變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方式探析

江門(mén)電力設(shè)計(jì)院有限公司 張 藝

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生活用電的需求逐漸增加。電壓是當(dāng)今衡量電能質(zhì)量的重要質(zhì)量指標(biāo)。電壓對(duì)于電路的整體操作很有著很重要的意義。通過(guò)正確對(duì)電壓值進(jìn)行管理和控制，可以有效減少出現(xiàn)線路損壞的現(xiàn)象，在很大程度上能夠確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并為居民提供充足的電力。無(wú)功電的強(qiáng)度是決定電壓質(zhì)量的重要因素，通過(guò)適當(dāng)?shù)貙?duì)無(wú)功電力進(jìn)行管理和控制，可以有效地提高用電水平。通過(guò)正確實(shí)施變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方式，可以增加電網(wǎng)的使用效果，節(jié)省有限的電能源，并促進(jìn)能源優(yōu)化分配。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力優(yōu)化分配現(xiàn)象和電網(wǎng)覆蓋范圍越來(lái)愈廣泛。但是，由于我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)逐漸被推遲，因此因電力供應(yīng)不足而導(dǎo)致電力供應(yīng)不均的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越大。當(dāng)然，這會(huì)對(duì)城市用電造成一定的影響，但這樣可以減少電力的傳輸損耗。目前，針對(duì)通過(guò)增加能源系統(tǒng)的電力供應(yīng)以有效保護(hù)居民的正常用電量這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了深入討論，總結(jié)出，需要加強(qiáng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)方式的研究。

1 變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中的重要作用

電力系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕繕?biāo)是減少有效功率和電壓的損耗，以及通過(guò)有效的局部補(bǔ)償來(lái)改善供電條件和供電質(zhì)量。無(wú)功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中的重要作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，在供電過(guò)程中，無(wú)功補(bǔ)償可以有效減少電壓設(shè)備、傳輸電線和電源線中帶來(lái)的電力損耗和浪費(fèi)，也可以提高供電效果并減少金錢(qián)的浪費(fèi)。其次，它可以有效地提高供電的功率因數(shù)，提高供電效率，并減少在供電過(guò)程中出現(xiàn)的電壓損耗。第三，可以減少成本。降低能源供應(yīng)成本，能夠促進(jìn)我國(guó)電力工業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展。因此，變電設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師必須制造一定的計(jì)劃，并且對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)需要引起人員足夠的注意。

2 變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償?shù)母攀黾霸O(shè)計(jì)原理分析

根據(jù)國(guó)家電力部的規(guī)定，功率因數(shù)為0.9或更高的用戶(hù)被定義為高電壓用戶(hù)，且如今的低電壓用戶(hù)的功率也在0.85至0.9之間徘徊。從這些數(shù)據(jù)可以看出，在我國(guó)，用戶(hù)的用電功率非常高。由于城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越來(lái)昌盛以及城市用戶(hù)的不斷增加，我國(guó)城市開(kāi)始無(wú)法承受超負(fù)荷的用電功率和電力供應(yīng)不足，從而導(dǎo)致電力供應(yīng)不均。無(wú)功功率可通過(guò)提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少在電壓傳輸過(guò)程中的電壓損耗，因此使用無(wú)功補(bǔ)償概念的目的是通過(guò)增加功率因數(shù)來(lái)改善用電現(xiàn)狀。此外，無(wú)功補(bǔ)償還包含許多技術(shù)，例如腔室設(shè)計(jì)、電容器設(shè)計(jì)、電抗器設(shè)計(jì)以及發(fā)電機(jī)的靜態(tài)設(shè)計(jì)。無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)方式的原理允許其安裝并連接到電路系統(tǒng)設(shè)備，以平衡電力系統(tǒng)的容性無(wú)功功率。無(wú)功補(bǔ)償被注入到線路中，這也稱(chēng)為無(wú)功補(bǔ)償方法。無(wú)功功率在電力系統(tǒng)的運(yùn)行工作是由兩個(gè)方法組成的。這兩種補(bǔ)償方式會(huì)根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行而有所不同，但是兩種補(bǔ)償方式都在各自的領(lǐng)域發(fā)揮著獨(dú)特并有效的作用，這也反映在電力系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中。首先，無(wú)功補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償方式是由電力系統(tǒng)的特定條件決定的。根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹恚梢詾殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中后續(xù)工作的順利進(jìn)行提供基本條件。

