電工電子技術在無功補償自動控制中的應用

廣州市城市建設職業(yè)學校 秦美玲

伴隨著電力需求日益高漲，為有效保障電力系統(tǒng)運行效率，從而為城市建設發(fā)展提供充足的電力資源，電氣自動化成為電力企業(yè)主要經(jīng)營模式，且隨著電工電子技術迅猛發(fā)展，如何將電工電子技術與電氣自動化進行有效搭配成為電力企業(yè)探究主要方向，其中無功補償作為電力系統(tǒng)高效、高質及安全穩(wěn)定運行的關鍵技術，應嘗試將電力電子技術應用到無功補償自動控制中去，這樣既能深化電工電子技術普及應用，同時還能進一步提升電力系統(tǒng)運行效率與質量及降低能源損耗。

1 無功補償應用原理及作用

無功功率作為電力系統(tǒng)運行中難以避免的一種現(xiàn)象，經(jīng)常出現(xiàn)在電力生產(chǎn)與運輸過程中，給電力系統(tǒng)高效、高質運行帶來一定的不利影響，為有效緩解與降低無功功率的損害，無功補償被廣泛應用[1]。

1.1 無功補償應用原理

電力生產(chǎn)與運輸過程中會產(chǎn)生有功功率與無功功率，其中無功功率的產(chǎn)生會給電力系統(tǒng)運行帶來一定程度的損耗，如加大電網(wǎng)運行負荷等，同時也會給電力系統(tǒng)安全運行造成危害。而為避免無功功率造成的影響，無功補償技術被應用。無功補償應用的原理是在電網(wǎng)內(nèi)與負荷端位置設置無功電源來滿足電力系統(tǒng)與負荷端電壓需要。從另外一種角度而言，無功補償?shù)膽脤嶋H上就是為提高功率因數(shù)、改善電網(wǎng)電壓質量、保障電網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性，因此當電網(wǎng)無功功率無法實現(xiàn)平衡時，需設置無功補償自動控制裝置。

1.2 無功補償?shù)淖饔?/h3>

在電力系統(tǒng)中無功補償?shù)木唧w價值作用主要可表現(xiàn)在四方面：有助于提高功率因數(shù)、有助于控制電能損耗、有助于保障電壓質量、有助于延長電氣設備使用時間。首先，在電網(wǎng)內(nèi)與負荷端有功功率維持不變前提下，在相應位置設置無功補償裝置可降低無功功率損耗，以此促使功率因數(shù)得到提升；其次，在電力傳輸中會在無功功率影響下產(chǎn)生一定的電力損失、導致電能損耗，從而造成能源浪費，而應用無功補償后，通過降低無功功率則可使總電流變小，進而控制電網(wǎng)的電能損耗；最后，基于電感電抗大于電阻的認知，無功負荷對高壓線路的影響較大，會造成電壓損耗，影響電壓質量，而設置無功補償裝置后可有效提高功率因數(shù)，從而在一定程度上能有效降低高壓線路中的無功電流，以此切實保證電壓質量。

變壓器等設備是電力系統(tǒng)能正常運行的基礎設備，在臨界設備負荷或超負荷運作下，相關電氣設備的使用壽命較短，需要定期更換，會產(chǎn)生較高的成本，而基于無功補償對功率因數(shù)的調(diào)節(jié)作用，可大幅度降低設備經(jīng)常臨界負荷的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)有效延長電氣設備使用時長。

2 電工電子技術在無功補償自動控制中的應用優(yōu)勢與特點

電工電子技術的不斷完善，其在無功補償自動控制中的應用優(yōu)勢愈發(fā)凸顯，最具有代表性的是能有效提高電力電網(wǎng)的安全運行效率，而電力系統(tǒng)的安全運行是保證社會生產(chǎn)生活用電的基礎。由于無功功率因素的影響，電力系統(tǒng)的安全運行在理論上受到較大影響，這不僅影響電力的生產(chǎn)與運輸質量，還會造成較大的電能損耗，因此無功補償裝置作為能提高功率因數(shù)的主要技術，對無功功率控制具有決定性的作用，而電工電子技術在無功補償自動控制中的應用，則進一步提高了無功補償技術應用效果，進而全面保證了電網(wǎng)安全[2]。

基于此，全控化、集成化、高頻化是電工電子技術在無功補償自動控制中的應用特點。其優(yōu)勢首先體現(xiàn)在電力系統(tǒng)的人力成本節(jié)約上。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運行中，需人工操作與處理的工作內(nèi)容較多，電力企業(yè)需擁有充足的人力資源，這不僅會給相關人員帶來較高的工作壓力，還會加大電力企業(yè)在人力資源管理方面的成本支出，不利于電力企業(yè)經(jīng)濟效益最大化，而電工電子技術在無功補償自動控制中的應用則可大幅提高電力系統(tǒng)運行的自動化水平，進而將一部分工作由自動化控制取代人工控制。

