電氣工程及其自動化無功補償技術(shù)的應(yīng)用

許 哲

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南 新鄭 451150）

0 引 言

在國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中，電網(wǎng)為日常生產(chǎn)和生活提供了必要幫助。近年來，基于現(xiàn)代工業(yè)水平的提升，電氣工程取得了理想發(fā)展。然而存在的能耗問題卻始終未得到解決，在一定程度上影響了資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會的建設(shè)與發(fā)展。電氣工程應(yīng)盡量避免發(fā)生電力資源浪費情況，只有這樣，才能夠加快此行業(yè)的發(fā)展速度。因此，深入研究并分析電氣工程及其自動化無功補償技術(shù)的應(yīng)用十分有必要。

1 無功補償技術(shù)應(yīng)用于電氣自動化工程中的現(xiàn)實意義闡釋

通過合理運用無功補償技術(shù)，能夠全面提高電網(wǎng)質(zhì)量與安全性，使系統(tǒng)電壓更穩(wěn)定，并在對調(diào)節(jié)器科學(xué)配置的基礎(chǔ)上提高了系統(tǒng)輸電能力。在電氣自動化系統(tǒng)中引入無功補償技術(shù)，可預(yù)防由高次諧波引起的用電器溫度過高現(xiàn)象。在電網(wǎng)負(fù)載功率因數(shù)提高方面，無用補償技術(shù)的作用十分關(guān)鍵，特別是在降低用電設(shè)備電存量方面的作用效果顯著[1]。基于不平衡三相負(fù)荷條件，無功補償技術(shù)的應(yīng)用可使三相視在功率處于平衡狀態(tài)，進(jìn)一步改善電力系統(tǒng)性能。此外，通過運用無功補償技術(shù)，同樣可降低電網(wǎng)有功損壞的發(fā)生率，增強電力系統(tǒng)無功功率流動控制效果，實現(xiàn)改善電能質(zhì)量的目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)抗干擾的能力。對于動態(tài)無功補償裝置，在引入無功補償技術(shù)時，調(diào)節(jié)器的科學(xué)化配置能夠明顯改善電力系統(tǒng)輸電線的動態(tài)化輸電能力[2]。

2 無功補償技術(shù)概述

2.1 內(nèi) 涵

無功補償技術(shù)的基礎(chǔ)是無功補償理論。該技術(shù)可以在相同線路中并聯(lián)感性功率負(fù)荷與有容性功率負(fù)荷裝置，可以在電網(wǎng)中實現(xiàn)電能在兩種負(fù)荷間的任意交換，并且為對方補償所需的無功功率。在提高供電系統(tǒng)電網(wǎng)功率的基礎(chǔ)上，控制供電設(shè)備與線路等的電能損耗，盡可能優(yōu)化供電效率，可確保電網(wǎng)運行的安全性與穩(wěn)定性。將并聯(lián)補償電容器應(yīng)用于電網(wǎng)中，使得變壓器的負(fù)載電壓因受到影響而改變，為保證質(zhì)量較高的負(fù)載電壓，則要結(jié)合具體狀況投入或者是切除電容器無功補償。調(diào)整電容器投入時，一般通過cosφ0與cosφ代表投入電容器之前和投入電容器之后的變壓器負(fù)載因數(shù)和負(fù)載側(cè)功率的增加因數(shù)，通過U20和U2+分別達(dá)標(biāo)投入電容器前后變壓器負(fù)載電壓以及電壓增加數(shù)值，它們之間具有以下的關(guān)系：

其中，U2N與UX分別代表了變壓器負(fù)載側(cè)的額定電壓和電源側(cè)的運行電壓。在變壓器實際運行過程中用U1代表電壓。當(dāng)電容器切除的時候，若使用cosφ0與cosφ代表負(fù)載側(cè)的功率與減少因數(shù)，那么U20和U2-則可以代表電容器切除狀態(tài)下的負(fù)載側(cè)電壓數(shù)值和電壓的減少數(shù)值，兩者具有以下關(guān)系：

2.2 技術(shù)特點

現(xiàn)階段，計算無功服務(wù)的費用相對復(fù)雜且涉及內(nèi)容十分廣泛。長期以來，在計算有功服務(wù)的時候，主要是以費用作為對象完成計算，因而計算相對簡單。但計算無功費用時需根據(jù)無功補償設(shè)備與系統(tǒng)投資的實際費用加以計算，因項目復(fù)雜性較為明顯，所以增加了無功服務(wù)費用計算的復(fù)雜程度[3]。以設(shè)備角度分析，有功功率補償?shù)闹饕獊碓词前l(fā)電機組與設(shè)備，而無功功率補償?shù)闹饕獊碓聪鄬^多，且會涉及諸多設(shè)備種類。通常情況下，無功補償技術(shù)的應(yīng)用可合理化地改造發(fā)電機組，對補償設(shè)施加以補償，同時也能夠補償線路配置。

