無功補(bǔ)償在電氣自動化中的應(yīng)用

劉來紅

摘要：加強(qiáng)無功補(bǔ)償在電氣自動化中的應(yīng)用的研究是十分必要的。本文作者根據(jù)多年來的工作經(jīng)驗，對無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及完善途徑進(jìn)行了分析，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償;電氣自動化;補(bǔ)償技術(shù)

1、前言

隨著科技的不斷進(jìn)步，電氣自動化相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也日新月異。因單相電力牽引負(fù)荷在電氣自動化設(shè)備中的變化比較復(fù)雜，而且還受一些非線性因素的影響也不斷增大，從而使電氣自動化中的無功補(bǔ)償技術(shù)的相關(guān)研究成為一個重要研究方向。

近年來，電氣自動化技術(shù)及其設(shè)備在國內(nèi)供電變電所、高速電氣化鐵路牽引系統(tǒng)等各行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛，在實際應(yīng)用中，受單相電力牽引負(fù)荷在電氣自動化設(shè)備中的變化和一些非線性因素的影響會產(chǎn)生無功功率增大及負(fù)序、諧波注入電力系統(tǒng)的含量也不斷增大，并隨電氣自動化廣泛應(yīng)用而逐漸成為電氣供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一個重要影響因素，因此可將電氣化技術(shù)及其設(shè)備系統(tǒng)特點(diǎn)、負(fù)荷特點(diǎn)相結(jié)合采取無功、負(fù)序與諧波的綜合補(bǔ)償措施進(jìn)行解決，鐵路單相交直系統(tǒng)等一直存在著無功、負(fù)序和諧波這三個技術(shù)難題，國際上已研究成功ERG513和ERG5/4及IEEE Std 519等成果，對于促進(jìn)電氣自動化技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了較大影響。

隨著我國電氣自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用及其牽引變電所的擴(kuò)容趨勢，雖然采取的這些措施應(yīng)用價值較高，但很可能因不可預(yù)見的一些非線性因素而導(dǎo)致出現(xiàn)如山西大同二電廠機(jī)組事故、河南信陽線路跳閘事故等不該發(fā)生的嚴(yán)重后果，據(jù)此提出基于研究無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化上的具體應(yīng)用，對這些補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析，以促進(jìn)更加完善的補(bǔ)償技術(shù)措施應(yīng)用到電氣自動化領(lǐng)域的相關(guān)設(shè)備中。

2、無功補(bǔ)償技術(shù)

在電網(wǎng)中諸如變壓器、電動機(jī)等設(shè)備的大部分電力負(fù)荷屬感性負(fù)荷，需要在運(yùn)行中向其提供無功功率。并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備在電網(wǎng)中安裝后，能夠為感性負(fù)載提供所耗的無功功率，從而使提供感性負(fù)荷的電網(wǎng)電源、輸送在線路中的無功功率明顯減少，因流動在電網(wǎng)中的無功功率減少，能夠使線路和變壓器中由于無功功率輸送而產(chǎn)生的電能損耗得到降低，這種技術(shù)被稱為無功補(bǔ)償技術(shù)，該技術(shù)中以電氣節(jié)能穩(wěn)定技術(shù)最為常見。無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)遵循布局合理、分級補(bǔ)償?shù)脑瓌t，主要方式采用節(jié)能降損，以保證電網(wǎng)功率因數(shù)明顯提高，同時降低網(wǎng)絡(luò)損耗。

3、無功補(bǔ)償技術(shù)在變電所電氣自動化設(shè)備上的應(yīng)用

國內(nèi)很多變電所近年來注重借鑒與結(jié)合國外先進(jìn)技術(shù)，針對無功補(bǔ)償技術(shù)和諧波綜合治理方法系統(tǒng)地開展相關(guān)研究工作，基本上都是基于基波補(bǔ)償牽引負(fù)荷的感性無功功率對電氣功率因數(shù)進(jìn)行提高、對負(fù)荷進(jìn)行降低，從而形成有效的濾波通路，可以實現(xiàn)濾除、抵消指定諧波的作用，由于在實現(xiàn)途徑上無功補(bǔ)償技術(shù)各自具有不同的特點(diǎn)，而在以下幾個設(shè)備上的具有各不相同的應(yīng)用效果。

3.1真空斷路器投切電容器

該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單且投資較小的優(yōu)點(diǎn)，但最主要的缺點(diǎn)之一就是電容器在合閘時會產(chǎn)生較高的過電壓，即有可能損壞設(shè)備，而且開關(guān)由于受到使用壽命的限制，不能頻繁對其投切，因而對動態(tài)補(bǔ)償效果將造成重要影響。

