無功補償在電氣自動化中的應(yīng)用

王 玲

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710014)

無功補償在電氣自動化中的應(yīng)用

王 玲

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710014)

作為電力系統(tǒng)中的重要應(yīng)用技術(shù)，無功補償技術(shù)對于保證電力網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性和可靠性具有重要作用。對無功補償技術(shù)進(jìn)行了概述，探討了無功補償在電氣自動化中的具體應(yīng)用，以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

無功補償；電氣自動化；應(yīng)用

在供電系統(tǒng)中，無功補償技術(shù)可有效降低輸電過程中的電能消耗，還能供電外部環(huán)境，進(jìn)而提高供電效能。在選用補償設(shè)備時，如果根據(jù)工程要求標(biāo)準(zhǔn)合理選擇，可有效改善電網(wǎng)運行質(zhì)量。補償裝置若選用得不恰當(dāng)或同供電網(wǎng)絡(luò)不相適應(yīng)，則會引發(fā)明顯的電壓起伏并增大諧波，嚴(yán)重影響電網(wǎng)運行的安全性和可靠性；因此，加強有關(guān)無功補償在電氣自動化中的應(yīng)用探討，對于改善無功補償技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

1 無功補償技術(shù)概述

1.1 無功補償技術(shù)

1.1.1 并聯(lián)電容器

并聯(lián)補償過程就是將電容器與被補償設(shè)備共同并聯(lián)到同一線路中，以改善功率因數(shù)。對于無功補償中使用的電容器通常稱為并聯(lián)電容器，并聯(lián)電容器技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。

1)并聯(lián)電容器無功補償作用。在電網(wǎng)及負(fù)荷端安置電容器，利用無功補償過程可有效降低無功功率比例，由此不但能減小電網(wǎng)線路能耗，且能保證電壓穩(wěn)定，是一種提高供電質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保的重要技術(shù)手段。增加功率因數(shù)一方面可減少電網(wǎng)有效功率損耗量和無功功率消耗量；另一方面還可改善變壓器與電力線路容量利用率。

2)無功補償電壓調(diào)整。在安裝電容器后，電容器的切斷及接入會明顯影響變壓器的電壓狀況，所以在實際應(yīng)用中，變壓器電壓質(zhì)量可通過電容器的并聯(lián)狀況進(jìn)行調(diào)整[1]。

1.1.2 電力負(fù)荷功率因數(shù)

功率因數(shù)為電網(wǎng)及變壓器設(shè)備中有功功率占總功率的比例。一般而言，電網(wǎng)企業(yè)都希望增加功率因數(shù)。功率因數(shù)的提高主要通過降低有功功率損耗和減少傳輸設(shè)備無功功率比例來完成，科學(xué)有效地改善用戶功率因數(shù)可最大限度發(fā)揮供電設(shè)備性能以改善電壓質(zhì)量。

1.2 無功補償技術(shù)特點

無功補償技術(shù)特點如下。

1)利用電磁感應(yīng)進(jìn)行無功補償。在配電網(wǎng)內(nèi)，通常存在較多的電磁感應(yīng)工作裝置，如發(fā)電機組，其基本原理便是電磁感應(yīng)。在強磁場條件下，發(fā)電線圈會根據(jù)磁感線的切割產(chǎn)生交流電能，變壓器在電磁相互感應(yīng)狀態(tài)下也會相應(yīng)改變電壓。在用電設(shè)備中，由磁鐵和繞組組成的設(shè)備會在交流電路中形成電和磁的交變，能量轉(zhuǎn)換時，部分磁能恢復(fù)到電能，此部分電流通常不會消耗有功功率，因此稱為感性無功功率。在交流電路中，純電阻負(fù)載電流與電壓相位相同，純電感負(fù)載電流滯后于電壓，純電容負(fù)載電流超前于電壓。在電源向負(fù)載供電時，并聯(lián)電容器能將感性負(fù)載釋放的能量進(jìn)行儲存；在感性負(fù)載能量不足時，并聯(lián)電容器便將能量再次釋放，由此感性負(fù)載所需無功問題便有效解決。感性無功補償技術(shù)可有效降低負(fù)載同電源間的能量交換范圍，進(jìn)而降低損耗。

