蔡永超

(陜西清水川能源股份有限公司，陜西 咸陽 719400)

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

蔡永超

(陜西清水川能源股份有限公司，陜西 咸陽 719400)

通過對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)的特點(diǎn)、作用、研究現(xiàn)狀以及趨勢等方面展開分析，進(jìn)一步探討其在電氣自動(dòng)化中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

無功補(bǔ)償技術(shù)；特點(diǎn)；作用；電氣自動(dòng)化；應(yīng)用

0 引言

無功補(bǔ)償技術(shù)在整個(gè)供電系統(tǒng)中起到了提高電網(wǎng)功率因數(shù)、降低變壓器及輸電線路損耗的作用，大大提高了供電效率，改善了供電環(huán)境，在實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的過程中占據(jù)著非常重要的位置。在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域合理地應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)，可以在很大程度上減少電網(wǎng)損耗，提高供電質(zhì)量。

1 無功補(bǔ)償技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 無功補(bǔ)償費(fèi)用分析具有一定的復(fù)雜性

相對(duì)于有功補(bǔ)償，無功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行費(fèi)用比較低，但是其投資費(fèi)用比較大，分析起來比較復(fù)雜。無功補(bǔ)償不需要消耗燃料，但是為了確保其可以和機(jī)組運(yùn)行實(shí)現(xiàn)同步，無功補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用與整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用是整合為一體的，因此很難將無功補(bǔ)償費(fèi)用從總的運(yùn)行費(fèi)用中分離出來。在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，各個(gè)參與部分需要共同承擔(dān)控制電網(wǎng)電壓的任務(wù)，也就是說，每個(gè)用戶和發(fā)電廠都應(yīng)該執(zhí)行自己的電壓和功率因數(shù)限額。無功補(bǔ)償具有一定的地域性及多樣性，在此基礎(chǔ)上，無功補(bǔ)償服務(wù)的最優(yōu)定價(jià)問題將會(huì)比有功補(bǔ)償服務(wù)更加復(fù)雜。

1.2 無功補(bǔ)償運(yùn)行方式具有一定的多樣性

無功補(bǔ)償運(yùn)行方式具有一定的多樣性。一般情況下，有功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行動(dòng)力只能依靠發(fā)電機(jī)來提供，運(yùn)行方式比較單一，而且費(fèi)用比較高。但是無功補(bǔ)償運(yùn)行方式有很多，除了依靠發(fā)電機(jī)以及負(fù)荷來提供之外，還可以通過調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償發(fā)生器以及輸電線路等多種無功源來提供，這就使得無功補(bǔ)償具有一定的選擇性，可以結(jié)合實(shí)際情況采用最合適的方式方法，這也是無功補(bǔ)償?shù)囊淮髢?yōu)勢所在。

1.3 無功補(bǔ)償控制具有一定的分散性

無功補(bǔ)償在電壓控制方面還具有一定的分散性，通常情況下，頻率控制需要實(shí)現(xiàn)有功補(bǔ)償?shù)钠胶?。在無功補(bǔ)償中，電壓的控制也要實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)钠胶?。但是電壓在每個(gè)節(jié)點(diǎn)是不一樣的，所以無功補(bǔ)償在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的平衡也是不一樣的，只有將無功平衡與相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)結(jié)合，每一節(jié)點(diǎn)的電壓才能得到有效控制，才能保證整個(gè)電網(wǎng)的平衡。因此，無功補(bǔ)償?shù)目刂凭哂幸欢ǖ姆稚⑿浴?/p>

2 無功補(bǔ)償技術(shù)的作用

無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提高了電網(wǎng)以及負(fù)載的功率因數(shù)，大大提高了電網(wǎng)以及負(fù)載的運(yùn)行效率，同時(shí)降低了輸電線路緊急用電設(shè)備所需要的容量，減少了不必要的資源浪費(fèi)，保證了資源的合理利用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。此外，無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用大大穩(wěn)定了電網(wǎng)電壓，一定程度上提高了供電質(zhì)量。并且在長距離輸電線路中，如果安裝合適的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，并配備合適的調(diào)節(jié)器，那么可以在一定程度上提高電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及輸電能力，同時(shí)還可以保障電力系統(tǒng)的抗干擾能力，保證系統(tǒng)的平衡運(yùn)行。如果在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中出現(xiàn)三相負(fù)載不平衡的現(xiàn)象，由于無功補(bǔ)償控制具有一定的分散性，可以很好地對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，保障三相負(fù)載的平衡。近年來，靜止無功補(bǔ)償發(fā)生器在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用越來越廣泛，其設(shè)置與應(yīng)用可以改善電網(wǎng)的電壓波形，減少諧波分量，同時(shí)可以解決負(fù)序電流問題，避免高次諧波引起的附加電能損失以及局部過熱現(xiàn)象，保障了各方面設(shè)備的良好運(yùn)行，大大提高了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)電氣自動(dòng)化中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 無功補(bǔ)償技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

