高壓電網功率自動補償試驗中的問題及對策

李朋宇 荊林遠 胡冰

摘要：基于無功功率容易造成的負面影響，分析了電網系統中無功補償的作用，研究了電工電子技術在電力系統中的應用以及在無功補償自動控制中的應用。

關鍵詞：高壓電網;無功補償;自動控制

前言

無功功率會導致輸變電設備的供電能力受到制約，增加電能損耗，不僅給電力企業帶來了直接的經濟損失，同時嚴重影響電網運行安全。無功功率補償是電力企業采取的有效應對措施，在改善供電環境、保障電網安全和提高供電質量等方面發揮著重要作用。

1 無功補償技術的基本原理及實現方式

1.1 電氣自動化中無功補償技術的基本原理

在無功補償技術應用的過程中，要借助濾波技術建立諧波補償體系，從而降低負序，也為電力系統優化管理奠定基礎，并且對供電指令予以綜合性分析，從而確保控制器操作工序和指令管理不能滿足操作要點，結合動態補償機制為電網頻率變動和電網抗阻沖突的縮減奠定基礎。也就是說，無功補償技術作為無功電壓控制系統的中間環節，要借助發電機組對無功功率展開系統化配送，以保證電網配置工作的合理性，也為電力系統維持工作的全面開展奠定基礎，有效提高電網運行的安全性和穩定性。在電氣工程中的相關設備運行過程中，通常用視在功率來表示電氣相關設備的容量，這個容量一般是設備可以轉換的最大功率，所有設備在進行功率輸出過程中，不僅有有用功率，還有因為各種損耗產生的無功功率。在我國目前普遍發展的無功補償技術中，就是通過對電網中產生的無用功率進行充分的利用，盡量減少無功功率的消耗。

1.2 電氣自動化中無功補償技術的實現方式

一般在電氣設備的電路中，能量的轉換主要是通過兩種不同的容性功率的轉換實現的，如果容性負荷輸出無功功率，則能實現對感性負荷的補償。一般在電力系統的相關設備中安裝一些無功補償的設備，就可以在一定程度上降低能耗、提升輸出功率。我國現階段電氣自動化無功補償的實現主要通過以下幾種方式：①集中補償，通過并聯的方式把電容器安裝在高壓、低壓輸電線路之中;②分組補償，在并聯的電路中，把電容器裝在車架電平或者變壓器的低壓一側;③單臺電動機補償，通過將并聯的電容器和單臺的電動機相互連接的方式達到補償的效果。

2 無功補償技術應用的基本要求

2.1 變壓器容量、數量與電動機的選擇

在應用無功補償技術的過程中，對變壓器的數量、容量及電動機的選擇需要符合系統的實際需要，此外，還需適當降低線路的感抗，以確保無功補償技術可以較好地融合到電氣自動化系統當中。當生產的工藝條件與系統的設計條件不符時，則可采取如下2種辦法來提高用電單位電力系統的自然功率因數，一是利用同步電動機，二是選用間歇工作制設備。

2.2 電容器的使用條件

當提高了系統的自然功率因數后，若工藝條件仍與設計要求有較大差距，則需引入無功補償裝置，通常采用以并聯形式連接的電容器。規定電容器的使用條件為：低壓供電單位的功率因數小于等于0.85或高壓供電單位的電壓為10kV或35kV。此時，便可利用電容器降低損耗、提高輸電效率，以使工藝條件符合系統的整體設計要求。

2.3 平衡性原則

平衡性原則在無功補償技術中主要體現為兩個方面，首先是低壓電容器應用來補償系統中的低壓無功負荷，而高壓電容器則可以用來補償系統損失的高壓無功電荷。其次，當用電設備所承擔的負荷相對平衡、使用次數較多、容量較大且內部的無功計算負荷≥100kvar時，應對無功補償裝置和電氣設備采取同時通電的措施。在電容器組無功補償方面，在進行無功補償的同時，還應引入自動調節式的補償裝置來達到防止無功負荷倒送的目的。