3.2晶閘管調(diào)節(jié)電抗器與固定濾波器

將晶閘管反并聯(lián)后再串聯(lián)電抗器，可抵消其與濾波器并聯(lián)中產(chǎn)生多余的容性無功補(bǔ)償電流，進(jìn)而使對功率因數(shù)的要求得以滿足并實現(xiàn)平衡，其具有固定濾波器能長期使用的特點(diǎn)，只是需要較少的晶閘管，具有快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是會出現(xiàn)諧波現(xiàn)象。

3.3晶閘管調(diào)節(jié)變壓器與固定濾波器

這兩種設(shè)備主要由于受高漏抗變壓器影響而具有較大的有功損耗，這也是無功補(bǔ)償技術(shù)沒能得到廣泛應(yīng)用的一個重要原因。

3.4可控飽和電抗器及固定濾波器

這兩種設(shè)備主要利用對飽和電抗器的磁飽和程度進(jìn)行調(diào)節(jié)使流入回路的感性電流得到改變，再抵消相并聯(lián)的感性電流與濾波器中多余容性無功功率進(jìn)而實現(xiàn)平衡，盡管固定濾波器的并聯(lián)濾波支路具有可長期投入的特點(diǎn)，但對于設(shè)備依然會形成具有一定損耗的諧波，而且也具有相對較大的噪聲。

3.5有源濾波器

有源濾波器主要通過電力電子裝置產(chǎn)生相互抵消的相位相反的負(fù)序電流和負(fù)荷中的諧波電流，進(jìn)而實現(xiàn)電源對無功電流與總諧波的要求。具有補(bǔ)償靈活，調(diào)速快，不與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象的特點(diǎn)，只是在價格上該設(shè)備較為昂貴。

3.6調(diào)壓固定濾波器、電抗器和電容器

這幾種設(shè)備主要是通過調(diào)節(jié)對降壓變壓器的低壓側(cè)母線電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，與電抗器或低壓母線上的濾波器電壓相連接，實現(xiàn)對此設(shè)備無功出力進(jìn)行改變的目標(biāo)，利用分接開關(guān)的無載和晶閘管通斷進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)過程，在理論上來說其壽命是不會受到限制的，只是在實際的應(yīng)用過程中，采用加裝使提供的無功功率穩(wěn)定，從而起到濾波的作用。

3.7無源濾波器與有源濾波器

無功補(bǔ)償技術(shù)在這兩種設(shè)備上的應(yīng)用還處于研究階段，相互抵消因有源濾波器形成的同負(fù)荷中的相反諧波電流，進(jìn)而達(dá)到電源對總諧波電流的需要，充分利用無源對大容量的補(bǔ)償和有源補(bǔ)償所具有的靈活可控特點(diǎn)。

目前國內(nèi)雖然有眾多的無功補(bǔ)償技術(shù)日益得到廣泛應(yīng)用，但由于受到很多負(fù)荷不斷變化的設(shè)備和一些非線性因素的影響，對無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用也提出了更高的要求。

4、無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用效果

電氣自動化中無功補(bǔ)償技術(shù)近年來得到迅速發(fā)展，在實際應(yīng)用中，隨著電氣自動化設(shè)備中變化復(fù)雜的負(fù)荷及不斷增加的非線性因素而需要進(jìn)行深入研究。為使電氣功率因數(shù)提高、負(fù)序降低并形成有效濾波通路或?qū)a(chǎn)生的諧波濾除或進(jìn)行抵消，很多變電站已提出了很多技術(shù)方案用于實現(xiàn)無功補(bǔ)償并進(jìn)行諧波治理。以諧波注入式為基礎(chǔ)與混合有源濾波器相并聯(lián)的無功補(bǔ)償技術(shù)在實際應(yīng)用中由于其在設(shè)計方案中利用大容量進(jìn)行無源補(bǔ)償、靈活可控的有源補(bǔ)償兩個優(yōu)點(diǎn)，而具有很強(qiáng)的可行性。

5、結(jié)語

綜上，隨著大功率電力電子器件技術(shù)的不斷發(fā)展，功率器件容量的發(fā)展趨勢將不斷提高，諧波采用有源濾波器等設(shè)備抑制，運(yùn)用適宜的柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)無功功率補(bǔ)償，在某種程度上將會使整個配電系統(tǒng)所耗能量明顯降低，實現(xiàn)良好的節(jié)能效果，補(bǔ)償方式的具體措施會隨不同場合而進(jìn)行靈活選用，并將在電氣自動化系統(tǒng)中日益得到廣泛應(yīng)用。

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