在無功補償?shù)膶嶋H應(yīng)用過程中了解到，該技術(shù)同樣會受到部分條件約束，尤其是距離限制。若無功功率補償?shù)木嚯x較遠(yuǎn)，則供電側(cè)與受電側(cè)的電壓差值就會相對較大，增加了危險系數(shù)，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p耗，在一定程度上影響了供電線路經(jīng)濟(jì)效果。為此，大部分區(qū)域開始引入就地補償并輔之集中補償，進(jìn)而實現(xiàn)補償目的[4]。在供電過程中，大部分設(shè)備間均借助電磁感應(yīng)傳輸能量。無功補償技術(shù)的應(yīng)用目的是在傳遞電磁感應(yīng)能量期間盡可能降低損耗，實現(xiàn)功率損耗的最小化。大部分區(qū)域開始引入感性無功功率達(dá)到無償目標(biāo)。通過合理運用無功補償技術(shù)，能夠使供電系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，并借助發(fā)電機組將無功功率輸送至配電網(wǎng)中，以保證系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。此補償模式可吸收無功功率，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時盡可能規(guī)避發(fā)生中斷，增強系統(tǒng)的安全水平。

3 電氣工程及其自動化無功補償技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在電氣系統(tǒng)中，無功補償技術(shù)的作用不容小覷。在系統(tǒng)運行期間，需開展電氣輸送工作，出現(xiàn)無功現(xiàn)象將直接增加電力損失。將無功補償技術(shù)應(yīng)用其中，可降低無功功率，一般借助控制電網(wǎng)功率實現(xiàn)這一目標(biāo)。無功功率偏高，很容易增加電力系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備損耗，進(jìn)而產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)绊戨娏?yīng)，降低用戶生活質(zhì)量[5]。在無功補償技術(shù)的作用下，電力系統(tǒng)負(fù)荷明顯降低，無功功率也隨之減少，一定程度上優(yōu)化了電力利用率，以免在電路輸送過程中資源損失過量。

目前，無功補償技術(shù)始終存在系列問題有待解決，最主要的就是裝置內(nèi)的真空斷路器。受技術(shù)條件約束，在斷路器閉合狀態(tài)下會形成高壓而影響無功補償裝置，對電氣自動化系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。與此同時，無功補償裝置的安裝位置也會影響實際的工作效率和裝置的使用時間。在國內(nèi)部分電力系統(tǒng)中，補償裝置安裝位置不合理的情況始終存在，在變電站周圍安裝補償裝置很容易改變電路內(nèi)的電壓，影響周邊電路功率。一旦功率變化幅度明顯，還會增加補償裝置的負(fù)荷，為補償裝置工作效果帶來不利影響。

4 電氣工程及其自動化無功補償技術(shù)實現(xiàn)路徑

對于電氣設(shè)備電路而言，能量轉(zhuǎn)換一般可借助兩種容性功率轉(zhuǎn)換得以實現(xiàn)。若并容性負(fù)荷輸出的是無功功率，那么可有效補償感性負(fù)荷。通常情況下，電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備會安裝無功補償設(shè)備，實現(xiàn)能耗下降和提升輸出功率的目標(biāo)。當(dāng)前，我國電氣自動化無功補償實現(xiàn)方式主要集中在以下3個方面：集中補償借助并聯(lián)形式在高壓輸電線路與低壓輸電線路安裝電容器；分組補償將電容器安裝于并聯(lián)電路內(nèi)的車架電平或變壓器的低壓一側(cè)；單臺電動機補償在連接并聯(lián)電容器與單臺電動機的情況下實現(xiàn)補償目的。

5 無功補償技術(shù)在電氣自動化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

以上展開了對電氣工程及其自動化和無功補償技術(shù)的相關(guān)性研究與探討。為彰顯電氣自動化系統(tǒng)的價值與作用，可將無功補償技術(shù)應(yīng)用其中，以下將通過多個方面探究該技術(shù)的具體應(yīng)用，以供參考。