2)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，利用無功補償技術(shù)可使發(fā)電機組將無功功率輸出至配電網(wǎng)內(nèi)，并保證電力系統(tǒng)電壓變動控制在合理范圍內(nèi)，從而改善系統(tǒng)電壓控制服務(wù)水平。若電力系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)故障，無功支持可有效防止整個電力系統(tǒng)進(jìn)入中斷過程，即在系統(tǒng)運行時，無功補償技術(shù)正常工作，部分無功功率會被完全吸收，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，吸收的無功功率會重新被釋放以保證電網(wǎng)的安全運行。

3)改善電力系統(tǒng)效益。在電網(wǎng)系統(tǒng)中采用無功補償技術(shù)，可降低無功功率在電網(wǎng)運行中的流動性，減少變壓器及線路運行中輸送的無功功率，進(jìn)而減小電氣設(shè)備電能消耗，提高電力系統(tǒng)綜合效益[2]。

2 無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用

2.1 無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用策略

2.1.1 穩(wěn)定過濾諧波裝置與可控制飽和電抗器相結(jié)合

將電抗器同反并聯(lián)的晶閘管進(jìn)行串聯(lián)，可完成與并聯(lián)濾波器中的額外容性無功功率的補償電流平衡，進(jìn)而使功率因數(shù)符合系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。此種方法的優(yōu)點是穩(wěn)定的濾波通路可被長期投入。在實際補償過程中，此種方法的可操作性和可行性強，速度調(diào)整的效率相對較高，且不會與系統(tǒng)形成諧振。缺陷是需要無功補償操作人員親自進(jìn)行，且技術(shù)要求嚴(yán)格，事故風(fēng)險率高，相比其他電子裝置的投資也較高。

2.1.2 固定濾波器與電容器結(jié)合

在采用此種方法的過程中，要先調(diào)控變壓器低壓部分兩端的母線電壓，然后將其與低壓母線上的電抗器或濾波器連接，由此轉(zhuǎn)換無功功率。在調(diào)整時，使用晶閘管實施切斷，以避免對電氣的使用壽命產(chǎn)生影響。在電力系統(tǒng)的實際運行過程中，還可安裝功能先進(jìn)的電力設(shè)備以穩(wěn)定無功功率，由此完成過濾諧波的目標(biāo)[3]。固定濾波器同電容器結(jié)合示意圖如圖1所示。

圖1 固定濾波器同電容器相結(jié)合接線示意圖

2.1.3 晶閘管固定濾波器與調(diào)節(jié)電抗器

將電抗器與反并聯(lián)晶閘管并聯(lián)，可有效消除濾波器中剩余的無功率補償電流，進(jìn)而保證整體平衡。該種處理方法的優(yōu)勢在于不但能明顯促進(jìn)固定濾波器長時間高效率，還能適當(dāng)減少晶閘管的使用數(shù)量，提高響應(yīng)速度，主要缺陷是容易形成諧波。

2.1.4 有源濾波器

該裝置的基本功能是使電力電子設(shè)備形成與負(fù)序電流和諧波電流相反的電流，以滿足電源運行要求。該種方法的優(yōu)點是補償方式多樣，調(diào)節(jié)效率高，且不會同電力系統(tǒng)形成諧振，主要缺陷是設(shè)備成本費用較高。

2.1.5 真空短路投切電容器

該裝置的優(yōu)點是操作簡單、成本低。缺點主要是合閘過程中電容器的瞬間電壓會升高，容易損壞設(shè)備；因開關(guān)使用年限的影響，無限制的投切過程是無法實現(xiàn)的，由此可能影響動態(tài)補償效果。

2.2 無功補償在配電線路中的應(yīng)用

最大化平衡分支線路無功功率是對分支線路實施補償?shù)幕驹瓌t，補償分支線路的無功功率可有效降低主干線路對分支線路實施無功功率補償?shù)膲毫?。在對分支線路補償時需注意：1)對于部分配電變壓設(shè)備及較小的分支線路，可根據(jù)其在主干線上時的消耗符合量進(jìn)行適當(dāng)補償；2)分支線路的補償量可依據(jù)分支線路所安裝的配單變壓設(shè)備的空載無功損耗進(jìn)行確定；3)所有的拍點變壓設(shè)備損耗的負(fù)載無功都應(yīng)由用戶自行實施補償，若用戶未補償或補償量較低，則應(yīng)向主干線汲取無功補償；4)補償點最好安設(shè)在擁有較大負(fù)荷的分支線路上。依據(jù)上述補償要點分析可以發(fā)現(xiàn)，線路的補償量主要由配電變壓設(shè)備的空載無功損耗決定。在某些變電站中，配電電纜中負(fù)荷分布的不同范圍內(nèi)安裝的無功補償電容設(shè)備，其最佳安裝地點及最優(yōu)補償量均由計算機計算得出；電容設(shè)備會分成可投切模式與固定模式2種，可投切電容裝置是依據(jù)負(fù)荷大小，按照電壓變化自動進(jìn)行投入補償或退出補償，進(jìn)而實現(xiàn)最佳補償過程。

