試析無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在輸配電網(wǎng)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

崔小亮

（鄒平匯盛新材料科技有限公司，山東 鄒平256200）

在輸配電網(wǎng)中，消耗電能的同時(shí)將其轉(zhuǎn)換成另一形式的能，再將之作為電氣設(shè)備作功必要基礎(chǔ)條件，并持續(xù)在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期式轉(zhuǎn)換，就是無(wú)功功率。補(bǔ)償無(wú)功功率不僅可以提升電力設(shè)備利用率,還是節(jié)約用電環(huán)節(jié)中重要的一項(xiàng)技術(shù)措施。

1 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)概述

通常輸配電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償方式為三種，通過(guò)在高低壓配電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器組實(shí)現(xiàn)集中式無(wú)功補(bǔ)償；在配電變壓低壓側(cè)與用電戶(hù)配電屏上安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器，為分組式無(wú)功補(bǔ)償；在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)安裝并聯(lián)電容器，則為就地式無(wú)功補(bǔ)償。同時(shí)，利用靈活柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)、定制電力技術(shù)等與無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)相結(jié)合誕生的靜止無(wú)功發(fā)生器，是現(xiàn)代化無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為SVG。我國(guó)僅2018 年高壓SVG 市場(chǎng)規(guī)模就已經(jīng)達(dá)約35 億元，全年生產(chǎn)2020 臺(tái)SVG，2011-2018 行業(yè)需求復(fù)合增長(zhǎng)率約35%，且隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)三階段進(jìn)入收尾，我國(guó)對(duì)SVG 與先進(jìn)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)需求將持續(xù)、穩(wěn)定增加，其行業(yè)潛力巨大。

而目前應(yīng)用于輸配電網(wǎng)電氣自動(dòng)化中的無(wú)功補(bǔ)償方面還存有一定問(wèn)題。一方面，無(wú)功補(bǔ)償電容器外熔斷器在投切電容器組中、正常運(yùn)行中會(huì)經(jīng)常性熔斷，需要提升合閘涌流對(duì)熔斷器的沖擊，或提升熔斷器而定電流。另一方面，部分補(bǔ)償熔斷器損壞率較高，需要進(jìn)一步研究諧波影響下的電壓等級(jí)選擇，提升所選電壓等級(jí)，降低補(bǔ)償電容器損壞率。此外，在輸電過(guò)程中，無(wú)功補(bǔ)償配置還存有不合理現(xiàn)象，反而容易加大電網(wǎng)損耗[1]。

2 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在輸配電網(wǎng)電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

2.1 電氣自動(dòng)化中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)作用

第一，將無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)引用在輸配電網(wǎng)電氣自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)控制設(shè)備中，可有效減少電能量損耗，降低能源浪費(fèi)率，并在一定程度上，保證輸配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

第二，應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，可進(jìn)一步提升整體輸配電氣運(yùn)行功率，補(bǔ)償運(yùn)行中產(chǎn)生的無(wú)功功率，確保輸配電網(wǎng)中用電戶(hù)所得實(shí)際電壓與額定電壓持平，保證了用電安全性。

第三，在輸配電網(wǎng)電氣運(yùn)行系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償可減少線(xiàn)路中不必要的能量損失，從而控制相應(yīng)成本。通常來(lái)說(shuō)，功率增加過(guò)程中，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中電容器容量隨之增加，易造成該設(shè)備損壞。而在功率因數(shù)增大時(shí)，利用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)降低輸電線(xiàn)路無(wú)功功率可減少電容器容量增加，可有效保證相應(yīng)的設(shè)備使用壽命。

第四，應(yīng)用無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)可簡(jiǎn)化配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)過(guò)程。一來(lái)，利用無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)與峰值線(xiàn)路中，可減少相應(yīng)主干線(xiàn)路功率消耗率，保證電氣自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)中無(wú)功耗損的控制效率。二來(lái)，利用變壓器數(shù)據(jù)、前期設(shè)施空載數(shù)據(jù)等可對(duì)損耗進(jìn)行具體計(jì)算，可有效避免無(wú)功功率補(bǔ)償不足的問(wèn)題，簡(jiǎn)化整體運(yùn)行過(guò)程。

