù)，而應(yīng)用主動(dòng)型諧波技術(shù)同樣能夠滿足工廠供電系統(tǒng)的消諧需要，多脈動(dòng)整流、脈寬調(diào)制、多電流變流等技術(shù)均屬于較為典型的主動(dòng)型諧波抑制技術(shù)，如其中的多脈動(dòng)整流技術(shù)便能夠?qū)⒎讲ǖ碾妷夯螂娏鞑ㄐ委B加獲得理想波形，脈寬調(diào)制技術(shù)則能夠通過傅里葉級(jí)數(shù)實(shí)現(xiàn)諧波和基波的控制。在主動(dòng)型諧波抑制技術(shù)的應(yīng)用中，SVC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償及消諧裝置便屬于其中典型，該裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工廠供電系統(tǒng)供電裕度的增加、供電電能質(zhì)量水平的提高，還能夠?qū)崿F(xiàn)供電系統(tǒng)功率因素的改善，由此可見工廠供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償與消諧裝置應(yīng)用具備緊密聯(lián)系。

4 結(jié)語

綜上所述，無功補(bǔ)償及消諧裝置可較好服務(wù)于工廠供電系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的使用電力電容器、提高自然功率因素、加裝濾波器、應(yīng)用主動(dòng)型諧波抑制技術(shù)等內(nèi)容，則提供了可行性較高的工廠供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行思路，而為了進(jìn)一步提升無功補(bǔ)償及消諧裝置的應(yīng)用效果，SVC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償及消諧裝置等先進(jìn)設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用應(yīng)該得到關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

[1] 司馬文霞，陳莉珺，楊慶，等.gto控制阻尼電阻脈沖投入的鐵磁諧振控制[J].高電壓技術(shù)，2014（5）：1520-1529.

[2] 李義安，張迪.無功補(bǔ)償及消諧裝置在煤礦供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2014，11：156-157.