試析無功補(bǔ)償技術(shù)在輸配電網(wǎng)電氣自動化中的應(yīng)用

崔小亮

（鄒平匯盛新材料科技有限公司，山東 鄒平256200）

在輸配電網(wǎng)中，消耗電能的同時將其轉(zhuǎn)換成另一形式的能，再將之作為電氣設(shè)備作功必要基礎(chǔ)條件，并持續(xù)在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期式轉(zhuǎn)換，就是無功功率。補(bǔ)償無功功率不僅可以提升電力設(shè)備利用率,還是節(jié)約用電環(huán)節(jié)中重要的一項技術(shù)措施。

1 無功補(bǔ)償技術(shù)概述

通常輸配電網(wǎng)中無功補(bǔ)償方式為三種，通過在高低壓配電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器組實現(xiàn)集中式無功補(bǔ)償；在配電變壓低壓側(cè)與用電戶配電屏上安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器，為分組式無功補(bǔ)償；在單臺電動機(jī)安裝并聯(lián)電容器，則為就地式無功補(bǔ)償。同時，利用靈活柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)、定制電力技術(shù)等與無功補(bǔ)償技術(shù)相結(jié)合誕生的靜止無功發(fā)生器，是現(xiàn)代化無功補(bǔ)償技術(shù)的重要發(fā)展趨勢，通常簡稱為SVG。我國僅2018 年高壓SVG 市場規(guī)模就已經(jīng)達(dá)約35 億元，全年生產(chǎn)2020 臺SVG，2011-2018 行業(yè)需求復(fù)合增長率約35%，且隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)三階段進(jìn)入收尾，我國對SVG 與先進(jìn)無功補(bǔ)償技術(shù)需求將持續(xù)、穩(wěn)定增加，其行業(yè)潛力巨大。

而目前應(yīng)用于輸配電網(wǎng)電氣自動化中的無功補(bǔ)償方面還存有一定問題。一方面，無功補(bǔ)償電容器外熔斷器在投切電容器組中、正常運(yùn)行中會經(jīng)常性熔斷，需要提升合閘涌流對熔斷器的沖擊，或提升熔斷器而定電流。另一方面，部分補(bǔ)償熔斷器損壞率較高，需要進(jìn)一步研究諧波影響下的電壓等級選擇，提升所選電壓等級，降低補(bǔ)償電容器損壞率。此外，在輸電過程中，無功補(bǔ)償配置還存有不合理現(xiàn)象，反而容易加大電網(wǎng)損耗[1]。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)在輸配電網(wǎng)電氣自動化中的應(yīng)用

2.1 電氣自動化中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)作用

第一，將無功補(bǔ)償技術(shù)引用在輸配電網(wǎng)電氣自動化運(yùn)行系統(tǒng)控制設(shè)備中，可有效減少電能量損耗，降低能源浪費(fèi)率，并在一定程度上，保證輸配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

第二，應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)，可進(jìn)一步提升整體輸配電氣運(yùn)行功率，補(bǔ)償運(yùn)行中產(chǎn)生的無功功率，確保輸配電網(wǎng)中用電戶所得實際電壓與額定電壓持平，保證了用電安全性。

第三，在輸配電網(wǎng)電氣運(yùn)行系統(tǒng)中應(yīng)用無功補(bǔ)償可減少線路中不必要的能量損失，從而控制相應(yīng)成本。通常來說，功率增加過程中，對應(yīng)系統(tǒng)中電容器容量隨之增加，易造成該設(shè)備損壞。而在功率因數(shù)增大時，利用無功補(bǔ)償技術(shù)降低輸電線路無功功率可減少電容器容量增加，可有效保證相應(yīng)的設(shè)備使用壽命。