其次，其優(yōu)勢也體現(xiàn)在電力設備系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，電力系統(tǒng)正常運行中涉及到諸多的電氣設備或元器件，以此才能有效保證電網(wǎng)安全，在此情況下勢必會加大設備故障概率并占據(jù)較大的設備安裝空間，而電工電子技術則具有集成化特點，可將相關元器件或設備進行整合形成一個全控型器件；最后，隨著社會生產(chǎn)生活對電力需求的不斷遞增，電力系統(tǒng)也應與時俱進，不斷進行優(yōu)化與完善，其中高頻化方向則是新時期背景下電力系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，能進一步提升電力系統(tǒng)運行效率與質量，而電工電子技術具有突出的高頻化特點，因此將其應用到無功補償自動控制中可促進電力系統(tǒng)快速發(fā)展。

3 電工電子技術在無功補償自動控制中的具體應用策略

某地區(qū)發(fā)展中，對電力供給提出了新的要求，強調(diào)應進一步加強電力系統(tǒng)運行效率與質量，并在此基礎上落實生態(tài)文明建設要求，實現(xiàn)節(jié)能降耗發(fā)展目標。在此背景下，該地區(qū)在10kV電力系統(tǒng)規(guī)劃中貫徹落實節(jié)能降耗與高質量發(fā)展要求，以無功功率對電力系統(tǒng)安全與穩(wěn)定運行的不利影響為著眼點，全面增設無功補償自動控制裝置，并在此基礎上將電工電子技術應用在務工補償自動控制中，現(xiàn)將電工電子技術在無功補償自動控制中的具體應用總結如下。

3.1 機械接觸器規(guī)避

電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行需諸多電氣設備共同維持，其中電力開關等設備作為最基礎的設備，雖實際功效較為單一，但也會給電力系統(tǒng)帶來一定影響，基于此，在10kV電力系統(tǒng)規(guī)劃中相關單位利用無功補償自動控制裝置來控制其[3]。但對無功補償自動控制裝置的具體應用調(diào)查發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)點電容器與開關裝置是保證無功補償自動控制裝置能有序運行的重要裝置，而這類裝置在實際運行中無法開展有效的無功補償工作，會產(chǎn)生一系列問題、如短路，而短路問題的發(fā)生則在于合閘前后的電壓值會出現(xiàn)較大波動，合閘前電壓值較低且平穩(wěn)，而在合閘后電壓值則會在短時間內(nèi)迅速增高，進而致使相關裝置無法承受短時間內(nèi)電壓值出現(xiàn)的較大變化出現(xiàn)短路，給社會生產(chǎn)生活帶來停電影響，不僅會影響人們?nèi)粘Ｉ?，甚至還會導致部分工廠企業(yè)停工停產(chǎn)，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

在此現(xiàn)狀下，電力企業(yè)對該問題加以重視，并針對該問題提出有針對性的應對措施。通過對問題進行深入探究，決議將電工電子技術應用在無功補償自動控制中，從而構建專用型電容設備接觸方式，即設置機械接觸器開關。在10kV電力系統(tǒng)規(guī)劃建設中機械接觸器開關的應用取得了明顯效果，有效實現(xiàn)了強化限流電阻目的，規(guī)避了電壓值在短時間內(nèi)出現(xiàn)較大差值的現(xiàn)象，從而切實避免涌流造成的短路問題發(fā)生。

3.2 無觸點晶閘管

電網(wǎng)安全運行、從而為用戶提供安全的用電環(huán)境是電力企業(yè)發(fā)展中需要思考的重要問題，其中電容器作為電力系統(tǒng)中重要的電氣設備，其整體的應用安全效值較差，極易出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，并且一旦會再次降低電容器的安全性能，進而在電容器影響下導致電力系統(tǒng)均受到影響，造成不可控的后果，同時也會使電容器本身發(fā)生損害、其內(nèi)部零件被燒壞等問題，進而需要花費時間精力去更換電容器，影響電網(wǎng)運行效率。而電工電子技術在無功補償自動控制中的應用，讓無觸點晶閘管得到廣泛使用，其作為一種固態(tài)繼電器設備，當電網(wǎng)電壓值為0時會自動斷開開關，為電容器運行創(chuàng)造良好的安全環(huán)境，避免電容器設備接觸器在切投動作執(zhí)行中出現(xiàn)涌流現(xiàn)象。