無功補(bǔ)償技術(shù)在煤礦井下供電系統(tǒng)中起著非常重要的作用，應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)有利于提高功率因數(shù)，減少系統(tǒng)壓降，大大改善電壓質(zhì)量。無功補(bǔ)償設(shè)備的應(yīng)用還在很大程度上降低了線路以及變壓器的損耗，減少了電費(fèi)，進(jìn)而減少了經(jīng)濟(jì)成本的投入，提高了效益。此外，其還可以增加設(shè)備輸出容量，使負(fù)荷電流得以降低，進(jìn)一步減小變壓器容量，促進(jìn)煤礦井下供電系統(tǒng)的良好運(yùn)行。

3.2 真空斷路器投切電容器的應(yīng)用

在無功補(bǔ)償技術(shù)中，電容器組通過高壓母線上的電壓互感器的一次繞組放電，一般情況下不會(huì)安裝專門的放電設(shè)備。為了防止發(fā)生電容器高壓擊穿的現(xiàn)象，通常會(huì)在電容器組中裝設(shè)熔斷器作為短路保護(hù)，同時(shí)還會(huì)串聯(lián)合適的電抗器，這是為了減小電容器組合閘時(shí)產(chǎn)生的沖擊，也是為了防止電容器與線路電感發(fā)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象。合適的電抗器可以有效地對(duì)高壓線路、變壓器以及電力系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，可以在很大程度上提高電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率，節(jié)約資源成本的投入，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器的應(yīng)用

固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器在電氣自動(dòng)化中的作用與真空斷路器投切電容器的作用是不同的，固定濾波器是按照諧波的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，反并聯(lián)晶閘管和電抗器串聯(lián)，依靠改變晶閘管觸發(fā)角的方式來調(diào)節(jié)經(jīng)過電抗器的感性電流，并使其與并聯(lián)的濾波器中多余的容性無功補(bǔ)償電流相平衡，滿足功率因數(shù)要求，保障電網(wǎng)運(yùn)行功率，使其穩(wěn)定而又高效地運(yùn)作。長時(shí)間地投入固定濾波器，可以大大加快電網(wǎng)的響應(yīng)速度，同時(shí)還能減少所需要晶閘管的數(shù)量，在很大程度上加強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)的平衡運(yùn)行。

3.4 變電站無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

變電站是一個(gè)供電區(qū)域的供電中心，也是電網(wǎng)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它是通過不同電壓等級(jí)的配電線路向所有用戶進(jìn)行供電的。一般情況下，配電線路以及

電力用戶應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”的原則達(dá)到無功功率平衡，從而不會(huì)發(fā)生向變電站索要無功電力的現(xiàn)象。無功補(bǔ)償裝置一般是以補(bǔ)償主變壓器無功損耗為主，適當(dāng)?shù)丶骖欂?fù)荷側(cè)的無功補(bǔ)償，達(dá)到整個(gè)電力系統(tǒng)的相對(duì)平衡。同時(shí)，容性無功補(bǔ)償設(shè)備的容量大小是可以根據(jù)變壓器容量大小來確定的，按照主變壓器容量大小的10%～30%進(jìn)行配置，同時(shí)還需滿足主變壓器最大負(fù)荷達(dá)35～110 kW時(shí)其高壓側(cè)功率因數(shù)不能小于0.95的要求，如果主變壓器的單臺(tái)容量大小在40 MVA以上時(shí)，那么就要求每臺(tái)主變壓器裝配不少于2組的容性無功補(bǔ)償裝置，這樣才能保證整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的相對(duì)平衡及正常運(yùn)行。

3.5 配電線路無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，配電線路的數(shù)量很多，并占據(jù)著不可忽視的地位，配電線路的線損大約占到總線損的60%～70%，所以對(duì)配電線路進(jìn)行無功補(bǔ)償在電氣自動(dòng)化中是非常重要的，這將大大降低配電線路的功率損耗，避免不必要的資源浪費(fèi)。對(duì)配電線路進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)在歐美國家已經(jīng)得到了非常廣泛的運(yùn)用，目前中國也逐漸采用這一做法。分支線路的無功補(bǔ)償基本上是按照以分支線路的無功功率平衡為主，對(duì)分支線路的無功消耗進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行的，在這個(gè)過程中要盡可能地減少分支線路向主干線路索要無功的現(xiàn)象，進(jìn)一步降低無功功率的損耗。在實(shí)的應(yīng)用中，一般是以分支線路所帶配電變壓器的空載無功功率損耗來確定分組的補(bǔ)償容量，這樣可以在最大程度上充分利用資源，避免不必要的浪費(fèi)，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

隨著電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷發(fā)展，許多工廠、礦山、電廠以及大型公共場所等所使用的電動(dòng)機(jī)容量越來越大，數(shù)量也比較多，這就會(huì)使其所在區(qū)域的自然功率因數(shù)變得很低。無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上促進(jìn)了電力自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，保證了電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量，降低了設(shè)備的功率損耗。此外，無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用還將提高各行各業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展。

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[3]費(fèi)磊.電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性的相關(guān)分析[J].科技致富向?qū)В?013(24)

2014-06-04

蔡永超(1982—)，男，陜西寶雞人，助理機(jī)電工程師，研究方向：無功補(bǔ)償、電氣自動(dòng)化。