無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用分析

何燕玉

佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 佛山 528000

引言

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的逐步提升，電力企業(yè)的電氣設(shè)施越來越多，對(duì)電氣線路的依賴程度也在上升，此時(shí)對(duì)電網(wǎng)供電能力以及電壓穩(wěn)定性提出了更為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。之所以無功補(bǔ)償技術(shù)可以獲得較為普遍的應(yīng)用，這是由于用電企業(yè)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的要求愈發(fā)迫切。該技術(shù)有關(guān)通信、電腦網(wǎng)絡(luò)等等，比如說，一個(gè)具有多臺(tái)大功率用電設(shè)施的用電公司，其多臺(tái)大功率用電設(shè)施的交替應(yīng)用，不可避免地會(huì)導(dǎo)致接電線路的電壓不穩(wěn)定，生成諸多的無功功率，減少接電線路電壓，生成諸多無為的電能耗損，而無功補(bǔ)償技術(shù)就是應(yīng)用有關(guān)設(shè)施，調(diào)控各方面的電子設(shè)備，如此一來就可以進(jìn)一步調(diào)控電網(wǎng)中的電流電壓。對(duì)此，本文將對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用展開詳盡闡述，以此為鑒。

1 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化下應(yīng)用價(jià)值分析

現(xiàn)如今，伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的逐步上升，我國(guó)電力體系趨于自動(dòng)化方向發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用過程中，諸多問題的出現(xiàn)會(huì)影響到系統(tǒng)的順利運(yùn)作，不僅如此，還會(huì)降低系統(tǒng)的運(yùn)作效率，使得利潤(rùn)不斷銳減。就當(dāng)前而言，我國(guó)有三種不同電網(wǎng)，劃分成高壓、低壓以及下壓[1]。在此之中，前兩類電壓并不平穩(wěn)，而靈活采取無功補(bǔ)償技術(shù)，可以通過對(duì)并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，同時(shí)還能夠?qū)﹄娋W(wǎng)無功率損耗予以補(bǔ)償，可以強(qiáng)化對(duì)供電系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)電壓的合理調(diào)控，如此一來就可以大幅度提高電網(wǎng)的安全性，實(shí)現(xiàn)資源使用效益最大化。總而言之，靈活采用無功補(bǔ)償，可以幫助電力公司節(jié)約電力運(yùn)作成本，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀分析

從20世紀(jì)70年代開始，我國(guó)便進(jìn)一步研發(fā)無功補(bǔ)償技術(shù)，尤其是近年來說，其在電氣自動(dòng)化行業(yè)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，電氣化的高功率因數(shù)的規(guī)模在很大程度上會(huì)影響到電氣自動(dòng)化水平，而靈活采用濾波技術(shù)，可以有效地抵消電氣化中的諧波，為了進(jìn)一步合理地應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)處理諧波呢，此時(shí)就要求綜合無功補(bǔ)償技術(shù)以及其他新型化技術(shù)，大幅度提升功率因數(shù)，進(jìn)而減少負(fù)序。不僅如此，濾波技術(shù)還能夠過濾或抵消電氣化內(nèi)的諧波。

2.2 發(fā)展特點(diǎn)分析

為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠，那么就要利用無功補(bǔ)償技術(shù)提供無功服務(wù)，無功服務(wù)具備如下特征，分別如下[2]：①費(fèi)用分析煩瑣。有功服務(wù)的支出即發(fā)電支出，而無功服務(wù)通常包括投資成本。因此在分析有關(guān)支出的過程中，無功服務(wù)顯然是較為煩瑣的。②獲取方法多元化，有功補(bǔ)償技術(shù)只可以采取單一化獲取手段—發(fā)電機(jī)，而無功補(bǔ)償技術(shù)不僅可以依然發(fā)電機(jī)，同時(shí)還可以利用有關(guān)的輸電線路、靜止無功補(bǔ)償設(shè)施以及調(diào)相機(jī)獲取，因此，獲取方式較為多元。③服務(wù)供應(yīng)區(qū)域化。無功功率并不適用于遠(yuǎn)距離傳導(dǎo)，所以長(zhǎng)距離的輸送無功，只能夠在發(fā)電方以及受電空間構(gòu)成顯著的電壓差，除此之外，還會(huì)誘發(fā)功率損耗，減少了物質(zhì)收益。④感性無功技術(shù)。在配電網(wǎng)內(nèi)，諸多電力設(shè)施都是利用電磁感應(yīng)運(yùn)作的。例如發(fā)電機(jī)組，其運(yùn)作原理就是于強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，用于發(fā)電線圈對(duì)磁感線進(jìn)行切割，進(jìn)而生成一系列的交流電能，而變壓設(shè)施則是利用電磁相互感應(yīng)來減少電壓，接著再傳輸至距離較遠(yuǎn)的地方，在線路傳輸期間，就可以有效地減少電力損耗。在電磁場(chǎng)內(nèi)，電流會(huì)漸漸傳輸至電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槭艿搅Ψ矫娴挠绊懀虼送娋€圈無法運(yùn)動(dòng)，在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，電動(dòng)機(jī)與變壓器的磁與電間展開轉(zhuǎn)換。在此過程中，會(huì)漸漸產(chǎn)生一處變化極大的磁場(chǎng)。在某電磁周期中，電力機(jī)械設(shè)施吸入功率以及釋放功率具有統(tǒng)一性，換言之，在此期間，并未產(chǎn)生不必要損耗，專業(yè)人員將之稱作感性無功功率。第四，有助于電力系統(tǒng)穩(wěn)定。無功補(bǔ)償技術(shù)是一項(xiàng)較為典型的無功控制電壓服務(wù)技術(shù)，也就是說，發(fā)電機(jī)組輸出無功功率至配電網(wǎng)中，確保電力系統(tǒng)運(yùn)作穩(wěn)定，而電壓在連接位置的數(shù)值要在既定范圍中，進(jìn)而有效地增強(qiáng)電力控制系統(tǒng)服務(wù)技術(shù)。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，部分無功功率會(huì)被不斷吸收，而一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常，那么無功支持就可以在一定程度上防止電力系統(tǒng)處在中斷狀態(tài)。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用分析

