趙卉

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)的電力資源發(fā)展越來(lái)越快。在這一過(guò)程中，大量電力電子和功率變換設(shè)備投入使用對(duì)我國(guó)電力資源的調(diào)度和優(yōu)化配置提出了新的挑戰(zhàn)。為最大限度地滿足廣大用戶對(duì)電力的消費(fèi)需求，本文就變電一次設(shè)計(jì)中無(wú)功補(bǔ)償方案進(jìn)行了一些分析和研究。

關(guān)鍵詞：變電一次設(shè)計(jì) 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù) 電抗器 電容器

引言

所謂的無(wú)功補(bǔ)償指的是將感性和容性的兩種功率負(fù)荷的裝置通過(guò)并聯(lián)的方式安裝在同一線路上。所以可以將兩種負(fù)荷裝置視為一種能量的轉(zhuǎn)換器，可以完成兩者之間能量的相互轉(zhuǎn)換，它們輸出的無(wú)功功率也可以實(shí)現(xiàn)互相補(bǔ)償。將這種技術(shù)應(yīng)用到變電設(shè)計(jì)中，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償裝置的適當(dāng)調(diào)節(jié)，電力系統(tǒng)中功率因數(shù)得到提高，線路損耗得到改善，電力資源得到更好的優(yōu)化配置。

1、無(wú)功補(bǔ)償在變電設(shè)計(jì)中的重要性

異步電動(dòng)機(jī)和變壓器等電力系統(tǒng)中普遍的用電設(shè)備都屬于感性負(fù)荷設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中需要無(wú)功功率的提供，但是無(wú)功功率在沿著電力系統(tǒng)的輸電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播的過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生非常大的有功功率的消耗和電壓的損失。為了避免這種情況的發(fā)生，最大程度上的減少無(wú)功功率在輸電線路輸送過(guò)程中的損耗，有效的增大配電設(shè)備的工作效率應(yīng)該采用“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備配置方式，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行合理的配置。通過(guò)對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償裝置合理的分配以及改變電網(wǎng)的無(wú)功潮流分布，可以極大程度的減少有功功率和電壓在電力輸送過(guò)程中的損耗，達(dá)到改善居民和企業(yè)用電質(zhì)量的目的，同時(shí)也能減少供電單位的經(jīng)濟(jì)損失。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，大量的電力電子設(shè)備投入使用，這對(duì)系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償提出了新的要求和挑戰(zhàn)。在無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)置的過(guò)程中應(yīng)該具體的從電網(wǎng)電壓、有功分配、調(diào)相調(diào)壓、系統(tǒng)穩(wěn)定性、有功分配、諧波抑制、暫時(shí)過(guò)電壓和潛供電流等多方面來(lái)考慮無(wú)功補(bǔ)償裝置的地點(diǎn)設(shè)置問(wèn)題、控制方式問(wèn)題、接線形式問(wèn)題，以及保護(hù)措施和技術(shù)條件等問(wèn)題。

2、電力變電設(shè)計(jì)中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

2.1調(diào)相機(jī)同步

調(diào)相機(jī)是最早使用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，其工作的原理與空載運(yùn)作的同步電動(dòng)機(jī)相似。當(dāng)同步電機(jī)處于過(guò)勵(lì)運(yùn)行時(shí)，從電力系統(tǒng)汲取超前與電壓相位的勵(lì)磁電流，使得系統(tǒng)接收到無(wú)功功率，調(diào)相機(jī)起到無(wú)功電源的作用；在欠勵(lì)運(yùn)行狀態(tài)下的調(diào)相機(jī)則會(huì)從系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率，從而起到無(wú)功負(fù)荷的效果，使得同步調(diào)相機(jī)能夠按照該裝置產(chǎn)生的電壓對(duì)吸收或者輸出的無(wú)功功率作出相應(yīng)的改變，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓來(lái)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，這就決定了其有功損耗過(guò)大。而且同步調(diào)相機(jī)如果采取小容量，則會(huì)導(dǎo)致其單位容量的成本顯著提升。雖然隨著控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，其控制性能也獲得了一定程度的改善。但就現(xiàn)階段的情況而言，此無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置仍然只是在生產(chǎn)中使用。