2.3 無功補償在變電站中的應(yīng)用

在變電站中，不同等級的配電電纜為用戶提供不等電壓的電。依據(jù)級別補償、就地平衡的原則，電力用戶獲取的電能與配電線路中的無功功率應(yīng)相對平衡，不會像變電站需求無功電力。容性無功補償設(shè)備主要用于對主變壓設(shè)備的無功損耗和負(fù)荷側(cè)進(jìn)行補償，而其補償量可依據(jù)主變壓設(shè)備容量進(jìn)行確定。另外其在高壓下側(cè)功率也應(yīng)≥0.95 MPa，才能有效滿足主變壓設(shè)備最大負(fù)荷下的補償標(biāo)準(zhǔn)。若主變壓設(shè)備各臺設(shè)備容量均>40 MVA，則主變壓器設(shè)備應(yīng)安裝至少2臺容性無功補償裝置[4]。

在變電站內(nèi)采用無功補償技術(shù)時，其主要工作便是補償變電站自身消耗的無功功率。變電站補償容量應(yīng)按照下述原則進(jìn)行確定。

1)對于變電站，無功補償通常為補償空載及負(fù)載無功損耗；按照此原理對于35 kV變電站補償容量可根據(jù)主變壓設(shè)備容量的10%～15%進(jìn)行確定；對于110 kV變電站補償容量可根據(jù)主變壓設(shè)備容量的15%～20%進(jìn)行確定。

2)在部分變電站中，大量的變壓設(shè)備都會在負(fù)荷條件下進(jìn)行工作，此時可將補償量設(shè)置在最低值，大約為主變壓設(shè)備容量的8%～10%，相比主變壓設(shè)備空載時的無功損耗量要大些；若再增加負(fù)荷量，可對補償容量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

3)對于部分電壓降大、負(fù)荷量高、電壓質(zhì)量不高的變電站，可按照改善電壓幅度的標(biāo)準(zhǔn)對補償容量進(jìn)行選擇，但此種補償容量通常會高于經(jīng)濟(jì)補償容量，所以多余部分補償容量可作臨時性安置，以方便在某些情況下對其他位置進(jìn)行調(diào)整。

2.4 無功補償在電力用戶中的應(yīng)用

1)個別補償。在單獨用電設(shè)備周圍安裝電容器，利用電動機完成功率的同時投入與退出過程，由此補償電動機自身的無功損耗，降低配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。

2)集中補償。在用戶變電站與配電變壓器高壓側(cè)安裝電容器組，利用集中補償方式降低變壓器無功功率，同時對變壓器的無功損耗進(jìn)行就地補償。

3 結(jié)語

無功補償?shù)膽?yīng)用質(zhì)量將直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和耗損率，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強有關(guān)無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用研究，總結(jié)電氣自動化中無功補償技術(shù)的應(yīng)用策略及關(guān)鍵技術(shù)處理措施，以逐步改善無功補償技術(shù)的應(yīng)用水平。

[1] 牛軼男,馮婷,汪揚,等.電力系統(tǒng)無功補償技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].信息通信，2011(1):62-63.

[2] 于士國.電氣自動化中的無功補償技術(shù)分析[J].硅谷，2011(13):61-62.

[3] 彭永鎮(zhèn).淺談無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2011(16):74-75.

[4] 王倉繼.無功補償技術(shù)應(yīng)用于電氣自動化分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012(6):73.

責(zé)任編輯鄭練

TheApplicationofReactivePowerCompensationinElectricalAutomation

WANG Ling

(Xi′an Railway Vocational Technial Institute, Xi′an 710014, China)

As an important technology in power system, reactive power compensation technology to assure the stability and reliability of power network operation plays an important role. This article firstly summerizes the reactive power compensation technology, and then detailed discuss the application of reactive power compensation in electric automation, so as to provide reference for related technology and research people.

reactive power compensation, electrical automation, application

TM 714.3

：B

王玲(1979-)，女，講師，碩士研究生，主要從事電氣工程等方面的研究。

2014-07-07