2.2 電氣自動(dòng)化中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)類(lèi)型

2.2.1 配電線(xiàn)路無(wú)功補(bǔ)償

通常，在電氣運(yùn)行系統(tǒng)中，線(xiàn)路的無(wú)功補(bǔ)償是通過(guò)線(xiàn)路桿搭載電容器，并通過(guò)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)?。需要注意的是，線(xiàn)路補(bǔ)償點(diǎn)不宜過(guò)多，控制方式應(yīng)簡(jiǎn)便、科學(xué)，應(yīng)減少分組投切式控制。補(bǔ)償電容器容量也不宜過(guò)大，減少過(guò)度補(bǔ)償現(xiàn)象發(fā)生率，且對(duì)電容器保護(hù)措施使用斷容器與避雷器進(jìn)行過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)即可。這種配電線(xiàn)補(bǔ)償方式主要是對(duì)供電線(xiàn)路與功用變壓器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，具有投資成本低、回報(bào)迅速、管理與維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，通常適用于功率因數(shù)較低，但負(fù)荷較重的長(zhǎng)線(xiàn)路。不過(guò)，這一方式適應(yīng)性較差，重載情況下，會(huì)出現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償不足的問(wèn)題。

同時(shí)，針對(duì)低壓三相四線(xiàn)類(lèi)型的供電系統(tǒng)中，用電戶(hù)多為單項(xiàng)負(fù)荷、單相與三相符合混合的形式，且符合大小與用電時(shí)間并不固定，從而導(dǎo)致有功電流不平衡情況。這種不平衡現(xiàn)象，通常會(huì)造成配電網(wǎng)線(xiàn)路、變壓器的銅損、鐵損，甚至影響變壓器運(yùn)行安全，嚴(yán)重降低三相電壓穩(wěn)定性。而這種用電不平衡所導(dǎo)致的電流不平衡問(wèn)題無(wú)法事先與之，自動(dòng)化電氣系統(tǒng)也僅能夠在發(fā)生不平衡問(wèn)題時(shí)發(fā)出警告信息。但是，隨著目前無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展，針對(duì)這一問(wèn)題可使用電流無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)調(diào)整不平衡的有功電流，讓三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至0.9 左右，將不平衡電流限制在額定電流10%左右范圍內(nèi)，提升變壓器平衡性[2]。

2.2.2 變電站無(wú)功補(bǔ)償

變電站就是整體輸配電網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)電壓、電流進(jìn)行變換，同時(shí)集中電能、分配電能的場(chǎng)所。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是利用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，提升用電戶(hù)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性與使用效果，并保持整體輸配電網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)功功率的平衡狀態(tài)。

變電站所用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)主要包含并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償器等自動(dòng)化補(bǔ)償組件，如將電容租設(shè)備并聯(lián)在6000-10000V 母線(xiàn)的首段與次段上，利用組件集中補(bǔ)償無(wú)功功率與電壓自動(dòng)投切特性來(lái)對(duì)電容設(shè)備產(chǎn)生控制作用。從而簡(jiǎn)化變電站的維護(hù)過(guò)程，降低線(xiàn)路、電氣資源的浪費(fèi)，提升變電站運(yùn)行效率，并進(jìn)一步保證電氣自動(dòng)化運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

需要注意的是，應(yīng)保持母線(xiàn)電壓在可控范圍內(nèi)，同時(shí)利用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，有效規(guī)避變電站配電網(wǎng)出現(xiàn)超電壓?jiǎn)栴}，優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行效率與運(yùn)行環(huán)境，保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，充分發(fā)揮變電站實(shí)際功用。

