高壓電網(wǎng)功率自動(dòng)補(bǔ)償試驗(yàn)中的問(wèn)題及對(duì)策

李朋宇 荊林遠(yuǎn) 胡冰

摘要：基于無(wú)功功率容易造成的負(fù)面影響，分析了電網(wǎng)系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔茫芯苛穗姽る娮蛹夹g(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用以及在無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高壓電網(wǎng);無(wú)功補(bǔ)償;自動(dòng)控制

前言

無(wú)功功率會(huì)導(dǎo)致輸變電設(shè)備的供電能力受到制約，增加電能損耗，不僅給電力企業(yè)帶來(lái)了直接的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)嚴(yán)重影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。無(wú)功功率補(bǔ)償是電力企業(yè)采取的有效應(yīng)對(duì)措施，在改善供電環(huán)境、保障電網(wǎng)安全和提高供電質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要作用。

1 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的基本原理及實(shí)現(xiàn)方式

1.1 電氣自動(dòng)化中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的基本原理

在無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，要借助濾波技術(shù)建立諧波補(bǔ)償體系，從而降低負(fù)序，也為電力系統(tǒng)優(yōu)化管理奠定基礎(chǔ)，并且對(duì)供電指令予以綜合性分析，從而確保控制器操作工序和指令管理不能滿足操作要點(diǎn)，結(jié)合動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)制為電網(wǎng)頻率變動(dòng)和電網(wǎng)抗阻沖突的縮減奠定基礎(chǔ)。也就是說(shuō)，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)作為無(wú)功電壓控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，要借助發(fā)電機(jī)組對(duì)無(wú)功功率展開(kāi)系統(tǒng)化配送，以保證電網(wǎng)配置工作的合理性，也為電力系統(tǒng)維持工作的全面開(kāi)展奠定基礎(chǔ)，有效提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。在電氣工程中的相關(guān)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，通常用視在功率來(lái)表示電氣相關(guān)設(shè)備的容量，這個(gè)容量一般是設(shè)備可以轉(zhuǎn)換的最大功率，所有設(shè)備在進(jìn)行功率輸出過(guò)程中，不僅有有用功率，還有因?yàn)楦鞣N損耗產(chǎn)生的無(wú)功功率。在我國(guó)目前普遍發(fā)展的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)中，就是通過(guò)對(duì)電網(wǎng)中產(chǎn)生的無(wú)用功率進(jìn)行充分的利用，盡量減少無(wú)功功率的消耗。

1.2 電氣自動(dòng)化中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式

一般在電氣設(shè)備的電路中，能量的轉(zhuǎn)換主要是通過(guò)兩種不同的容性功率的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的，如果容性負(fù)荷輸出無(wú)功功率，則能實(shí)現(xiàn)對(duì)感性負(fù)荷的補(bǔ)償。一般在電力系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備中安裝一些無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，就可以在一定程度上降低能耗、提升輸出功率。我國(guó)現(xiàn)階段電氣自動(dòng)化無(wú)功補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)主要通過(guò)以下幾種方式：①集中補(bǔ)償，通過(guò)并聯(lián)的方式把電容器安裝在高壓、低壓輸電線路之中;②分組補(bǔ)償，在并聯(lián)的電路中，把電容器裝在車架電平或者變壓器的低壓一側(cè);③單臺(tái)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償，通過(guò)將并聯(lián)的電容器和單臺(tái)的電動(dòng)機(jī)相互連接的方式達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

2 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用的基本要求

2.1 變壓器容量、數(shù)量與電動(dòng)機(jī)的選擇

在應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的過(guò)程中，對(duì)變壓器的數(shù)量、容量及電動(dòng)機(jī)的選擇需要符合系統(tǒng)的實(shí)際需要，此外，還需適當(dāng)降低線路的感抗，以確保無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)可以較好地融合到電氣自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中。當(dāng)生產(chǎn)的工藝條件與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件不符時(shí)，則可采取如下2種辦法來(lái)提高用電單位電力系統(tǒng)的自然功率因數(shù)，一是利用同步電動(dòng)機(jī)，二是選用間歇工作制設(shè)備。

2.2 電容器的使用條件

當(dāng)提高了系統(tǒng)的自然功率因數(shù)后，若工藝條件仍與設(shè)計(jì)要求有較大差距，則需引入無(wú)功補(bǔ)償裝置，通常采用以并聯(lián)形式連接的電容器。規(guī)定電容器的使用條件為：低壓供電單位的功率因數(shù)小于等于0.85或高壓供電單位的電壓為10kV或35kV。此時(shí)，便可利用電容器降低損耗、提高輸電效率，以使工藝條件符合系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求。

2.3 平衡性原則

平衡性原則在無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)中主要體現(xiàn)為兩個(gè)方面，首先是低壓電容器應(yīng)用來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)中的低壓無(wú)功負(fù)荷，而高壓電容器則可以用來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)損失的高壓無(wú)功電荷。其次，當(dāng)用電設(shè)備所承擔(dān)的負(fù)荷相對(duì)平衡、使用次數(shù)較多、容量較大且內(nèi)部的無(wú)功計(jì)算負(fù)荷≥100kvar時(shí)，應(yīng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置和電氣設(shè)備采取同時(shí)通電的措施。在電容器組無(wú)功補(bǔ)償方面，在進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，還應(yīng)引入自動(dòng)調(diào)節(jié)式的補(bǔ)償裝置來(lái)達(dá)到防止無(wú)功負(fù)荷倒送的目的。

3 電網(wǎng)系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1 機(jī)械式接觸設(shè)備

