肖金純

（中國電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司湖南長沙410014）

淺析無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

肖金純

（中國電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司湖南長沙410014）

當(dāng)前，我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，電力行業(yè)內(nèi)電氣自動(dòng)化也得到了長足的發(fā)展。在這個(gè)過程中，無功補(bǔ)償技術(shù)越來越受到重視，并得到了廣泛的應(yīng)用，已然成為電力供電系統(tǒng)中一個(gè)不可缺失的組成裝置。本文首先分析了無功補(bǔ)償技術(shù)的原理及方式，其后探討了無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用，并就具體的實(shí)例分析了無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用效果。

無功補(bǔ)償技術(shù)；電氣自動(dòng)化；實(shí)例分析

引言

電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，單相牽引負(fù)荷會(huì)發(fā)生較為復(fù)雜的變化，會(huì)升高電力系統(tǒng)中的無功功率，并且將負(fù)序和諧波注入到電網(wǎng)中，在較大程度上影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)，系統(tǒng)資源的利用率會(huì)降低，影響到電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，將無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化中具有十分重要的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)意義。

1　無功補(bǔ)償技術(shù)的原理及方式

1.1無功補(bǔ)償?shù)幕驹?/p>

無功功率補(bǔ)償技術(shù)，簡(jiǎn)稱為無功補(bǔ)償技術(shù)。無功補(bǔ)償技術(shù)的原理是將具有可容性功率符合的裝置與感性功率符合同時(shí)接收到一個(gè)電路中，使電能在容性負(fù)荷裝置和感性功率符合裝置中來回運(yùn)轉(zhuǎn)，具體來講，當(dāng)容性負(fù)荷裝置釋放電能時(shí)，就由感性功率負(fù)荷裝置吸收能量，反之則是由感性功率負(fù)荷裝置釋放能量，容性負(fù)荷裝置吸收能量。在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，大部分負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，包括異步電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的絕大部分電器設(shè)備的等效電路可以看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為：

式中：XL=ωL。給R、L電路并聯(lián)接入電容C以后，等效電路如圖1（a）所示。該電路的電流方程為：

I=IC+IRL

由圖1（b）可以看出，并聯(lián)電容后電壓U與I的相位差變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了。

圖1　并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的電路和向量圖

1.2無功補(bǔ)償方式

無功補(bǔ)償方式，根據(jù)其安裝位置與接線方法可以劃分為三種類型：高壓集中補(bǔ)償、低壓分組補(bǔ)償和低壓就地補(bǔ)償。其中，補(bǔ)償區(qū)域最大，效果也好的是低壓就地補(bǔ)償，但其電容器安裝容量比其它兩種方式要大，電容器利用率也低。而高壓集中補(bǔ)償和低壓分組補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘肯鄬?duì)較小，利用率也高，且能補(bǔ)償變壓器自身的無功損耗。所以各自都有著優(yōu)缺點(diǎn)，都有著相適應(yīng)的應(yīng)用范圍，因此在選擇的時(shí)候應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況、確定了使用場(chǎng)合和使用目的后，再進(jìn)行取舍，使三種補(bǔ)償類型可以恰當(dāng)使用，各司其職。

2　無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的具體應(yīng)用

2.1真空斷路器投切電容器

電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償可通過安裝同步補(bǔ)償機(jī)、安裝電容器組等方式來提高電網(wǎng)功率。在投切電容器組中，真空斷路器投切電容器有著很多的優(yōu)點(diǎn)，可以很好地解決一些實(shí)際問題。首先，真空斷路器有著上萬次的機(jī)械動(dòng)作壽命。在運(yùn)行過程中，真空滅弧室觸頭無需維修，可經(jīng)受高溫，并且對(duì)環(huán)境無污染。但也存在著缺點(diǎn)，由于在合閘時(shí)，電容器上會(huì)產(chǎn)生很大的過電壓，因此會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的損害。同時(shí)，它的開關(guān)使用壽命有限，所以對(duì)于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償也造成了一定的影響。

2.2可控飽和電抗器

可控飽和電抗器裝置的應(yīng)用原理是通過對(duì)電抗器飽和程度的合理調(diào)節(jié)，改變電力回路中的電流，最終使得與之并聯(lián)的濾波器中存在的多余的容性無功功率負(fù)荷可以被感性電流抵消，實(shí)現(xiàn)容性功率的平衡?？煽仫柡碗娍蛊餮b置的優(yōu)點(diǎn)在于可以裝置使用壽命較長，可以在電氣自動(dòng)化設(shè)備中長時(shí)間的投入使用。但是可控飽和電抗器在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生一定的供電諧波，還會(huì)發(fā)出較大的噪音，對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行帶來了一定的干擾，對(duì)安裝裝置的設(shè)備造成一定的損耗。

