金福斌

[摘 要]隨著我國電氣自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，并在諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用、 發(fā)揮重要作用，電氣設(shè)備中的非線性因素、單相電力牽引復(fù)合變化等日趨復(fù)雜，而隨著無功功率的不斷加大，在電力系統(tǒng)中的諧波、負率等有所增加，該問題越來越不容忽視。為了進一步解決國民經(jīng)濟生產(chǎn)過程中存在的電力資源消耗問題，以電氣自動化技術(shù)的負荷特點、系統(tǒng)特點等角度來看，通過應(yīng)用無功補償策略，尋找綜合補償方法，可確保我國能力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。本文闡述了無功補償技術(shù)在電氣自動化發(fā)展中的存在意義和電氣自動化中應(yīng)用無功補償技術(shù)的現(xiàn)狀，介紹了一些在無功在電氣自動化中合理采用無功補償技術(shù)的策略。

[關(guān)鍵詞]無功補償技術(shù)；電氣自動化；應(yīng)用分析

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）11-0397-02

1.無功補償概述

有關(guān)無功補償技術(shù)的探究，應(yīng)優(yōu)先了解無功功率問題。所謂無功功率，實際上是一個較為抽象的概念，一般應(yīng)用在電路電場和磁場中的交換作用，并可在電氣設(shè)備中應(yīng)用，形成可維持磁場的有效功率。實際上，無功功率并不對外做功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N能量形式。一般情況下，如果電氣設(shè)備中具有電磁線圈，并且涉及到磁場的作用，就會消耗部分無功功率。從表面意思來理解，無功功率并不是片面的沒有用處的功率，以變壓器運行為例，在工作中應(yīng)用無功功率，在一次線圈中形成磁場，并且通過二次線圈的感應(yīng)產(chǎn)生電壓，促進變壓器的“變壓”作用。

有關(guān)無功補償技術(shù)的工作原理，將容性功率負荷裝置和感性功率負荷裝置在同一組電路中并聯(lián)，則可實現(xiàn)兩種負荷之間的能量交換。在這種情況下，感性負荷運轉(zhuǎn)需要的無功功率就可以通過容性負荷輸出的無功功率實現(xiàn)補償作用。在這一過程中，就是將原本通過電網(wǎng)或者變壓器產(chǎn)生的無功功率，改變?yōu)橥ㄟ^交流電力電容器提供。

2.電氣自動化發(fā)展中應(yīng)用無功補償技術(shù)的意義

在我國科技與經(jīng)濟同時得到了很大的進步，電氣自動化領(lǐng)域也發(fā)生著日新月異的變化，在變電站，高鐵牽引系統(tǒng)中都應(yīng)用了電氣自動化技術(shù)。然而高速電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用中存在著關(guān)于單相電力牽引的負荷復(fù)雜變化的問題，這些問題不僅會會導致無功功率的提升，還會增加注入電力系統(tǒng)的諧波和負序。這樣一來，影響了電氣自動化系統(tǒng)的資源利用率、降低了電力系統(tǒng)的安全性和系統(tǒng)的總體效益。根據(jù)，現(xiàn)有的電氣自動化系統(tǒng)研究，我們可以知道，其中較為明顯的主要有三個問題，諧波、負序和無功。雖然目前，國外已經(jīng)有了不少對這些問題的研究結(jié)果，但是，對于我國這個人口大國來說，電氣自動化在供電所應(yīng)用的壓力非常大，其中非線性因素帶來的不可控問題更為嚴重了。近年來，出現(xiàn)的一些較為嚴重的大型電機廠組事故等，給企業(yè)和社會帶來了巨大的經(jīng)濟損失，通過引入無功補償技術(shù)，能夠達到解決電氣自動化系統(tǒng)非線性等問題。

3.電氣自動化中應(yīng)用無功補償?shù)默F(xiàn)狀

近些年，我國對電氣自動化中的無功補償技術(shù)做了很多深入的研究，為了構(gòu)成有效的濾波通路、濾除諧波、降低負荷，提高電氣的功率因數(shù)，其中很多無功補償技術(shù)的引用目的都是在基波下牽引負荷的感性無功功率。這些無功補償技術(shù)主要有以下種：

3.1 真空斷路投切電容器

此設(shè)備簡單且投資小，但是在合閘的時候會產(chǎn)生過高的電壓，容易導致設(shè)備發(fā)生損壞，而且對于這個設(shè)備，不能有過于頻繁的投切，因為它受到開關(guān)壽命的限制。

3.2 可控飽和電抗器

這個設(shè)備是通過對電抗器飽和程度的調(diào)節(jié)來改變整個回路的電流，主要讓并聯(lián)濾波器中的多余容性無功功率被感性電流抵消從而達到平衡點。此設(shè)備的特點是可以再電氣自動化系統(tǒng)中長期投入，但是，它會產(chǎn)生諧波，噪聲較大，對設(shè)備來說也會產(chǎn)生一定的損耗。

