試論電氣自動化中無功補償技術的應用

　　摘 要：自動化電氣設備中日益增強的非線性因素與變化規律日益復雜的單向電力牽引負荷增加了電網中負序、諧波的注入量和無功功率。在電氣自動化程度日益深化、范圍日益擴大的今天，以上因素對電力系統造成的危害會進一步擴大，因此，迫切需要我們依照自動化電氣設備的負荷與系統特點來制定無功、負序及其諧波的綜合性治理方法，借此保護電網系統、提高電氣自動化控制設備的穩定性。
　　關鍵詞：無功補償技術 電氣自動化 應用
　　中圖分類號：TM922 文獻標志碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(b)-0000-01
　　
　　科技越是發展，電氣自動化的程度和應用范圍就是越深、越廣。但是自動化電氣設備中日益增強的非線性因素與變化規律日益復雜的單向電力牽引負荷增加了電網中負序、諧波的注入量和無功功率。為了有效解決以上問題，依照自動化電氣設備的負荷與系統特點來制定無功、負序及其諧波的綜合性治理方法，在保護電網系統的同時，提高電氣自動化控制設備的穩定性。
　　
　　1 無功補償技術概述
　　1.1 無功補償設計要求簡述
　　（1）在進行無功補償設計的時候必須要選擇合適的變壓器容量和臺數、電動機型號，并降低線路感抗。如果工藝條件符合要求，則可以通過以下措施來提升用電單位的自然功率因數，即選用同步電機與空歇工作制設備。
　　（2）如果提高自然因數的方法無法滿足實際需求，可以利用并聯電力電容器的方式來達到要求。采取聯電力電容器的方式需要符合以下要求：功率因數高于0.9的高壓供電單位（10Kv至35Kv）；或者功率因數低于0.85低壓供電單位（小于10Kv）。
　　（3）高壓供電單位（10Kv至35Kv）將低壓補償作為處理方式，高壓側功率因數必須要滿足供電部門標準。
　　（4）如果無功補償裝置為電力電容器，則需要嚴格遵循平衡原則。具體而言，高壓電容器進行高壓部分的無功負荷補償，低壓電容器進行低壓的無功負荷補償。容量比較大且負荷平衡、使用頻率較高的用電設備的無功計算負荷大于100Kvar時，可在設備附近就地補償。補償裝置宜與設備同時通斷電。補償基本無功負荷的電容器組，宜在配變電所內集中補償。集中補償時，宜采用自動調節式補償裝置，防止無功負荷倒送。居住區的無功負荷宜在小區變電所低壓側集中補償。
　　1.2無功補償的實現途徑
　　(1)“固定濾波器+晶閘管調節變壓器”方案。以上兩種設備利用高漏抗變壓器能夠導致較大的有功損耗，因此，“固定濾波器+晶閘管調節變壓器”的方案沒有得到廣泛地應用。
　　(2)“真空斷路器投切電容器”方案。操作簡便、成本低廉是該設備的重要特色，但是該設備在合閘時電容器上所產生的過電壓非常之高，非常燒毀設備；并且設備開關的設計壽命比較短，無法進行頻繁投切。以上兩點不足之處也嚴重影響了該設備的動態補償效果。
　　(3)“有源濾波器”方案。有源濾波器是使用電力電子裝置產生與負荷中的諧波電流以及和負序電流相位相反的電流，讓其得到相互抵消，最終滿足電源對總諧波和無功電流的要求，其方案特點：補償比較靈活，調節速度較快，而且不會和系統發生諧振現象，不過有一點要注意，那就是電力電子設備的價格比較昂貴。
　　(4)“固定濾波器+晶閘管調節電抗器”方案。反并聯晶閘管與電抗器串聯，使其與并聯濾波器中多余的容性無功補償電流相抵消，最終達到平衡，以滿足其對功率因數的要求，其特點是固定濾波器可以長期投入使用，而所需要的晶閘管數量卻比較少，響應的速度也較快，其缺點是會產生諧波現象。
　　(5)“固定濾波器+電容器+電抗器調壓”方案。利用調節降壓變壓器低壓側的母線電壓的方式來對連接在低壓母線上的電抗器或者濾波器的電壓進行調節，進而達到改變其無功出力的目標。在調節的過程中，通斷采用晶閘管，調節利用無載開關，在理論上，電氣壽命沒有限制。但是在實際應用中，以上設備可以進行加裝，借此實現濾波的效果，并提供穩定的無功功率。
　　(6)“固定濾波器+可控飽+電抗器”方案。該方案利用改變飽和電抗器磁飽和程度的方式來實現流入回路感性電流的改變，并利用并聯濾波器中多余容性無功功率相與之相互“中和”，實現平衡。該方案的主要優點就是固定并聯濾波支路能夠進行長期投入，故而效果持久；但是會有諧波產生，噪聲較大，并且設備自身還有一定的損耗。
　　(7)“有源濾波器+無源濾波器”方案。目前，該方案仍然處于實驗研發階段，沒有實際的應用效果可以提供佐證。其理論基礎是，有源濾波器能夠產生相反于負荷的諧波電流，兩種相位相反的諧波電流相遇后會相互抵消，最終能夠滿足電源總諧波電流的要求。該方案的顯著特點就是充分地利用了有緣補償的可控性、靈活性以及無源補償的大容量性。
　　截至今日，我國已經應用了眾多的無功補償技術，但是隨著電氣自動化的程度和應用范圍的不斷深入和廣闊，電氣自動化技術對電網造成的不利影響和沖擊也是日益增強，深入研究、大力發展電氣自動化設備的無功補償技術具有重要的意義。
　　
　　2 應用中的存在問題及其相關建議
　　2.1 存在問題
　　在電氣自動化系統中應用無功補償技術具有非常高的經濟效益，但是應用中還存在諸多問題。具體而言，首先，發電廠中的大量無功潮流涌向高壓變電站，隨后經過輸電線路輸送到中壓變電站與低壓變電站，出現了遠距離傳輸無功潮流的問題；其次，未能科學合理配置無功補償容量，部分變電站的補償電容是整組投切，無法依照負荷變化的實際需求來實現就地平衡，常常出現“高負荷時功率因數過低、低負荷時往往過補償”的現象；最后，經常出現無功向配電網倒送的問題，無功倒送能夠顯著增加電網的損耗，增加配電線路的不合理負擔，特別是那些利用固定電容器補償的用戶，在負荷低谷時非常有可能出現無功倒送問題。
　　2.2 相關建議
　　(1)明確本地變電站的無功補償容量。220kv變電站應該具有比較高的無功調節水平，保證高峰負荷時的功率因數不低于0.98，但是調節容量必須根據本地的實際情況來確定。必須科學合理配置變電站的補償容量，避免出現無功倒送的問題。
　　(2)關注配網無功補償問題。負荷電流在通過線路、變壓器時會產生功率與電能損耗，功率因數越低電網所需功率就越多，線損就越大。因此，在受電端安裝無功補償裝置，可減少負荷的無功功率損耗。提高功率因數，降低線損耗，是節能降損最直接、最經濟的手段。對負荷較大的公用變壓器，要全面考慮在配變低壓側加裝電容器組進行補償。
　　(3)強化用戶側管理。加強用戶側無功補償的管理和節能降損宣傳力度，使用戶認識到即使是未進行功率考核的小容量用戶，加強無功補償可以減少內部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，因而相應可以減少電費的支出。
　　
　　參考文獻
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