無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用探析

郭玉卓

摘 要：隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)和諧波治理的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中往往出現(xiàn)負(fù)荷變化大，帶有諧波的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)運(yùn)作的這一需求。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是采用無(wú)功、負(fù)序及諧波的綜合補(bǔ)償方式，對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了有力的支撐。本文主要對(duì)電氣自動(dòng)化中無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑怼⒁饬x及應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償；電氣自動(dòng)化；基本原理；意義

1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹砑耙饬x

無(wú)功功率補(bǔ)償Reactive power compensation，簡(jiǎn)稱無(wú)功補(bǔ)償，在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無(wú)功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少電網(wǎng)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多因素。

無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹恚弘娋W(wǎng)輸出的功率包括兩部分：一是有功功率：直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、熱能、化學(xué)能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；二是無(wú)功功率：不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無(wú)功功率（如電磁元件建立磁場(chǎng)占用的電能，電容器建立電場(chǎng)所占的電能）。

無(wú)功補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方式：把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x：

⑴ 補(bǔ)償無(wú)功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。

⑵ 減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時(shí)，裝1Kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52KW；反之，增加0.52KW對(duì)原有設(shè)備而言，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。因此，對(duì)新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無(wú)功補(bǔ)償，便可以減少設(shè)計(jì)容量，從而減少投資。

⑶ 降低線損，由公式ΔΡ%=（1-cosθ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ為補(bǔ)償后的功率因數(shù)，cosθ為補(bǔ)償前的功率因數(shù)則：

cosΦ>cosθ，所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了，減少設(shè)計(jì)容量、減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償勢(shì)在必行。

2 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

1、電力負(fù)荷的功率因數(shù)

作為電力系統(tǒng)的重要技術(shù)數(shù)據(jù)，功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率的主要系數(shù)。如電路無(wú)功功率用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換較大，則表明功率因數(shù)低，進(jìn)而加大線路供電損耗，基于此，必須嚴(yán)格控制功率因數(shù)。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)確保功率因數(shù)最大化，只有這樣才能降低無(wú)功功率傳送，降低損耗有功功率量，才能將供電設(shè)備改善電壓質(zhì)量的功能充分發(fā)揮出來(lái)。電壓和電流間的相位差（Φ）的余弦在交流電路內(nèi)被稱為功率因數(shù)，其表示符號(hào)為cosΦ，功率因數(shù)在數(shù)值上為有功功率與視在功率的比例。公式如下：cosΦ=P/S。

2、并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的作用

并聯(lián)電容器能夠在工頻交流額定電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行，具有承受相應(yīng)過(guò)電壓的性能。作為節(jié)能用電的重要途徑，用電容器實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，可對(duì)用電負(fù)載功率因數(shù)、電壓質(zhì)量進(jìn)行有效提升，同時(shí)也能起到電網(wǎng)線損有效降低的作用。變壓器負(fù)載側(cè)電壓在投入與切除并聯(lián)補(bǔ)償電容器時(shí)都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)改變，由此可見(jiàn)，可利用投入或切除電容器的方式對(duì)變壓器負(fù)載側(cè)電壓質(zhì)量進(jìn)行有效提升

3、真空斷路器投切電容器

此類補(bǔ)償方法中，電容器組通過(guò)對(duì)高壓母線內(nèi)電壓互感器一次繞組電阻放電的充分充分利用，可達(dá)到良好的補(bǔ)償效果，通常不進(jìn)行專門(mén)放電裝置的安裝。為避免高壓擊穿電容器，可將熔斷器安裝到電容器組內(nèi)進(jìn)行短路保護(hù)。為減少合閘時(shí)電容器組出現(xiàn)的沖擊涌流與避免串聯(lián)諧振現(xiàn)象出現(xiàn)于電容器組和線路電感內(nèi)，可進(jìn)行一定量電抗器串聯(lián)。其能充分補(bǔ)償高壓母線前主變壓器、高壓線路與電力系統(tǒng)無(wú)功功率，對(duì)功率因數(shù)提升、成本降低極為重要。