從目前發(fā)展態(tài)勢(shì)而言，無功補(bǔ)償技術(shù)在重點(diǎn)內(nèi)容方面都重視提升功率因數(shù)，進(jìn)而減少負(fù)序，這在一定程度上保證了濾波通路的有效性，而利用這一方式可以過濾或抵消諧波。

3.1 單調(diào)諧濾波器應(yīng)用分析

電力系統(tǒng)運(yùn)作期間，單調(diào)諧濾波器通常涵括了電容器、電抗器等等，這都屬于比較常見的無功補(bǔ)償設(shè)施。在實(shí)際運(yùn)作期間，采取電容器或電抗器可以有效地抵消及過濾對(duì)諧波。當(dāng)某次諧波濾波器調(diào)諧到此頻率時(shí)，濾波器總阻抗對(duì)外表現(xiàn)為零，因而該次諧波會(huì)全部被吸收，如圖1所示。

圖1 單調(diào)諧濾波器阻抗頻率特性

3.2 真空斷路器應(yīng)用分析

在操作真空斷路器的過程中，還應(yīng)該進(jìn)一步投切電容器，在此期間常采取零頭切技術(shù)。短時(shí)間內(nèi)，電容器在閉合連接點(diǎn)出現(xiàn)了同流現(xiàn)象，在形成同流現(xiàn)象期間，電容器在電位差方面較為明顯，所以，這就在一定程度上提升了線路阻抗值。電壓只要超出零，那就要求開始投切，利用這一手段可以防止電容性電流。該技術(shù)應(yīng)用成本不高，同時(shí)也較為便捷，但是在實(shí)際應(yīng)用期間，常常會(huì)產(chǎn)生一系列問題，比如，在電力系統(tǒng)運(yùn)作期間，總是會(huì)產(chǎn)生諸如電容器電壓偏高而引發(fā)的電容器擊穿問題，這就不利于設(shè)施地順利運(yùn)作。不僅如此，采取真空斷路器會(huì)影響到開關(guān)的使用周期，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致投切工作無法順利進(jìn)行，從而不利于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償質(zhì)量地形成。

3.3 固定濾波器、電容器、電抗器的有機(jī)結(jié)合

相關(guān)人員將上述設(shè)施結(jié)合在一塊兒，電抗器或?yàn)V波器能夠搭載在低壓側(cè)母線電壓之上，利用這一方法，對(duì)無功狀態(tài)進(jìn)行針對(duì)性地調(diào)控，在實(shí)際調(diào)節(jié)期間，分解開關(guān)能夠開始無載調(diào)節(jié)，在通斷控制方面還可以通過晶閘管予以調(diào)控。

4 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中應(yīng)用策略

首先，對(duì)配電線路進(jìn)行無功補(bǔ)償。在配電線路中，相關(guān)人員可以采取無補(bǔ)償產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步提升電氣自動(dòng)化水平，這同樣也是在分支線路中達(dá)成無功補(bǔ)償目標(biāo)的關(guān)鍵性手段[3]。該方法即先采取配電變壓器，利用它對(duì)分支線路內(nèi)無功損耗狀況予以明確，從而明確最終的補(bǔ)償容量，接著再選取分支線路，最后，還應(yīng)該要采取用戶自主補(bǔ)償?shù)氖侄伍_始補(bǔ)充能量。實(shí)際上，要想明確補(bǔ)充擴(kuò)充容量，此時(shí)就要求控制變電器的空載無功損耗，倘若補(bǔ)償設(shè)施缺少保障，線路容易處在欠補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)。同時(shí)，根據(jù)符合時(shí)間或者電壓，相關(guān)人員繼續(xù)投入電容器，如此一來就可以達(dá)到最優(yōu)補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