第四，應(yīng)用無功功率補(bǔ)償技術(shù)可簡化配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)過程。一來，利用無功功率補(bǔ)償技術(shù)與峰值線路中，可減少相應(yīng)主干線路功率消耗率，保證電氣自動化運(yùn)行系統(tǒng)中無功耗損的控制效率。二來，利用變壓器數(shù)據(jù)、前期設(shè)施空載數(shù)據(jù)等可對損耗進(jìn)行具體計算，可有效避免無功功率補(bǔ)償不足的問題，簡化整體運(yùn)行過程。

2.2 電氣自動化中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)類型

2.2.1 配電線路無功補(bǔ)償

通常，在電氣運(yùn)行系統(tǒng)中，線路的無功補(bǔ)償是通過線路桿搭載電容器，并通過電氣自動化系統(tǒng)來實現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)摹Ｐ枰⒁獾氖牵€路補(bǔ)償點不宜過多，控制方式應(yīng)簡便、科學(xué)，應(yīng)減少分組投切式控制。補(bǔ)償電容器容量也不宜過大，減少過度補(bǔ)償現(xiàn)象發(fā)生率，且對電容器保護(hù)措施使用斷容器與避雷器進(jìn)行過流、過壓保護(hù)即可。這種配電線補(bǔ)償方式主要是對供電線路與功用變壓器進(jìn)行無功補(bǔ)償，具有投資成本低、回報迅速、管理與維護(hù)簡便等特點，通常適用于功率因數(shù)較低，但負(fù)荷較重的長線路。不過，這一方式適應(yīng)性較差，重載情況下，會出現(xiàn)無功補(bǔ)償不足的問題。

同時，針對低壓三相四線類型的供電系統(tǒng)中，用電戶多為單項負(fù)荷、單相與三相符合混合的形式，且符合大小與用電時間并不固定，從而導(dǎo)致有功電流不平衡情況。這種不平衡現(xiàn)象，通常會造成配電網(wǎng)線路、變壓器的銅損、鐵損，甚至影響變壓器運(yùn)行安全，嚴(yán)重降低三相電壓穩(wěn)定性。而這種用電不平衡所導(dǎo)致的電流不平衡問題無法事先與之，自動化電氣系統(tǒng)也僅能夠在發(fā)生不平衡問題時發(fā)出警告信息。但是，隨著目前無功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展，針對這一問題可使用電流無功補(bǔ)償裝置來調(diào)整不平衡的有功電流，讓三相功率因數(shù)均補(bǔ)償至0.9 左右，將不平衡電流限制在額定電流10%左右范圍內(nèi)，提升變壓器平衡性[2]。

2.2.2 變電站無功補(bǔ)償

變電站就是整體輸配電網(wǎng)系統(tǒng)中，對電壓、電流進(jìn)行變換，同時集中電能、分配電能的場所。簡單來說，就是利用無功補(bǔ)償技術(shù)，提升用電戶網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性與使用效果，并保持整體輸配電網(wǎng)系統(tǒng)無功功率的平衡狀態(tài)。

變電站所用無功補(bǔ)償技術(shù)主要包含并聯(lián)電容器、靜止補(bǔ)償器等自動化補(bǔ)償組件，如將電容租設(shè)備并聯(lián)在6000-10000V 母線的首段與次段上，利用組件集中補(bǔ)償無功功率與電壓自動投切特性來對電容設(shè)備產(chǎn)生控制作用。從而簡化變電站的維護(hù)過程，降低線路、電氣資源的浪費(fèi)，提升變電站運(yùn)行效率，并進(jìn)一步保證電氣自動化運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

需要注意的是，應(yīng)保持母線電壓在可控范圍內(nèi)，同時利用無功補(bǔ)償技術(shù)，有效規(guī)避變電站配電網(wǎng)出現(xiàn)超電壓問題，優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行效率與運(yùn)行環(huán)境，保證電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，充分發(fā)揮變電站實際功用。