4、固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器

根據(jù)諧波規(guī)定進(jìn)行固定濾波器的設(shè)計(jì)，利用晶閘管觸發(fā)角改變對(duì)流過(guò)電抗器的感性電流加以調(diào)節(jié)，并確保其平衡于并聯(lián)濾波器中剩余容性無(wú)功補(bǔ)償電流，以此與功率因數(shù)需求相符。其優(yōu)勢(shì)包括長(zhǎng)期投入固定濾波器，晶閘管應(yīng)用少、具有較快的響應(yīng)速度及良好的調(diào)節(jié)能力。

5、變電站無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

作為供電區(qū)域的供電中心，變電站可通過(guò)不同等級(jí)電壓的配電線路供電給用戶。遵循“分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”的要求，確保配電線路無(wú)功功率平衡于電力用戶無(wú)功功率，無(wú)需變電站補(bǔ)償無(wú)功電力。主變壓器無(wú)功損耗為容性無(wú)功補(bǔ)償裝置的主體，并具備相應(yīng)負(fù)荷側(cè)無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ堋０凑罩髯儔浩魅萘窟M(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償裝置容量的確定，即遵循10%到30%主變壓器容量合理配置，并能與主變壓器（30到110KV）最大負(fù)荷相符，要求其高壓側(cè)功率因數(shù)在0.95以上。如40mva為主變壓器單臺(tái)最小容量，則每臺(tái)主變壓器需進(jìn)行2組以上容性無(wú)功補(bǔ)償裝置的配備。

線路無(wú)功補(bǔ)償裝置安裝前，因變電站主變壓器將一定量無(wú)功功率輸送給線路，進(jìn)而降低了主變壓器有功功率傳輸?shù)哪芰ΑＨ绨惭b線路無(wú)功補(bǔ)償裝置，可降低主變壓器無(wú)功功率向外輸送的量，進(jìn)而提升有功功率輸送量，這就是主變壓器增容。按照補(bǔ)償前后線路側(cè)功率因素與主變壓器額定容量可對(duì)主變壓器增容進(jìn)行計(jì)算。

6、配電線路的無(wú)功補(bǔ)償

配電線路在電力網(wǎng)內(nèi)用量較大，其中60%到70%為線損率。基于此，必須做好配電線路無(wú)功補(bǔ)償工作，充分減少配電線路功率損耗。因配網(wǎng)線路較為復(fù)雜，無(wú)法選取統(tǒng)一模式，根據(jù)具體情況，可選取分散、集中、固定與自動(dòng)等相互結(jié)合的模式。具體過(guò)程如下：首先根據(jù)主變壓器容量15%在變電所內(nèi)進(jìn)行固定補(bǔ)償電容器組安裝；其次將固定補(bǔ)償電容器組安裝于線路負(fù)荷中心等相關(guān)位置；最后將自動(dòng)補(bǔ)償電容器組安裝于線路負(fù)荷中心上側(cè)。

在補(bǔ)償分支線路無(wú)功消耗中，應(yīng)以平衡分支路線無(wú)功功率為主，盡量降低分支線路向主干線進(jìn)行無(wú)功功率索取，盡可能降低無(wú)功損耗。其要求如下：第一，分組補(bǔ)償容量通過(guò)分支線路具有的配電變壓器空載無(wú)功損耗確定；第二，補(bǔ)償點(diǎn)通過(guò)較大負(fù)荷分支線確定；第三，以用戶自主補(bǔ)償作為全部配電變壓器負(fù)載無(wú)功損耗的主體，如用戶補(bǔ)償不足或無(wú)補(bǔ)償，則需向主干線進(jìn)行無(wú)功功率索取。由此可見(jiàn)，可通過(guò)配電變壓器空載無(wú)功損耗對(duì)線路補(bǔ)償容量進(jìn)行確定。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，伴隨電氣自動(dòng)化技術(shù)在多領(lǐng)域的大量運(yùn)用，線形與非線性負(fù)載應(yīng)用也逐漸增多，進(jìn)而加重了電氣線路無(wú)功補(bǔ)償不足與諧波污染問(wèn)題，并導(dǎo)致電氣自動(dòng)化系統(tǒng)電能損耗增加，這給電氣自動(dòng)化技術(shù)快速發(fā)展造成了嚴(yán)重制約。為有效提升電力線路運(yùn)行質(zhì)量與實(shí)現(xiàn)資源利用率最大化，可將無(wú)功補(bǔ)償裝置合理引入電氣自動(dòng)化系統(tǒng)線路，以此提升電氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

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