5.1 智能補償投切開關(guān)的選用

基于科技水平的提升，各種電能設(shè)備隨之出現(xiàn)，而人們的電力需求量也隨之增加，既有電網(wǎng)配置很難與現(xiàn)代設(shè)備需求相適應(yīng)。為此，機電一體化理念應(yīng)運而生，在融合電氣工程和自動化技術(shù)的基礎(chǔ)上，可靈活地分配電力資源，以全面增強供電的效果。在機電一體化設(shè)計的過程中，可使用智能真空開關(guān)。以低壓真空滅弧室和永磁操作機構(gòu)的聯(lián)合應(yīng)用為基礎(chǔ)，延長電網(wǎng)使用壽命，優(yōu)化系統(tǒng)可靠性能，而且可縮減成本，增強系統(tǒng)運行的安全性。除此之外，自動化無功補償也要運用真空斷路器實現(xiàn)電容器投切，以免電容設(shè)備和電感設(shè)備在串聯(lián)時形成諧波，更好地節(jié)省成本。作為設(shè)計工作人員需要科學(xué)化地設(shè)計濾波器和變壓器，合理化地調(diào)節(jié)電抗器。

5.2 配電線路中的應(yīng)用

分支線路對無功補償技術(shù)的應(yīng)用最重要的就是確定線路內(nèi)的無功功率損耗量，并結(jié)合所需補償容量合理選用分支線路和補償方式，有效補償電路功率[6]。通常情況下，確定分支線路無功損耗量的過程中，應(yīng)與配電變壓器相互配合并計算空載無功損耗，便于工作人員選擇最佳補償設(shè)備，以免發(fā)生線路補償不足的問題。在優(yōu)化補償效果的過程中，則需根據(jù)此部分的電路時間或是電壓的變化加以優(yōu)化，進(jìn)一步增強補償效果。

5.3 變電站的集中補償

為減少輸電網(wǎng)線路損耗量，實現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)無功功率平衡，需集中補償變電站。在集中補償方面，需選擇同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器以及靜止補償器等。變電站經(jīng)集中補償后，即可有效改善輸電網(wǎng)與輸電線路功率因數(shù)。此外，在集中補償?shù)倪^程中，需在變電站主干線路中安裝所需設(shè)備。通過集中補償，可使得變電站內(nèi)部設(shè)備的安裝、管理以及維護(hù)更加便利，但線路損耗效果始終差強人意。

5.4 電氣自動化容量的擴(kuò)大

在電氣自動程序中應(yīng)用無功補償技術(shù)可自動調(diào)節(jié)電氣工程及自動化程序容量，而且技術(shù)工作人員可有效融合無功補償技術(shù)應(yīng)用空間和各類電氣工程的自動化程度。借助無功補償技術(shù)實現(xiàn)電力傳輸過程中負(fù)電荷與低電荷間輸電和變電的有效轉(zhuǎn)化，提高電氣自動化工程程序應(yīng)用的有用功使用頻率。通過運用綜合性智能工藝，實現(xiàn)了電氣工程自動化程序中無功補償技術(shù)的作用與價值，也延長了程序的使用壽命，有利于更好地發(fā)揮電氣化生產(chǎn)技術(shù)的效能。

5.5 濾波穩(wěn)定傳輸

濾波傳輸速率會影響電氣自動化工程生產(chǎn)應(yīng)用無功補償?shù)男Ч_保濾波傳輸?shù)姆€(wěn)定性，更有利于電氣自動化工程中無功補償應(yīng)用的合理化。在電氣自動化工程管理中，濾波控制的穩(wěn)定同時會受聯(lián)晶管與電抗器的作用，使得電抗器的電壓與電阻更穩(wěn)定，并且增強電流傳輸?shù)膹姸龋_保電氣自動化工程所傳輸?shù)臒o線電波更加穩(wěn)定，保證無功補償技術(shù)應(yīng)用得更加合理[7]。

6 結(jié) 論

綜上所述，基于科學(xué)技術(shù)水平的提升與國家綜合國力的增強，技術(shù)工作人員的研究能力顯著增強，加快了無功補償技術(shù)的發(fā)展速度。對于電氣自動化設(shè)備而言，其中所涉及的因素十分復(fù)雜，且各因素始終處于變化狀態(tài)，因而研究無功補償技術(shù)是必要的。將無功補償技術(shù)應(yīng)用于電氣工程及其自動化中能夠全面提升電力供應(yīng)系統(tǒng)運行效率，降低電力資源損壞程度。為此，相關(guān)部門必須高度重視無功補償?shù)闹匾饔茫侠磉\用電氣自動化技術(shù)與管理模式，凸顯無功補償技術(shù)的價值。