2.2 電容器

無(wú)功補(bǔ)償中電容器的運(yùn)用其工作原理就是將電容器并聯(lián)在系統(tǒng)當(dāng)中以提升系統(tǒng)的容性負(fù)載，進(jìn)而再向系統(tǒng)輸出容性功率，完成感性負(fù)荷以及線路對(duì)于感性無(wú)功功率的需求，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?。利用電容器?lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償具備一系列的優(yōu)點(diǎn)，比如一次性投資以及運(yùn)行費(fèi)用較少，安裝調(diào)試便捷，效率高，損耗低，不僅可以集中使用，也可以分散裝設(shè)。就目前的情況而言，我國(guó)電力系統(tǒng)中有90%的無(wú)功補(bǔ)償容量都是通過(guò)并聯(lián)電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是，該裝置提供的無(wú)功功率與對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)值的平方具有正比例的關(guān)系，這就決定了節(jié)點(diǎn)電壓較低的情況下使用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)男屎艿?。?duì)于補(bǔ)償效果來(lái)說(shuō)，改變系統(tǒng)電壓的時(shí)候，也會(huì)使得該裝置的補(bǔ)償效果顯著降低。

2.3 電抗器

并聯(lián)電抗器在無(wú)功補(bǔ)償裝置中是非常重要的組成部分，其最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠通過(guò)增加感性無(wú)功功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中冗余的容性無(wú)功功率的平衡，對(duì)于輕負(fù)荷、輸送功率小的電力系統(tǒng)具有很好的效果。如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)輕負(fù)荷、輸送功率小的情況，就會(huì)使得輸電線路中的感性無(wú)功功率降低，然而傳輸線的電容特性使容性無(wú)功功率超過(guò)感性無(wú)功功率。為了確保系統(tǒng)電壓水平，就必須維持系統(tǒng)的無(wú)功平衡，否則便會(huì)使得電力系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生波動(dòng)，嚴(yán)重威脅著系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

3、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)分析

以某煤礦變電所為例，35k V的變電所目前共有兩個(gè)電壓等級(jí)，其中35k V采用雙母線接線，共有出線4回；10k V采用單母分段接線，共有出線28回；該變電所與煤礦地面和井下負(fù)荷連接，是該礦最重要的變電所。

3.1 設(shè)定無(wú)功補(bǔ)償目標(biāo)

在對(duì)該變電所進(jìn)行綜合分析后，總結(jié)該變電所負(fù)荷自然功率因數(shù)較低，具有負(fù)荷變化大，變化速度快，加之該礦的大型驅(qū)動(dòng)設(shè)備均采用變頻、整流設(shè)備，因而產(chǎn)生的高次諧波危害煤礦用電設(shè)備的安全運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)值進(jìn)行了設(shè)定。

3.2 設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償方案

為了對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行有效補(bǔ)償和對(duì)高次諧波的抑制，若采用普通的集合式電容器，其投、切電容器的容量級(jí)差太大，難以滿足煤礦的無(wú)功補(bǔ)償要求。因而本次設(shè)計(jì)采用SVG型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，10kV兩段母線各一套，該裝置具有自動(dòng)平滑調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償容量、系統(tǒng)響應(yīng)速度快，保證系統(tǒng)35kV母線功率因數(shù)始終保持在0.95以上，而且加設(shè)的濾波支路可以有效抑制高次諧波對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的危害。

3.3 無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行策略的設(shè)計(jì)

通過(guò)上述分析能夠得出，變電所無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行策略需要注意下面三個(gè)問(wèn)題：（1）控制點(diǎn)的選擇。（2）快速辨別功率因數(shù)的變化情況。（3）裝置的靈敏度和相應(yīng)速度。由于變電所無(wú)功電源和負(fù)荷都集中在10k V側(cè)，所以控制電壓要取自10k V，提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性；另外還要留有動(dòng)態(tài)無(wú)功備用。

4、結(jié)論

綜上所述，對(duì)變電一次設(shè)計(jì)及其無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)分析是促進(jìn)我國(guó)電力發(fā)展的基本需要，所以，通過(guò)對(duì)它們的分析，從而更好的對(duì)其進(jìn)行完善，進(jìn)而加快我國(guó)電力資源的發(fā)展。

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