電氣工程及其自動(dòng)化無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

許 哲

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南 新鄭 451150）

0 引 言

在國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中，電網(wǎng)為日常生產(chǎn)和生活提供了必要幫助。近年來，基于現(xiàn)代工業(yè)水平的提升，電氣工程取得了理想發(fā)展。然而存在的能耗問題卻始終未得到解決，在一定程度上影響了資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)與發(fā)展。電氣工程應(yīng)盡量避免發(fā)生電力資源浪費(fèi)情況，只有這樣，才能夠加快此行業(yè)的發(fā)展速度。因此，深入研究并分析電氣工程及其自動(dòng)化無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用十分有必要。

1 無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化工程中的現(xiàn)實(shí)意義闡釋

通過合理運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)，能夠全面提高電網(wǎng)質(zhì)量與安全性，使系統(tǒng)電壓更穩(wěn)定，并在對(duì)調(diào)節(jié)器科學(xué)配置的基礎(chǔ)上提高了系統(tǒng)輸電能力。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中引入無功補(bǔ)償技術(shù)，可預(yù)防由高次諧波引起的用電器溫度過高現(xiàn)象。在電網(wǎng)負(fù)載功率因數(shù)提高方面，無用補(bǔ)償技術(shù)的作用十分關(guān)鍵，特別是在降低用電設(shè)備電存量方面的作用效果顯著[1]?；诓黄胶馊嘭?fù)荷條件，無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可使三相視在功率處于平衡狀態(tài)，進(jìn)一步改善電力系統(tǒng)性能。此外，通過運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)，同樣可降低電網(wǎng)有功損壞的發(fā)生率，增強(qiáng)電力系統(tǒng)無功功率流動(dòng)控制效果，實(shí)現(xiàn)改善電能質(zhì)量的目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)抗干擾的能力。對(duì)于動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，在引入無功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，調(diào)節(jié)器的科學(xué)化配置能夠明顯改善電力系統(tǒng)輸電線的動(dòng)態(tài)化輸電能力[2]。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)概述

2.1 內(nèi) 涵

無功補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ)是無功補(bǔ)償理論。該技術(shù)可以在相同線路中并聯(lián)感性功率負(fù)荷與有容性功率負(fù)荷裝置，可以在電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)電能在兩種負(fù)荷間的任意交換，并且為對(duì)方補(bǔ)償所需的無功功率。在提高供電系統(tǒng)電網(wǎng)功率的基礎(chǔ)上，控制供電設(shè)備與線路等的電能損耗，盡可能優(yōu)化供電效率，可確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。將并聯(lián)補(bǔ)償電容器應(yīng)用于電網(wǎng)中，使得變壓器的負(fù)載電壓因受到影響而改變，為保證質(zhì)量較高的負(fù)載電壓，則要結(jié)合具體狀況投入或者是切除電容器無功補(bǔ)償。調(diào)整電容器投入時(shí)，一般通過cosφ0與cosφ代表投入電容器之前和投入電容器之后的變壓器負(fù)載因數(shù)和負(fù)載側(cè)功率的增加因數(shù)，通過U20和U2+分別達(dá)標(biāo)投入電容器前后變壓器負(fù)載電壓以及電壓增加數(shù)值，它們之間具有以下的關(guān)系：

其中，U2N與UX分別代表了變壓器負(fù)載側(cè)的額定電壓和電源側(cè)的運(yùn)行電壓。在變壓器實(shí)際運(yùn)行過程中用U1代表電壓。當(dāng)電容器切除的時(shí)候，若使用cosφ0與cosφ代表負(fù)載側(cè)的功率與減少因數(shù)，那么U20和U2-則可以代表電容器切除狀態(tài)下的負(fù)載側(cè)電壓數(shù)值和電壓的減少數(shù)值，兩者具有以下關(guān)系：

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)階段，計(jì)算無功服務(wù)的費(fèi)用相對(duì)復(fù)雜且涉及內(nèi)容十分廣泛。長(zhǎng)期以來，在計(jì)算有功服務(wù)的時(shí)候，主要是以費(fèi)用作為對(duì)象完成計(jì)算，因而計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單。但計(jì)算無功費(fèi)用時(shí)需根據(jù)無功補(bǔ)償設(shè)備與系統(tǒng)投資的實(shí)際費(fèi)用加以計(jì)算，因項(xiàng)目復(fù)雜性較為明顯，所以增加了無功服務(wù)費(fèi)用計(jì)算的復(fù)雜程度[3]。以設(shè)備角度分析，有功功率補(bǔ)償?shù)闹饕獊碓词前l(fā)電機(jī)組與設(shè)備，而無功功率補(bǔ)償?shù)闹饕獊碓聪鄬?duì)較多，且會(huì)涉及諸多設(shè)備種類。通常情況下，無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可合理化地改造發(fā)電機(jī)組，對(duì)補(bǔ)償設(shè)施加以補(bǔ)償，同時(shí)也能夠補(bǔ)償線路配置。