3 變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方式探析

3.1 變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的調(diào)相機(jī)設(shè)計(jì)

變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的調(diào)相機(jī)設(shè)計(jì)是過(guò)去使用的最為廣泛的設(shè)計(jì)方式。特別是，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)裝置調(diào)相機(jī)應(yīng)用程序主要用于將相機(jī)與設(shè)備和生成器同步。所有無(wú)功功率都通過(guò)勵(lì)磁作用被電氣系統(tǒng)接收，當(dāng)勵(lì)磁作用消失時(shí)，電力系統(tǒng)可以將感應(yīng)電磁場(chǎng)重新傳輸出去，以獲得最高無(wú)功功率。因此，在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償結(jié)構(gòu)時(shí)，重要的是配置和控制驅(qū)動(dòng)的控制設(shè)備，以使電壓吸收或設(shè)備正確輸出或與同步電氣系統(tǒng)執(zhí)行，最大限度保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。但是，由于同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)的機(jī)器，所以無(wú)功補(bǔ)調(diào)相機(jī)的投影會(huì)在使用過(guò)程中會(huì)造成很大的功率損耗。因此，在相機(jī)的同步能力相對(duì)受限的情況下，很容易損耗功率和資金。隨著操作系統(tǒng)的不斷應(yīng)用，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)置的調(diào)相機(jī)的使用需要得到進(jìn)一步改進(jìn)。

3.2 變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的電容器設(shè)計(jì)

電容器設(shè)計(jì)也是一種典型的變電設(shè)計(jì)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)方法。電容器無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)項(xiàng)目將電容器與市電進(jìn)行并聯(lián)，以增加其負(fù)載能力，從而使主電力系統(tǒng)可以更有效地提供或輸出功率。感性線路提供最佳的無(wú)功補(bǔ)償，同時(shí)，在無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)中使用電容器的投資成本相對(duì)較低，并且容易清潔，而且它可以集中使用，也可以分散使用，這些性能都非常好。由于無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娙萜髟O(shè)計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)90%的主要電力系統(tǒng)都使用無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾娙萜髟O(shè)計(jì)，但是，在使用前必須檢查電容器中無(wú)功補(bǔ)償和節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)值是否存在正比例關(guān)系，以減少電力系統(tǒng)中的電壓損耗。如果它未達(dá)到此要求，其效率也肯定會(huì)受到一定程度的影響。在使用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的電容器時(shí)，這是一個(gè)大問(wèn)題，因此，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的電容器的研究。水冷式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置如圖1所示。

圖1 水冷式高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置

3.3 變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的電抗器設(shè)計(jì)

電抗器的設(shè)計(jì)主要用于電抗性負(fù)載。基本上將電抗器并聯(lián)以獲得無(wú)功補(bǔ)償效果，使用此設(shè)計(jì)方式，可以提高感應(yīng)無(wú)功功率利用率，以使感應(yīng)電功率與電力系統(tǒng)的容性功率出現(xiàn)平衡。無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)方式注重減少在傳輸過(guò)程中損耗過(guò)多電壓。但是，如果在無(wú)功補(bǔ)償中使用電抗器設(shè)計(jì)，則當(dāng)負(fù)載容量隨線路容量增加而主電源系統(tǒng)感應(yīng)的電抗性降低時(shí)，可以保證電抗器內(nèi)的電壓平衡。電抗器內(nèi)的平衡反應(yīng)可以防止電力系統(tǒng)內(nèi)部電壓的升高，從而保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 變電設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償裝置的靜止無(wú)功發(fā)生器設(shè)計(jì)

