無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

劉 俊

（貴州頂效開發(fā)區(qū)陽(yáng)光電力有限公司，貴州興義 562409）

0 引言

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展在一定程度上促進(jìn)了電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，與其有關(guān)的設(shè)備也已被廣泛地應(yīng)用在很多行業(yè)之中，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用，而無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域也得到了更為廣泛的應(yīng)用。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)指的是通過(guò)對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行最大程度的應(yīng)用，并借助無(wú)功、諧波等系統(tǒng)來(lái)完成補(bǔ)償，在降低電力損耗的同時(shí)，保證電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以，分析、研究無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用具有重要意義。

1 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的基本要求與實(shí)現(xiàn)途徑

1.1 基本要求

首先，在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)時(shí)，要選取數(shù)量合適的電機(jī)、變壓器和容量，盡量降低線路的感抗。如果工藝條件滿足相關(guān)要求，可以考慮采用同步的電機(jī)或選用空歇工作制的設(shè)備等方式，促進(jìn)用電單位自然效率因數(shù)的有效提升。

其次，若通過(guò)自然功率因數(shù)提升的方法對(duì)設(shè)備進(jìn)行一定的處理之后，仍然不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以考慮借助無(wú)功補(bǔ)償裝置并采用并聯(lián)電力電容器的方式。如果10 kV 或35 kV 高壓供電單位的功率因數(shù)超過(guò)0.9，低壓供電單位的功率因數(shù)超過(guò)0.85，無(wú)功補(bǔ)償時(shí)就需要考慮并聯(lián)的電力電容器。

再次，通過(guò)低壓補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)10 kV 或35 kV 高壓供電單位進(jìn)行處理，但需要注意的是，高壓側(cè)的功率因數(shù)要盡量符合供電部門的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

最后，將電力電容器作為無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)裝置，并堅(jiān)持平衡原則。通常情況下，對(duì)于補(bǔ)償基本無(wú)功負(fù)荷的電容器組來(lái)說(shuō)，比較適合在配變電所內(nèi)部進(jìn)行集中式的補(bǔ)償。但在進(jìn)行集中補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，應(yīng)采用自動(dòng)調(diào)接式的補(bǔ)償裝置，避免出現(xiàn)無(wú)功負(fù)荷倒送問題的出現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)于居住區(qū)的無(wú)功負(fù)荷，比較適合在小區(qū)變電所內(nèi)的低壓側(cè)進(jìn)行集中式補(bǔ)償。

1.2 實(shí)現(xiàn)途徑

首先，通過(guò)真空斷路器來(lái)完成無(wú)功補(bǔ)償。投入資金少、操作簡(jiǎn)單是真空斷路器的優(yōu)點(diǎn)，但是，如果工作人員在實(shí)際操作的過(guò)程中將閘刀合上，高壓現(xiàn)象會(huì)瞬間出現(xiàn)在電容器上，從而影響到系統(tǒng)整體的補(bǔ)償質(zhì)量和最終補(bǔ)償效果。

其次，通過(guò)電容器和電阻抗融合的方式來(lái)完成無(wú)功補(bǔ)償。通過(guò)電阻抗和電容器共同組成諧濾波器，能實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化過(guò)程中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。但是，在安裝的過(guò)程中，需要對(duì)電抗器和電容器的實(shí)際功率進(jìn)行充分考慮，在最大程度上確保提高功率因數(shù)的基礎(chǔ)上負(fù)序電壓功能的有效降低。

最后，通過(guò)電容器、電抗器、固定濾波器組合方式來(lái)完成無(wú)功補(bǔ)償。通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電抗器和固定濾波器的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化過(guò)程中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。

2 無(wú)功補(bǔ)償裝置選擇

在實(shí)際的工作中，需要對(duì)用戶的具體用電負(fù)荷特性進(jìn)行分析討論，并以不同的用電負(fù)荷為基礎(chǔ)選擇不同的無(wú)功補(bǔ)償裝置（圖1）。

（1）以連續(xù)工作制為主的工業(yè)企業(yè)比較適合使用MSC（Mechanically Switched Capacitor，機(jī)械式投切開關(guān)）裝置，其中長(zhǎng)期運(yùn)行的只有最主要的用電設(shè)備。此時(shí)用電負(fù)荷特性較為平穩(wěn)，且無(wú)功負(fù)荷的變化也最小。需要將MSC 裝置安裝在低壓配電室中進(jìn)行集中的補(bǔ)償。

（2）含有大量沖擊性負(fù)荷、容量較大且符合電流瞬時(shí)變化大、符合沖擊強(qiáng)且無(wú)功負(fù)荷瞬時(shí)變化大的情況都比較適合使用TSC 裝置。上述幾種情況如果采取MSC 無(wú)功補(bǔ)償裝置，會(huì)造成電容器無(wú)法運(yùn)行的問題，很容易燒毀交流接觸器或完成電容損壞。此時(shí)若采用TSC（Thyristor Switch Capacitor，晶閘管投切電容器）無(wú)功補(bǔ)償裝置，則能取得較好的補(bǔ)償效果。