2.2.3 低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置

低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置主要有控制器、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)組、并聯(lián)電容器等部件共同組成整機(jī)，是機(jī)電一體化裝置，可良好地應(yīng)用于電子自動(dòng)化系統(tǒng)。其工作內(nèi)容是當(dāng)出現(xiàn)裝置外部故障、停電等情況下自動(dòng)退出運(yùn)行，電力重新輸送后還可自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。具體原理是通過(guò)控制器對(duì)系統(tǒng)電壓變化、無(wú)功功率增減等進(jìn)行即時(shí)檢測(cè)，當(dāng)電壓低于供電標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)功功率到達(dá)投切門(mén)限時(shí)，控制器會(huì)自動(dòng)下達(dá)電容組投切指令，并利用電容器與系統(tǒng)之間的電壓差觸發(fā)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)組中的晶閘管，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)涌流投入或無(wú)涌流切除。對(duì)溫度超限、過(guò)流、過(guò)壓等現(xiàn)場(chǎng)具有保護(hù)與阻止的作用，通常被使用在用電戶(hù)、電力企業(yè)等電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中。

2.2.4 高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置

高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置更適用于無(wú)人值守單但需要遠(yuǎn)程監(jiān)控的變電站、風(fēng)電場(chǎng)等電氣自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)中，或是諧波電壓、電流滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)規(guī)定等場(chǎng)所中。該裝置通?？梢罁?jù)系統(tǒng)電壓、無(wú)功缺額等因素進(jìn)行綜合測(cè)算，并依據(jù)測(cè)算結(jié)果同樣會(huì)進(jìn)行自動(dòng)投切電容組的動(dòng)作，改善功率因數(shù)的同時(shí)有效降低設(shè)備損耗。

高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置主要技術(shù)特征包括：

第一，當(dāng)電壓低于最低設(shè)定值時(shí)，可在保證不過(guò)載的前提下，逐一投入并聯(lián)電容器，保證母線(xiàn)電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)；而當(dāng)電壓超出最高設(shè)定值時(shí)，則同樣會(huì)逐一切斷關(guān)聯(lián)電容器組，直至電壓下降到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

第二，高壓無(wú)功補(bǔ)償裝置還具備自動(dòng)化功能，如當(dāng)電容器控制回路繼保動(dòng)作拒動(dòng)，控制器則會(huì)自動(dòng)閉鎖改組電容器，并進(jìn)行異常警報(bào)；或是，自動(dòng)發(fā)出動(dòng)作指令前，具有先探詢(xún)動(dòng)作經(jīng)過(guò)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并相應(yīng)增減動(dòng)作次數(shù)，起到智能控制的作用。

2.3 電氣自動(dòng)化中智能化無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

智能化無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是未來(lái)配合電子自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的重要研究方向之一。在以往的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)需要進(jìn)行編程建立控制模型，不僅需要投入大量的人力、物力，還會(huì)在一定程度上影響模型精確度。而智能化無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)不需要建立模型，即可進(jìn)行自動(dòng)化控制、設(shè)備與數(shù)據(jù)監(jiān)控、故障診斷與分析等活動(dòng)，可有效保證電子自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、精準(zhǔn)。

在輸配電網(wǎng)中變壓器一旦發(fā)生故障，會(huì)造成行對(duì)較高的能源浪費(fèi)、經(jīng)濟(jì)損失問(wèn)題。因此，在變壓器故障診斷方面，應(yīng)用智能無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，可對(duì)其滲油量進(jìn)行自動(dòng)分析，尋找故障原因，定位故障位置。同時(shí)，此技術(shù)對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)中其他設(shè)備，如發(fā)動(dòng)機(jī)等，同樣具有快速解決故障問(wèn)題、提高系統(tǒng)整體安全性的作用[3]。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，將無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)科學(xué)地運(yùn)用于變電站、配電網(wǎng)等環(huán)境中，可最大限地提高電氣自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)性能與使用效果。因此，隨著無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，將會(huì)拓展其在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，并提升整體電氣工程系統(tǒng)的智能特性，從而推動(dòng)我國(guó)電力領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步。