隨著電網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)引入無(wú)功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)時(shí)，靜止無(wú)功發(fā)生器的設(shè)計(jì)開(kāi)始受到檢測(cè)。這種設(shè)計(jì)主要用于在線路上增加轉(zhuǎn)換電流以提高無(wú)功補(bǔ)償效果，當(dāng)使用靜止的無(wú)功發(fā)生器時(shí)，則可以實(shí)現(xiàn)控制交流電壓但不影響循環(huán)電壓的幅度。通過(guò)完成相位交流，可以獲得最佳的無(wú)功功率。由于在操作期間消耗了一定的電量，因此無(wú)法測(cè)量實(shí)際的損失。這樣，可以使用靜止無(wú)功發(fā)生器設(shè)計(jì)方式來(lái)彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。但是，由于這種設(shè)計(jì)方式不能直接連接到電源，因此在高壓系統(tǒng)中使用時(shí)必須將其連接到電源變壓器。

4 變電設(shè)計(jì)中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)該注意的問(wèn)題

4.1 防止電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧振

居民的日常生活中的使用電情況直接取決于電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定。此外，電網(wǎng)問(wèn)題不僅明顯影響人們的正常生活，而且還可能阻礙某些項(xiàng)目的完成。但是，由于電力系統(tǒng)的總體覆蓋范圍較大，并且在成本、修護(hù)和操作方面存在問(wèn)題，因此無(wú)法預(yù)估損失，即使能夠控制空間，但也存在無(wú)法避免的人員問(wèn)題。鑒于當(dāng)前情況，有必要采取某些措施以避免出現(xiàn)更為嚴(yán)重的后果，通過(guò)增加有線設(shè)備的數(shù)量并控制其質(zhì)量的方式，可以減少風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。另外，有必要定時(shí)檢查和更新電氣設(shè)備，可避免由于電力系統(tǒng)中的諧振而損壞電容器，并在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)立即檢查和升級(jí)電力設(shè)備。

4.2 控制無(wú)功功率補(bǔ)償因素的范圍

許多人認(rèn)為無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑黾邮欠浅Ｓ幸娴模聦?shí)并非如此。對(duì)于傳輸線系統(tǒng)，引入高水平的補(bǔ)償雖是有益的，但會(huì)導(dǎo)致總損失中可以節(jié)省的份額增加。例如，我們說(shuō)功率因數(shù)可被調(diào)整為0.7，但當(dāng)功率因數(shù)增加到0.8時(shí)與功率因數(shù)調(diào)整到0.1無(wú)功補(bǔ)償是差不多的，所以這樣增加無(wú)功功率補(bǔ)償只會(huì)浪費(fèi)投資成本。

4.3 防止過(guò)分補(bǔ)償

電流是在電力系統(tǒng)的電路中得到控制的，但電流本身就很難控制。如果過(guò)程有問(wèn)題，就會(huì)引發(fā)“多諾米骨牌效應(yīng)”。該效應(yīng)出現(xiàn)是由其固有特性決定的，尤其是在傳輸過(guò)程中，先前連接中的問(wèn)題是下一步問(wèn)題的原因，通常這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備損壞。但是如果我們假設(shè)在電力工作中使用其他設(shè)備，則線性磁場(chǎng)本身將因負(fù)載而產(chǎn)生磁場(chǎng)電壓，同時(shí)產(chǎn)生能量，但這很容易損壞電力設(shè)備。

結(jié)語(yǔ)：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，我國(guó)的電力系統(tǒng)一直保持良好的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并且電網(wǎng)的覆蓋規(guī)模也在逐漸地增加。但是，我國(guó)的用電狀況表明我國(guó)仍存在電力分配不均的現(xiàn)象。無(wú)功補(bǔ)償裝置在有效改善電網(wǎng)質(zhì)量和傳輸效率以及減少電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的損失方面起著重要作用。通過(guò)在變電設(shè)計(jì)中很好地設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償裝置，可以有效地維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，也可以促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展并可以維護(hù)人們正常的用電生活。