3 電網系統中無功補償自動控制技術的應用

3.1 機械式接觸設備

利用電工電子技術實現無功補償設備開關的自動化控制，有多種實現方法。本文介紹的基于并聯電容器的開關完成無功補償控制方式，具有兩方面的應用優勢：其一是在輸入補償階段，電路中電壓初始值不高，這樣就方便進行低壓操作，減少無功功率;其二是電容器很少出現涌流現象，無形中延長了設備使用壽命，經濟效益明顯提升。但是當電力系統中電壓出現異常波動時，會出現涌流激增現象，可能會影響供電質量。為了解決這一問題，需要引入機械式接觸設備，同時采用并聯方式，在機械式接觸設備之后增加電容組。這樣通過組合控制，既可以達到控制涌流的目的，又能夠減少電壓波動影響，對提升無功補償自動控制水平有積極作用。

3.2 無觸點晶閘管

在以往無功補償控制中，主要的措施是控制并聯電容器組的涌流現象。但是在實際工作中，容易受到多種因素的影響，導致實際控制效果并不理想。一旦控制措施不到位，出現涌流問題，輕則導致電路中相關設備和線路燒毀，嚴重時還會造成局部電網癱瘓。基于電工電子技術的無功補償自動控制，使用無觸點晶閘管代替繼電器，將無功補償自動控制風險降到最低。通過實際觀察，無觸點晶閘管的優勢在電路電壓突降為0時，能夠控制可控硅開關自動斷開，這樣就切斷了電壓突降對其他線路及設備的破壞影響，避免了拉弧問題。但是無觸點晶閘管在應用中還存在一些不足之處，需要在無功補償自動控制運用中加以改進。

3.3 復合開關

通常情況下，可控硅開關與交流接觸器并不直接相連，在無功補償自動控制中，復合開關則發揮了連接作用，實現了可控硅開關與交流接觸器的并聯。其作用是在電流過零時，能夠確保可控硅開關可以第一時間斷開，這樣就達到了保護電網系統的目的，同時也間接了減少了無功損耗。但是大量的實驗證明，復合開關在實際應用中，由于電網中涌流的存在，經常會出現無法有效或及時開關的情況，為了保證復合開關在無功補償自動控制中發揮實際作用，需要對復合開關進行優化。首先，根據電力系統組成和無功補償自動控制需要，科學選擇復合開關。目前主流的復合開關有兩種，分別是單相分補復合開關和三相共補復合開關。對于多數低壓無功補償來說，使用三相共補復合開關即可符合要求。但是對于三相負載不平衡的情況，就必須考慮使用單相分補復合開關。其次，無論使用哪種復合開關，都需要考慮經濟成本問題，既要確保電路無功補償達到預期效果，又要維護電力企業自身經濟利益，實現兩者的平衡。

3.4 電路仿真

電路設計是電工電子技術在電力系統中的一項重要應用，但在以往的電路設計中，電工電子技術只是發揮了輔助作用，完成設計任務后還是要按照設計圖搭建實際電路。如果設計存在問題，仍需要完成電力系統安裝后才能發現，無形中就造成了資源的浪費。隨著電工電子技術的不斷革新，電路仿真成為電力系統設計與檢驗的重要技術。在計算機虛擬環境下搭建電路，然后仿真運行，就可以提前發現電力系統中存在的問題，進而進行修改和完善，在確定不存在問題后，再進行電力系統的建設。電路仿真也可以應用到無功補償自動控制中，對提升自動控制效果和降低線網損耗有顯著作用。

結語

無功功率廣泛出現在電力生產和運輸過程中，為了降低無功功率帶來的損害，電力企業在無功補償方面的研究從未停止。當前無功補償自動控制技術尚有一定缺陷，這就需要在今后的技術發展中，要不斷進行技術與設備的創新，更好地發揮無功補償自動控制的應用優勢。

參考文獻：

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