郇利民 楊金虎 韓佳霖

摘 要：在盾構(gòu)機(jī)電網(wǎng)系統(tǒng)中，無功功率補(bǔ)償是一個被忽略的問題，在現(xiàn)場運(yùn)行過程中，無功補(bǔ)償裝置故障率非常高。表現(xiàn)在回路熔斷器燒毀或者補(bǔ)償電容燒毀。我們的盾構(gòu)機(jī)所采用的都是標(biāo)準(zhǔn)型補(bǔ)償方式，這種補(bǔ)償方式在盾構(gòu)機(jī)這個存在嚴(yán)重諧波污染的電網(wǎng)中所起作用利弊難以權(quán)衡。文章以一項(xiàng)目為例，通過計算系統(tǒng)功率因數(shù)及污染程度，結(jié)合現(xiàn)場問題，提出調(diào)諧型補(bǔ)償方式。并詳述計算過程。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；功率因數(shù)；無功功率；調(diào)諧補(bǔ)償

引言

在盾構(gòu)機(jī)電網(wǎng)系統(tǒng)中存在大量的感性負(fù)載，感性負(fù)載消耗著大量的無功功率，無功功率的存在對電網(wǎng)的影響主要有以下幾個方面：無功功率增加，導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使變壓器、控制設(shè)備和導(dǎo)線等電器設(shè)備容量增加；供電設(shè)備及線路損耗增加；變壓器及線路的電壓降增大，使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動。

1 盾構(gòu)施工現(xiàn)場存在的問題

在現(xiàn)場運(yùn)行過程中，幾乎所有設(shè)備上的無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)都存在以下的問題：現(xiàn)場檢測功率因數(shù)值偏低；始發(fā)不久就會出現(xiàn)補(bǔ)償回路的熔斷器燒壞，甚至有的工地電容器燒壞。針對此現(xiàn)象，對此問題做了以下分析。

1.1 項(xiàng)目分析

以直徑6.28m土壓盾構(gòu)機(jī)項(xiàng)目為例，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 滿載運(yùn)行功率參數(shù)

按照如上計算結(jié)果，除拼裝模式功率因數(shù)低于0.9外。整個電網(wǎng)系統(tǒng)無需補(bǔ)償就可以達(dá)到用電標(biāo)準(zhǔn)。但現(xiàn)場會發(fā)現(xiàn)實(shí)際檢測功率因數(shù)值有時候會低至0.6。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)樵谟嬎氵^程中忽略了一個很重要的因素：電機(jī)負(fù)載。上述計算結(jié)果是在電機(jī)滿載運(yùn)行時候的功率因數(shù)計算出來的。實(shí)際上，在掘進(jìn)模式還是拼裝模式下，不是所有運(yùn)行中的電機(jī)都能在額定功率下運(yùn)行。電機(jī)在額定功率下的功率因數(shù)在0.9左右。小于額定功率運(yùn)行時的功率因數(shù)為額定運(yùn)行條件下的50%左右?？蛰d運(yùn)行則更低只有20%左右。所以，如果按此情況根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際電機(jī)使用率做個估算，其結(jié)果如下表2所示：（下列結(jié)果都以滿載功率因數(shù)的50%計算）

表2 50%負(fù)載運(yùn)行功率參數(shù)

由表2可以看出，計算結(jié)果中功率因數(shù)已經(jīng)小于0.9。這就說明，現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行時，所有參與工作的電機(jī)都不在滿負(fù)載狀態(tài)工作，甚至有些電機(jī)長時間處于空載。所以導(dǎo)致現(xiàn)場檢測功率因數(shù)值比估算結(jié)果還要低。這就說明了前面提到的現(xiàn)場檢測功率因數(shù)偏低的現(xiàn)象。

2 補(bǔ)償原則

2.1 盾構(gòu)機(jī)電網(wǎng)無功補(bǔ)償原則

盾構(gòu)機(jī)上存在著非線性負(fù)載如刀盤主驅(qū)動變頻器。非線性負(fù)載產(chǎn)生大量諧波電流并注入到系統(tǒng)電網(wǎng)中。當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時，單純并聯(lián)電容器組的無功補(bǔ)償方式有如下弊端：并聯(lián)電容對諧波有放大作用，易發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，使系統(tǒng)電壓及電流的畸變更加嚴(yán)重；由于諧波電流疊加在電容器基波電流上，使電容器的電流有效值增大，造成溫度升高，燒壞回路熔絲甚至燒壞電容器。

從表1可知，整個系統(tǒng)在掘進(jìn)模式下的諧波污染大約為57%。無功功率補(bǔ)償原則為，當(dāng)諧波污染大于25%時，就應(yīng)該采取調(diào)諧型補(bǔ)償。調(diào)諧型補(bǔ)償即在補(bǔ)償回路中串聯(lián)電抗器。它可以有效抑制諧波，防止發(fā)生諧振。而盾構(gòu)機(jī)的電網(wǎng)系統(tǒng)全部采用標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償，這種補(bǔ)償方式在諧波污染如此嚴(yán)重的系統(tǒng)中無疑會出現(xiàn)諧振，放大諧波。導(dǎo)致電容器過載，產(chǎn)生發(fā)熱或燒壞。

2.2 調(diào)諧型補(bǔ)償算法

盾構(gòu)機(jī)電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波次數(shù)一般為5次。根據(jù)并聯(lián)電容裝置設(shè)計規(guī)范對調(diào)諧補(bǔ)償裝置的電抗率規(guī)定。背景諧波為5次及以上時，電抗率K取4.4%～6%。

3 結(jié)束語

與純電容補(bǔ)償回路相比，串聯(lián)電抗器后，電容器端電壓會升高，高于電網(wǎng)電壓，并使無功功率補(bǔ)償容量增加。所有選取電容器的設(shè)計電壓需要高于電網(wǎng)電壓，選擇與之匹配的電抗器。同時電抗率是該裝置的重要參數(shù)，這一參數(shù)需根據(jù)電網(wǎng)頻譜特性選擇。此種補(bǔ)償方式能使回路的調(diào)諧頻率低于網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的最低次諧波頻率。這樣，該裝置在工頻時呈容性，改善功率因數(shù)；在諧波頻率時呈感性，防止諧波放大，防止產(chǎn)生過大的沖擊電流。燒壞回路的元器件。所以，串聯(lián)進(jìn)電抗器后的補(bǔ)償回路不會出現(xiàn)上面所說的燒壞回路斷路器或者電容器的現(xiàn)象。

提高整個系統(tǒng)的功率因數(shù)，有利于充分利用電源設(shè)備容量，改善供電質(zhì)量，同時也是響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保號召的實(shí)際體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李申山，許鳴珠，馬立明，等.盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)總體設(shè)計分析[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化.

[2]劉宣宇，邵誠.盾構(gòu)機(jī)自動控制技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].機(jī)械工程學(xué)報.

[3]王晉萍.淺談提高功率因數(shù)的好處和方法[J].

[4]李鳳祥，趙不賄.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報.

[5]劉智勇，余志東.無功功率補(bǔ)償技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)村電氣化，2004.