2.2.3 低壓無功補(bǔ)償裝置

低壓無功補(bǔ)償裝置主要有控制器、無觸點開關(guān)組、并聯(lián)電容器等部件共同組成整機(jī)，是機(jī)電一體化裝置，可良好地應(yīng)用于電子自動化系統(tǒng)。其工作內(nèi)容是當(dāng)出現(xiàn)裝置外部故障、停電等情況下自動退出運(yùn)行，電力重新輸送后還可自動恢復(fù)運(yùn)行。具體原理是通過控制器對系統(tǒng)電壓變化、無功功率增減等進(jìn)行即時檢測，當(dāng)電壓低于供電標(biāo)準(zhǔn)、無功功率到達(dá)投切門限時，控制器會自動下達(dá)電容組投切指令，并利用電容器與系統(tǒng)之間的電壓差觸發(fā)無觸點開關(guān)組中的晶閘管，從而實現(xiàn)無涌流投入或無涌流切除。對溫度超限、過流、過壓等現(xiàn)場具有保護(hù)與阻止的作用，通常被使用在用電戶、電力企業(yè)等電氣自動化系統(tǒng)中。

2.2.4 高壓無功補(bǔ)償裝置

高壓無功補(bǔ)償裝置更適用于無人值守單但需要遠(yuǎn)程監(jiān)控的變電站、風(fēng)電場等電氣自動化運(yùn)行系統(tǒng)中，或是諧波電壓、電流滿足國標(biāo)規(guī)定等場所中。該裝置通常可依據(jù)系統(tǒng)電壓、無功缺額等因素進(jìn)行綜合測算，并依據(jù)測算結(jié)果同樣會進(jìn)行自動投切電容組的動作，改善功率因數(shù)的同時有效降低設(shè)備損耗。

高壓無功補(bǔ)償裝置主要技術(shù)特征包括：

第一，當(dāng)電壓低于最低設(shè)定值時，可在保證不過載的前提下，逐一投入并聯(lián)電容器，保證母線電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)；而當(dāng)電壓超出最高設(shè)定值時，則同樣會逐一切斷關(guān)聯(lián)電容器組，直至電壓下降到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

第二，高壓無功補(bǔ)償裝置還具備自動化功能，如當(dāng)電容器控制回路繼保動作拒動，控制器則會自動閉鎖改組電容器，并進(jìn)行異常警報；或是，自動發(fā)出動作指令前，具有先探詢動作經(jīng)過可能出現(xiàn)的問題，并相應(yīng)增減動作次數(shù)，起到智能控制的作用。

2.3 電氣自動化中智能化無功補(bǔ)償技術(shù)

智能化無功補(bǔ)償技術(shù)是未來配合電子自動化技術(shù)發(fā)展的重要研究方向之一。在以往的電氣自動化系統(tǒng)中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)需要進(jìn)行編程建立控制模型，不僅需要投入大量的人力、物力，還會在一定程度上影響模型精確度。而智能化無功補(bǔ)償技術(shù)不需要建立模型，即可進(jìn)行自動化控制、設(shè)備與數(shù)據(jù)監(jiān)控、故障診斷與分析等活動，可有效保證電子自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、精準(zhǔn)。

在輸配電網(wǎng)中變壓器一旦發(fā)生故障，會造成行對較高的能源浪費(fèi)、經(jīng)濟(jì)損失問題。因此，在變壓器故障診斷方面，應(yīng)用智能無功補(bǔ)償技術(shù)，可對其滲油量進(jìn)行自動分析，尋找故障原因，定位故障位置。同時，此技術(shù)對應(yīng)電力系統(tǒng)中其他設(shè)備，如發(fā)動機(jī)等，同樣具有快速解決故障問題、提高系統(tǒng)整體安全性的作用[3]。

結(jié)束語

總而言之，將無功補(bǔ)償技術(shù)科學(xué)地運(yùn)用于變電站、配電網(wǎng)等環(huán)境中，可最大限地提高電氣自動化運(yùn)行系統(tǒng)性能與使用效果。因此，隨著無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，將會拓展其在電氣自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，并提升整體電氣工程系統(tǒng)的智能特性，從而推動我國電力領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步。