在案例中的10kV電力系統(tǒng)規(guī)劃建設中就采用了無觸點晶閘管，主要源于從多角度對比分析了無觸點晶閘管與傳統(tǒng)繼電器之間的性能與應用優(yōu)勢，比較發(fā)現(xiàn)無觸點晶閘管的綜合應用效值明顯高度傳統(tǒng)繼電器，因此在電力系統(tǒng)建設中決議用無觸點晶閘管直接替代傳統(tǒng)產(chǎn)品。但隨著無觸點晶閘管的深入應用，隨之發(fā)現(xiàn)了無觸點晶閘管的不足，在實際應用中會使電容器存在0.7V的壓降，進而在一定程度上影響電容器正常運行?；诖耍夹g人員應在無觸點晶閘管應用中不斷積累相關數(shù)據(jù)，以真實數(shù)據(jù)為基礎進一步深化電工電子技術在無功補償自動控制中的應用研究，從而改善無觸點晶閘管存在的問題[4]。

3.3 復合開關設備

作為維護可控硅開關機交流接觸器并聯(lián)目的的關鍵，復合開關設備的重要性與地位隨著電工電子技術在無功補償自動控制中應用得到明顯提升，是切實保證可控硅開關成效以及提高可控硅開關精準性自動斷開的重中之重。但相關技術人員對復合開關設備實際應用中的相關參數(shù)與具體運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，復合開關設備在自動化開關控制方面并不是萬無一失的，存在一定的失效概率。

基于此，為了有效提升電工電子技術在無功補償自動控制中的綜合應用價值，應對復合開關設備進行優(yōu)化與完善，主要方面為：首先，在10kV電力系統(tǒng)規(guī)劃建設過程中，技術人員需要根據(jù)電力系統(tǒng)高效運行中對無功補償自動控制的實際需求，以及電工電子技術在無功補償自動控制中的具體應用方面，合理設置復合開關設備，將其科學應用在單相分補以及三相共補之中；其次，記錄三線負載數(shù)據(jù)，分析其不平衡情況發(fā)生的概率與具體情況，考慮是否應用單相分補；最后，在低壓系統(tǒng)中進行無功補償[5]。

3.4 電路仿真

我國正處于現(xiàn)代化科學技術快速發(fā)展時期，自動化、信息化、智能化等計算機技術高速發(fā)展，這也為電工電子領域相關技術良好發(fā)展奠定了基礎，有助于優(yōu)化與完善電工電子技術，并加強電工電子技術在社會各個領域中的普及應用。其中具有一定代表性的就是基于計算機技術下的電路仿真。通過電力仿真與模擬能夠實現(xiàn)分、主電路控制以及監(jiān)測到細微的涌流變化。案例中的10kV電力系統(tǒng)規(guī)劃建設充分借助計算機技術將電路仿真應用到電力系統(tǒng)中，提升了無功補償自動控制成效。在電路仿真實際應用過程中，相關技術人員可通過專業(yè)的軟件系統(tǒng)構建科學合理的電路體系，從而基于電路仿真及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中無功補償自動控制存在問題，同時以此為基礎提出有效的應對辦法。

3.5 協(xié)助設計真空斷路器

電力系統(tǒng)的正常運行需要電網(wǎng)內(nèi)與負荷端能夠有效處理無功功率，由此可見，無功補償自動控制的作用十分突出，是降低無功功率損害，提高功率因數(shù)的重要技術，能夠切實保證電力系統(tǒng)運行安全與運行效率。其中真空斷路器作為電網(wǎng)中的基礎電氣設備，其整體結構構造較為簡單，因此在對其進行安裝時不會花費大量的人力，同時該設備的采購成本也較低，因此其綜合應用效值較為優(yōu)異。但真空斷路器在實際應用中會存在電力壓力過大問題，且在合閘時的問題更加突出，會直接導致真空斷路器被損壞?；诖?，為保證真空斷路器良好運行，可應用無功補償自動控制裝置進行維護。

4 結語

伴隨著電工電子技術與無功補償自動控制技術的快速發(fā)展，為電力系統(tǒng)安全及穩(wěn)定運行創(chuàng)造了良好的條件，可切實提高電力系統(tǒng)運行質量與效率，因而開展電工電子技術在無功補償自動控制中的應用研究具有重要的價值意義，不僅可明晰無功補償應用原理以及在保障電壓質量、延長電氣設備使用時間、控制電能損耗、提高功率因數(shù)等方面的應用優(yōu)勢，基于研究還可知通過機械接觸器、無觸點晶閘管、復合開關設備、電路仿真、協(xié)助設計真空斷路器的應用，能夠有效提高電工電子技術在無功補償自動控制中的應用成效。