利用電工電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備開(kāi)關(guān)的自動(dòng)化控制，有多種實(shí)現(xiàn)方法。本文介紹的基于并聯(lián)電容器的開(kāi)關(guān)完成無(wú)功補(bǔ)償控制方式，具有兩方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：其一是在輸入補(bǔ)償階段，電路中電壓初始值不高，這樣就方便進(jìn)行低壓操作，減少無(wú)功功率;其二是電容器很少出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，無(wú)形中延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益明顯提升。但是當(dāng)電力系統(tǒng)中電壓出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)涌流激增現(xiàn)象，可能會(huì)影響供電質(zhì)量。為了解決這一問(wèn)題，需要引入機(jī)械式接觸設(shè)備，同時(shí)采用并聯(lián)方式，在機(jī)械式接觸設(shè)備之后增加電容組。這樣通過(guò)組合控制，既可以達(dá)到控制涌流的目的，又能夠減少電壓波動(dòng)影響，對(duì)提升無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制水平有積極作用。

3.2 無(wú)觸點(diǎn)晶閘管

在以往無(wú)功補(bǔ)償控制中，主要的措施是控制并聯(lián)電容器組的涌流現(xiàn)象。但是在實(shí)際工作中，容易受到多種因素的影響，導(dǎo)致實(shí)際控制效果并不理想。一旦控制措施不到位，出現(xiàn)涌流問(wèn)題，輕則導(dǎo)致電路中相關(guān)設(shè)備和線路燒毀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成局部電網(wǎng)癱瘓?；陔姽る娮蛹夹g(shù)的無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制，使用無(wú)觸點(diǎn)晶閘管代替繼電器，將無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制風(fēng)險(xiǎn)降到最低。通過(guò)實(shí)際觀察，無(wú)觸點(diǎn)晶閘管的優(yōu)勢(shì)在電路電壓突降為0時(shí)，能夠控制可控硅開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，這樣就切斷了電壓突降對(duì)其他線路及設(shè)備的破壞影響，避免了拉弧問(wèn)題。但是無(wú)觸點(diǎn)晶閘管在應(yīng)用中還存在一些不足之處，需要在無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制運(yùn)用中加以改進(jìn)。

3.3 復(fù)合開(kāi)關(guān)

通常情況下，可控硅開(kāi)關(guān)與交流接觸器并不直接相連，在無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中，復(fù)合開(kāi)關(guān)則發(fā)揮了連接作用，實(shí)現(xiàn)了可控硅開(kāi)關(guān)與交流接觸器的并聯(lián)。其作用是在電流過(guò)零時(shí)，能夠確保可控硅開(kāi)關(guān)可以第一時(shí)間斷開(kāi)，這樣就達(dá)到了保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)的目的，同時(shí)也間接了減少了無(wú)功損耗。但是大量的實(shí)驗(yàn)證明，復(fù)合開(kāi)關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中，由于電網(wǎng)中涌流的存在，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無(wú)法有效或及時(shí)開(kāi)關(guān)的情況，為了保證復(fù)合開(kāi)關(guān)在無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中發(fā)揮實(shí)際作用，需要對(duì)復(fù)合開(kāi)關(guān)進(jìn)行優(yōu)化。首先，根據(jù)電力系統(tǒng)組成和無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制需要，科學(xué)選擇復(fù)合開(kāi)關(guān)。目前主流的復(fù)合開(kāi)關(guān)有兩種，分別是單相分補(bǔ)復(fù)合開(kāi)關(guān)和三相共補(bǔ)復(fù)合開(kāi)關(guān)。對(duì)于多數(shù)低壓無(wú)功補(bǔ)償來(lái)說(shuō)，使用三相共補(bǔ)復(fù)合開(kāi)關(guān)即可符合要求。但是對(duì)于三相負(fù)載不平衡的情況，就必須考慮使用單相分補(bǔ)復(fù)合開(kāi)關(guān)。其次，無(wú)論使用哪種復(fù)合開(kāi)關(guān)，都需要考慮經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題，既要確保電路無(wú)功補(bǔ)償達(dá)到預(yù)期效果，又要維護(hù)電力企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)利益，實(shí)現(xiàn)兩者的平衡。

3.4 電路仿真

電路設(shè)計(jì)是電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要應(yīng)用，但在以往的電路設(shè)計(jì)中，電工電子技術(shù)只是發(fā)揮了輔助作用，完成設(shè)計(jì)任務(wù)后還是要按照設(shè)計(jì)圖搭建實(shí)際電路。如果設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，仍需要完成電力系統(tǒng)安裝后才能發(fā)現(xiàn)，無(wú)形中就造成了資源的浪費(fèi)。隨著電工電子技術(shù)的不斷革新，電路仿真成為電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)的重要技術(shù)。在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下搭建電路，然后仿真運(yùn)行，就可以提前發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，進(jìn)而進(jìn)行修改和完善，在確定不存在問(wèn)題后，再進(jìn)行電力系統(tǒng)的建設(shè)。電路仿真也可以應(yīng)用到無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制中，對(duì)提升自動(dòng)控制效果和降低線網(wǎng)損耗有顯著作用。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)功功率廣泛出現(xiàn)在電力生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中，為了降低無(wú)功功率帶來(lái)的損害，電力企業(yè)在無(wú)功補(bǔ)償方面的研究從未停止。當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制技術(shù)尚有一定缺陷，這就需要在今后的技術(shù)發(fā)展中，要不斷進(jìn)行技術(shù)與設(shè)備的創(chuàng)新，更好地發(fā)揮無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)控制的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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