其次，并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償。并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，可以在一定程度上減少電網(wǎng)損耗。并聯(lián)電容器來減少電壓損耗，相應(yīng)地提升功率，這是有效達(dá)成無功補(bǔ)償機(jī)電自動(dòng)化的方法之一。并聯(lián)補(bǔ)償即在同一個(gè)電路內(nèi)，相關(guān)人員要合理聯(lián)結(jié)電容器以及被補(bǔ)償設(shè)施，這對(duì)于提升直接搭載，這對(duì)于提升功率具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

第三，電力用戶的無功補(bǔ)償。該環(huán)節(jié)同樣是達(dá)成無功補(bǔ)償電氣自動(dòng)化目的的關(guān)鍵性舉措，相關(guān)人員把用戶供電網(wǎng)絡(luò)的耗損減少至最低水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)電效益最大化。在應(yīng)用過程中，相關(guān)人員要強(qiáng)化對(duì)節(jié)能措施的普及以及對(duì)無功補(bǔ)償?shù)墓芸兀M(jìn)而更深層次明確最優(yōu)補(bǔ)償措施以及補(bǔ)充容量。值得注意的是，相關(guān)人員要依據(jù)補(bǔ)償方式及補(bǔ)償規(guī)模劃分成三種類型，即集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償以及個(gè)別補(bǔ)償。具體來說，集中補(bǔ)償即用戶的變電設(shè)施內(nèi)集體裝配電容器組，如此一來就能夠降低變壓器無功功率的耗損量，確保節(jié)電效益最大化。而采取就地補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ梢宰屳旊娋€路中電能損耗減少，確保電容器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切，無功負(fù)荷還能夠被補(bǔ)充調(diào)控。除此之外，分組補(bǔ)償即科學(xué)地分配要求裝配一定的電容器，同時(shí)根據(jù)組別安裝配電線，進(jìn)而做到分組補(bǔ)償。該方式可以確保各車間無功電力均衡，在向上級(jí)線路運(yùn)輸期間，減少不必要的電能耗損。

個(gè)別補(bǔ)償也就是指相關(guān)人員把用電設(shè)施與電容器聯(lián)結(jié)在一起，從而做到電容器的同時(shí)投入及產(chǎn)出，確保機(jī)身獲得無功損耗補(bǔ)償，通常來說，這在大中型異步電動(dòng)裝置中效果顯著。本公司在20世紀(jì)80年代起，其變電所及供電區(qū)都采取固定式無功補(bǔ)償工藝，如此一來契合無功的需要，運(yùn)行效果相對(duì)比較差，同時(shí)長(zhǎng)期處在過補(bǔ)償狀態(tài)，對(duì)電網(wǎng)威脅較大。不過近年來，伴隨無功補(bǔ)償自動(dòng)化水平逐步提升，本公司也進(jìn)一步優(yōu)化了無功補(bǔ)償自動(dòng)化系統(tǒng)，防止以往過補(bǔ)償并生成諧波，從而使得電網(wǎng)電壓出現(xiàn)不良波動(dòng)。值得注意的是，在改造之前，大多數(shù)情況下都采取固定式電容補(bǔ)償，受到負(fù)荷多方面因素的影響，導(dǎo)致過補(bǔ)償后功率因數(shù)小于供電單位0.9的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)情況即0.78，每年支出大約50萬元的電力調(diào)電費(fèi)，而且也加大了線路的損耗。依據(jù)長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)及計(jì)算，電力公司積極引入了無功自動(dòng)補(bǔ)償電氣化設(shè)施，實(shí)現(xiàn)高壓集中自動(dòng)補(bǔ)償。

而在改造之后，所采用的自動(dòng)控制器，即JKWD5為核心的無功補(bǔ)償，JKWD5配置包括單片機(jī)，此時(shí)相關(guān)人員也積極對(duì)總進(jìn)線電流以及三相電壓進(jìn)行了實(shí)時(shí)化的采樣跟蹤。針對(duì)單片機(jī)，還依據(jù)電壓以及電流展開計(jì)算，獲取動(dòng)態(tài)化的功率因數(shù)瞬時(shí)值，明確動(dòng)態(tài)補(bǔ)償值Q，接著相關(guān)人員要牢牢遵循先投先切、后投后切以及循環(huán)投切的基本準(zhǔn)則，實(shí)時(shí)調(diào)控電容器組的投入以及產(chǎn)出，大幅度地提升自自動(dòng)化水平。

5 結(jié)束語

綜上所述，無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中應(yīng)用的研究對(duì)于電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是，進(jìn)一步研究無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用具有很大的難度，同時(shí)就當(dāng)前來說，我國(guó)電氣自動(dòng)化行業(yè)對(duì)于無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用的研究還亟待深化，所以，在后續(xù)發(fā)展過程中，針對(duì)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，相關(guān)人員要強(qiáng)化對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)的注重程度以及探索水平，如此一來，就能夠最大限度減少系統(tǒng)耗損，提升電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用效率，進(jìn)而推動(dòng)電氣自動(dòng)化行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。