2.3固定濾波器

固定濾波器裝置的工作原理是通過在低壓母線上布設(shè)電抗器或者變壓器等裝備，對(duì)母線側(cè)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)感性容器無功功率的改變，為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)提供穩(wěn)定的無功功率。固定濾波器還可以對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)的諧波提供濾波的功能。

2.4有源濾波器與無源濾波器結(jié)合

濾波器分為兩種：①有源濾波器；②無源濾波器。其主要作用是讓有用信號(hào)盡可能無衰減的通過，對(duì)無用信號(hào)盡可能大的反射。濾波器一般有兩個(gè)端口，一個(gè)輸入信號(hào)、一個(gè)輸出信號(hào)，利用這個(gè)特性可以選通通過濾波器的一個(gè)方波群或復(fù)合噪波，而得到一個(gè)特定頻率的正弦波。濾波器是由電感器和電容器構(gòu)成的網(wǎng)路，可使混合的交直流電流分開。電源整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動(dòng)直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。有源濾波器和無緣濾波器的組合目前是作為電網(wǎng)諧波抑制課題研究的一個(gè)發(fā)展方向，還在進(jìn)一步的探索之中。二者的結(jié)合，可以濾除電流的諧波，從而使配電網(wǎng)清潔高效，滿足國家對(duì)配電網(wǎng)諧波的要求。電流中的諧波過多還會(huì)引起系統(tǒng)的不平衡，所以該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還可以因諧波而產(chǎn)生的系統(tǒng)不平衡問題，進(jìn)行適度的無功率補(bǔ)償，抑制電網(wǎng)諧振。

2.5固定濾波器及晶閘管調(diào)和器的結(jié)合

固定濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)際所需的諧波有關(guān)，再按諧波要求設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上反并聯(lián)晶閘管調(diào)和器，串聯(lián)電抗器。其工作原理是通過改變晶閘管的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)流過電抗器的感性電流，與并聯(lián)濾波器中容性無功補(bǔ)償電流平衡，從而滿足對(duì)功率因素的要求。它們所具備的優(yōu)點(diǎn)是需要的晶閘管數(shù)量上，并且固定濾波器可以長期投入使用，二者結(jié)合，反應(yīng)時(shí)間短，速度快，調(diào)節(jié)效果也是非常樂觀的。但是也存在著一定的缺點(diǎn)，那就是在運(yùn)行的過程中也會(huì)產(chǎn)生一定量的諧波。

3　實(shí)例分析無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用效果

3.1變電站概況某變電站為110kV標(biāo)準(zhǔn)變電站，其使用的是1臺(tái)80MVA的變壓器。10kV一側(cè)有功功率為15MW，無功功率為7MVar。因?yàn)榍捌诠こ虥]有進(jìn)行無功補(bǔ)償，10kV一側(cè)的功率因數(shù)較低，為

0.906。

3.2無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用原則

①以主變壓器無功損耗補(bǔ)償為主，包括空載、負(fù)載無功損耗，據(jù)相關(guān)資料表明，對(duì)于110kV變電站而言，主要按照主變?nèi)萘康?5～20%來確定補(bǔ)償容量；②對(duì)于變電站出現(xiàn)負(fù)荷重、電電壓質(zhì)量不高的現(xiàn)狀，可以根據(jù)提高電壓幅度的要求來確定補(bǔ)償容量，但選擇的補(bǔ)償容量通常要大于經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償容量。

3.3無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用效果分析

該變電站對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行具體考察后，裝設(shè)了一組5000kVar電容器組。由此可計(jì)算無功補(bǔ)償后的功率因數(shù)為：

cosφ2=cos[arctg（Q1-Qc）/P]

式中：Q1-補(bǔ)償前的無功功率；Qc-容性功率負(fù)荷輸出的無功功率；P-有功功率；φ2-補(bǔ)償后的功率因數(shù)角。

由Q1=7000kVar、Qc=5000kVar，P=15000kW可得功率因數(shù)cosφ2=0.991，可見，相應(yīng)的功率因數(shù)增加了約0.085，這使長距離傳輸過程中的有功負(fù)載損耗得到了降低：

式中：φ1表示補(bǔ)償前的功率因數(shù)角。

由上式可以得出有功負(fù)載損耗約降低16.42%。

綜上所述，投入一組5000kVar的電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償后，功率因數(shù)提高了約8.5%，相應(yīng)的有功負(fù)載損耗降低了16.42%，這可為遠(yuǎn)距離供電節(jié)約相當(dāng)大的成本。

4　結(jié)語

綜上所述，無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)中的應(yīng)用，是隨著科技的進(jìn)步而不斷進(jìn)步的，電力企業(yè)應(yīng)該注重對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)新技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究，不斷將適合自身電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)裝置應(yīng)用在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，從而有效地節(jié)約電力企業(yè)的經(jīng)營成本，保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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TM761.1

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1673-0038（2015）16-0175-02

2015-3-25

肖金純（1982-），男，工程師，本科，主要從事電氣工程設(shè)計(jì)工作。