在無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)際應(yīng)用過程中了解到，該技術(shù)同樣會(huì)受到部分條件約束，尤其是距離限制。若無功功率補(bǔ)償?shù)木嚯x較遠(yuǎn)，則供電側(cè)與受電側(cè)的電壓差值就會(huì)相對(duì)較大，增加了危險(xiǎn)系數(shù)，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p耗，在一定程度上影響了供電線路經(jīng)濟(jì)效果。為此，大部分區(qū)域開始引入就地補(bǔ)償并輔之集中補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的[4]。在供電過程中，大部分設(shè)備間均借助電磁感應(yīng)傳輸能量。無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用目的是在傳遞電磁感應(yīng)能量期間盡可能降低損耗，實(shí)現(xiàn)功率損耗的最小化。大部分區(qū)域開始引入感性無功功率達(dá)到無償目標(biāo)。通過合理運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)，能夠使供電系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，并借助發(fā)電機(jī)組將無功功率輸送至配電網(wǎng)中，以保證系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。此補(bǔ)償模式可吸收無功功率，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)盡可能規(guī)避發(fā)生中斷，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全水平。

3 電氣工程及其自動(dòng)化無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在電氣系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償技術(shù)的作用不容小覷。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，需開展電氣輸送工作，出現(xiàn)無功現(xiàn)象將直接增加電力損失。將無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用其中，可降低無功功率，一般借助控制電網(wǎng)功率實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。無功功率偏高，很容易增加電力系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備損耗，進(jìn)而產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)绊戨娏?yīng)，降低用戶生活質(zhì)量[5]。在無功補(bǔ)償技術(shù)的作用下，電力系統(tǒng)負(fù)荷明顯降低，無功功率也隨之減少，一定程度上優(yōu)化了電力利用率，以免在電路輸送過程中資源損失過量。

目前，無功補(bǔ)償技術(shù)始終存在系列問題有待解決，最主要的就是裝置內(nèi)的真空斷路器。受技術(shù)條件約束，在斷路器閉合狀態(tài)下會(huì)形成高壓而影響無功補(bǔ)償裝置，對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。與此同時(shí)，無功補(bǔ)償裝置的安裝位置也會(huì)影響實(shí)際的工作效率和裝置的使用時(shí)間。在國(guó)內(nèi)部分電力系統(tǒng)中，補(bǔ)償裝置安裝位置不合理的情況始終存在，在變電站周圍安裝補(bǔ)償裝置很容易改變電路內(nèi)的電壓，影響周邊電路功率。一旦功率變化幅度明顯，還會(huì)增加補(bǔ)償裝置的負(fù)荷，為補(bǔ)償裝置工作效果帶來不利影響。

4 電氣工程及其自動(dòng)化無功補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑

對(duì)于電氣設(shè)備電路而言，能量轉(zhuǎn)換一般可借助兩種容性功率轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)。若并容性負(fù)荷輸出的是無功功率，那么可有效補(bǔ)償感性負(fù)荷。通常情況下，電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備會(huì)安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能耗下降和提升輸出功率的目標(biāo)。當(dāng)前，我國(guó)電氣自動(dòng)化無功補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方式主要集中在以下3個(gè)方面：集中補(bǔ)償借助并聯(lián)形式在高壓輸電線路與低壓輸電線路安裝電容器；分組補(bǔ)償將電容器安裝于并聯(lián)電路內(nèi)的車架電平或變壓器的低壓一側(cè)；單臺(tái)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償在連接并聯(lián)電容器與單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的。

5 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

以上展開了對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化和無功補(bǔ)償技術(shù)的相關(guān)性研究與探討。為彰顯電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的價(jià)值與作用，可將無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用其中，以下將通過多個(gè)方面探究該技術(shù)的具體應(yīng)用，以供參考。