圖1 無(wú)功補(bǔ)償裝置示意

（3）大型商場(chǎng)、高層住宅區(qū)、寫字樓等用電場(chǎng)所比較適合使用MSC+TSC 裝置，此類場(chǎng)所既有空調(diào)、電梯等動(dòng)力負(fù)荷，又包含很多單相負(fù)荷，MSC+TSC 混補(bǔ)的補(bǔ)償方式可以有效補(bǔ)償這類負(fù)荷。將無(wú)功補(bǔ)償裝置配置在受電端，不僅能促進(jìn)功率因數(shù)和電氣設(shè)備有效效率的增加，還能有效降低負(fù)荷無(wú)功功率的消耗。MSC+TSC 混補(bǔ)補(bǔ)償方式能與電子電力技術(shù)的發(fā)展契合，以靜止同步并聯(lián)有源濾波裝置和補(bǔ)償器相結(jié)合的方式，取得更好的質(zhì)量和效果。

3 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)案例分析

某地區(qū)供電中心的位置建造一變電站，并按照電壓等級(jí)的差異選取不同的配電線路輸電方式將電能提供給用戶。一般情況下，可以將其配電線路的輸電、配電標(biāo)準(zhǔn)范圍分級(jí)補(bǔ)償和就地平衡，但是，在整個(gè)過(guò)程中需要保持配電線路和電力用戶接收電量之間無(wú)功功率穩(wěn)定與平衡。

補(bǔ)償主變壓器無(wú)功損耗是該變電站容性無(wú)功補(bǔ)償裝置的目的，并實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)最大程度的無(wú)功補(bǔ)償。一般而言，要以主變壓器容量的10%～30%為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償裝置容量的配置，同時(shí)，還要盡量滿足35～110 kV 主變壓器的負(fù)荷要求及規(guī)定。通常在實(shí)際疏松的過(guò)程中，高壓側(cè)功率因素都會(huì)大于0.95。如果變電站中配置有單臺(tái)容量大于40 MV·A 的主變壓器，就必須配備兩組甚至兩組以上容性無(wú)功補(bǔ)償裝置，以保證在最大程度上補(bǔ)償、抵消輸電網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的多余電流。

對(duì)變電站本身的無(wú)功損耗進(jìn)行有效補(bǔ)償是變電站補(bǔ)償?shù)淖钪饕绞?。下面是?duì)變電站補(bǔ)償容量進(jìn)行確定的相關(guān)方式和依據(jù)。

首先，對(duì)于變電站而言，通常會(huì)選擇補(bǔ)償變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償，空載和負(fù)載情況下的無(wú)功損耗補(bǔ)償都包括在其中。通常情況下，補(bǔ)償35 kV、110 kV 變壓器的容量分別按照主變壓器容量的10%～15%和15%～20%進(jìn)行配置。

其次，從我國(guó)目前的實(shí)際情況來(lái)看，很多變電站是在長(zhǎng)時(shí)間輕負(fù)荷的狀態(tài)下供電，這種情況下可以考慮取最小值的補(bǔ)償容量，即主變壓器容量的10%。如果變電站在后期的使用過(guò)程中出現(xiàn)供電負(fù)荷上漲的情況，則需要根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際的用電情況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整補(bǔ)償容量，從而確保電網(wǎng)整體供電的安全性和可靠性。

再次，一般在冬夏季晚上這種用電的高峰期，變電站的供電負(fù)荷會(huì)有明顯上漲，電壓下降趨勢(shì)也很明顯，不能保證所有用戶的正常用電。針對(duì)這種情況，不僅要及時(shí)對(duì)補(bǔ)償容量進(jìn)行有效調(diào)整，還要對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，并及時(shí)增添臨時(shí)的設(shè)備，用在補(bǔ)償容量超過(guò)正常容量的情況下，合理有效地轉(zhuǎn)移多余的補(bǔ)償容量。

最后，可以考慮采取減少無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備分組數(shù)量的方式節(jié)約成本。一般情況下，會(huì)考慮讓二次負(fù)荷側(cè)的母線進(jìn)行分段運(yùn)行，并將無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備按照實(shí)際情況分成兩組。這樣不僅能很好地滿足兩臺(tái)主變電器切除與投入的需求，也能最大程度上確保兩臺(tái)主變電器正常運(yùn)行，避免某些浪費(fèi)。

4 結(jié)論

電氣自動(dòng)化設(shè)備會(huì)受到很多復(fù)雜因素的影響，而這些因素又在不斷發(fā)生改變，所以，深入研究和分析無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)已成為一種必然趨勢(shì)和學(xué)術(shù)研究的重點(diǎn)。有學(xué)者提出，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)能有效促進(jìn)整個(gè)電力供應(yīng)系統(tǒng)工作效率和質(zhì)量的提高，并減少電力資源的損壞，降低設(shè)備故障率?；诖?，政府相關(guān)部門要積極推進(jìn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展并對(duì)其給予足夠的重視，同時(shí)還需要積極引進(jìn)先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，從實(shí)際出發(fā)制定出具備可行性和適合現(xiàn)階段及未來(lái)發(fā)展的無(wú)功補(bǔ)償方案，將無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的作用最大程度地發(fā)揮出來(lái)。