5.1 智能補(bǔ)償投切開關(guān)的選用

基于科技水平的提升，各種電能設(shè)備隨之出現(xiàn)，而人們的電力需求量也隨之增加，既有電網(wǎng)配置很難與現(xiàn)代設(shè)備需求相適應(yīng)。為此，機(jī)電一體化理念應(yīng)運(yùn)而生，在融合電氣工程和自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，可靈活地分配電力資源，以全面增強(qiáng)供電的效果。在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的過程中，可使用智能真空開關(guān)。以低壓真空滅弧室和永磁操作機(jī)構(gòu)的聯(lián)合應(yīng)用為基礎(chǔ)，延長(zhǎng)電網(wǎng)使用壽命，優(yōu)化系統(tǒng)可靠性能，而且可縮減成本，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。除此之外，自動(dòng)化無功補(bǔ)償也要運(yùn)用真空斷路器實(shí)現(xiàn)電容器投切，以免電容設(shè)備和電感設(shè)備在串聯(lián)時(shí)形成諧波，更好地節(jié)省成本。作為設(shè)計(jì)工作人員需要科學(xué)化地設(shè)計(jì)濾波器和變壓器，合理化地調(diào)節(jié)電抗器。

5.2 配電線路中的應(yīng)用

分支線路對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用最重要的就是確定線路內(nèi)的無功功率損耗量，并結(jié)合所需補(bǔ)償容量合理選用分支線路和補(bǔ)償方式，有效補(bǔ)償電路功率[6]。通常情況下，確定分支線路無功損耗量的過程中，應(yīng)與配電變壓器相互配合并計(jì)算空載無功損耗，便于工作人員選擇最佳補(bǔ)償設(shè)備，以免發(fā)生線路補(bǔ)償不足的問題。在優(yōu)化補(bǔ)償效果的過程中，則需根據(jù)此部分的電路時(shí)間或是電壓的變化加以優(yōu)化，進(jìn)一步增強(qiáng)補(bǔ)償效果。

5.3 變電站的集中補(bǔ)償

為減少輸電網(wǎng)線路損耗量，實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)無功功率平衡，需集中補(bǔ)償變電站。在集中補(bǔ)償方面，需選擇同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器以及靜止補(bǔ)償器等。變電站經(jīng)集中補(bǔ)償后，即可有效改善輸電網(wǎng)與輸電線路功率因數(shù)。此外，在集中補(bǔ)償?shù)倪^程中，需在變電站主干線路中安裝所需設(shè)備。通過集中補(bǔ)償，可使得變電站內(nèi)部設(shè)備的安裝、管理以及維護(hù)更加便利，但線路損耗效果始終差強(qiáng)人意。

5.4 電氣自動(dòng)化容量的擴(kuò)大

在電氣自動(dòng)程序中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)可自動(dòng)調(diào)節(jié)電氣工程及自動(dòng)化程序容量，而且技術(shù)工作人員可有效融合無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用空間和各類電氣工程的自動(dòng)化程度。借助無功補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力傳輸過程中負(fù)電荷與低電荷間輸電和變電的有效轉(zhuǎn)化，提高電氣自動(dòng)化工程程序應(yīng)用的有用功使用頻率。通過運(yùn)用綜合性智能工藝，實(shí)現(xiàn)了電氣工程自動(dòng)化程序中無功補(bǔ)償技術(shù)的作用與價(jià)值，也延長(zhǎng)了程序的使用壽命，有利于更好地發(fā)揮電氣化生產(chǎn)技術(shù)的效能。

5.5 濾波穩(wěn)定傳輸

濾波傳輸速率會(huì)影響電氣自動(dòng)化工程生產(chǎn)應(yīng)用無功補(bǔ)償?shù)男Ч?，確保濾波傳輸?shù)姆€(wěn)定性，更有利于電氣自動(dòng)化工程中無功補(bǔ)償應(yīng)用的合理化。在電氣自動(dòng)化工程管理中，濾波控制的穩(wěn)定同時(shí)會(huì)受聯(lián)晶管與電抗器的作用，使得電抗器的電壓與電阻更穩(wěn)定，并且增強(qiáng)電流傳輸?shù)膹?qiáng)度，確保電氣自動(dòng)化工程所傳輸?shù)臒o線電波更加穩(wěn)定，保證無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用得更加合理[7]。

6 結(jié) 論

綜上所述，基于科學(xué)技術(shù)水平的提升與國(guó)家綜合國(guó)力的增強(qiáng)，技術(shù)工作人員的研究能力顯著增強(qiáng)，加快了無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展速度。對(duì)于電氣自動(dòng)化設(shè)備而言，其中所涉及的因素十分復(fù)雜，且各因素始終處于變化狀態(tài)，因而研究無功補(bǔ)償技術(shù)是必要的。將無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于電氣工程及其自動(dòng)化中能夠全面提升電力供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低電力資源損壞程度。為此，相關(guān)部門必須高度重視無功補(bǔ)償?shù)闹匾饔?，合理運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)與管理模式，凸顯無功補(bǔ)償技術(shù)的價(jià)值。