3.3 有源濾波器

此設(shè)備是的使用目的是讓電力電子裝置負產(chǎn)生與負序電流和諧波電流相反的電流，使得其滿足電源的要求，互相抵消。這種方案的有著調(diào)節(jié)速度快、補償靈活、不會和系統(tǒng)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象等優(yōu)點，但是其設(shè)備的價格比較昂貴。

3.4 固定濾波器、電容器和電抗器的調(diào)壓

這個設(shè)備通過連接低壓母線上的電抗器或者濾波器、調(diào)節(jié)降壓變壓器的低壓側(cè)母線電壓來調(diào)節(jié)，以達到改變無功出力的目的。這個過程的實現(xiàn)是通過加裝晶閘管分接和通斷開關(guān)來調(diào)節(jié)，實現(xiàn)提供穩(wěn)定的無功功率并實現(xiàn)濾波作用的。

3.5 有源濾波器和無源濾波器

這個設(shè)備是以有源濾波器產(chǎn)生的電流和負荷中諧波電流進行中和，相互抵消，最終達到滿足電源要求。其特點是充分利用了有源補償和無源補償?shù)目煽匦院挽`活性。雖然，無功補償技術(shù)在我國已經(jīng)得到了比較廣泛的應(yīng)用，但是電氣自動化設(shè)備中的問道使得我們隊無功補償技術(shù)的研究必須有更深的研究。

4 優(yōu)化無功補償?shù)娜萘恳约鞍惭b位置

優(yōu)化無功補償?shù)娜萘恐饕頌樵谶_到年運行費用值最小、電網(wǎng)的損壞值最小、每年總的支出費用值最小的前提下找出最佳的容量補償算法；通過對負荷周圍以及沿線分布情況的考慮，找出最佳的補償位置以及補償容量的算法。這些算法有一個共同點，就是在得出所求量值的數(shù)學表達方程式之后，都會用函數(shù)求極值的算法來算出補償?shù)奈恢?、補償容量的數(shù)學方程式。函數(shù)計算的方式在數(shù)學的發(fā)展史中是一種比較古典的算法，因此，用這種方式來計算最優(yōu)補償位置和容量的方法經(jīng)常被稱為經(jīng)典優(yōu)化法。

4.1 利用計算機對配電網(wǎng)的補償電容器進行監(jiān)控

控制補償電容器最基本方式是電流控制以及時控方式，利用計算機可以根SCADA系統(tǒng)采集到的實際出口時間、電流以及其他有效數(shù)據(jù)，從而控制投切的時間。采用這種方式不僅科學性強、精確度高；而且它調(diào)節(jié)方式也比較靈活、可靠，同時還可以對其電容器的運行狀況進行監(jiān)視。

4.2 系統(tǒng)硬件的配置

在硬件配置的過程中，中央控制系統(tǒng)最好是選用新型計算機，把SCADA主機與無線通訊監(jiān)控系統(tǒng)連接在一起，便于監(jiān)控安裝在配電網(wǎng)補償點上的投切裝置。每個補償點上要安裝一臺無線接收器，將其與自鎖式的繼電器連在一起，用作補償電容器的開關(guān)，另外還要配有計數(shù)器。

4.3 系統(tǒng)軟件的配置

設(shè)置好控制電容器系統(tǒng)的軟件，它主要是用于調(diào)整以SCADA系統(tǒng)以及設(shè)定其周期性數(shù)據(jù)，使其轉(zhuǎn)入暫存區(qū)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫根據(jù)饋出線、配電網(wǎng)以及變電所中電容器的排序依次設(shè)定。數(shù)據(jù)庫中的各組補償電容器不僅有冬季和夏季的負荷電流、時間相對應(yīng)的投切關(guān)系表。而且還有各補償點負荷電流的范圍限制值。

5 電氣自動化中合理應(yīng)用無功補償?shù)牟呗?/p>

5.1 深入分析無功補償在電氣自動化中應(yīng)用無的基本方式和方向

在供電系統(tǒng)中，一個非常重要的評價標準是電能質(zhì)量，而電壓是電能質(zhì)量的最核心的影響因素。常見的很多關(guān)于電氣自動化系統(tǒng)出現(xiàn)無功狀況，多是受到阻抗問題和功率因素問題的影響，從而導致電網(wǎng)受到無功效果的。我國的電氣化鐵路對無功補償?shù)膽?yīng)用主要方式是AT供電方式，用的是SCOTT變壓器，用晶閘管電子開關(guān)來控制電容的投切。這個策略在我國鐵路的現(xiàn)狀上看來，能夠很大程度上的降低較長輻射路線上存在的負序問題。

5.2 電氣自動化系統(tǒng)中應(yīng)用無功補償?shù)墓残詥栴}

無功補償技術(shù)不僅降低了資源浪費的可能性，也提高了電氣自動化系統(tǒng)的安全性。從這兩個方面考慮，其全面的提升了應(yīng)用的經(jīng)濟效用，降低了事故處理預(yù)算。目前國內(nèi)的無功補償技術(shù)較多的應(yīng)用在多變電站等方面，來自發(fā)電廠的無功電流流入變電站，經(jīng)過線路傳向低壓線路的時候形成了無功電流的遠距離傳輸。在這種情況下，我們可以分區(qū)對變電站進行無功補償，一般的220KV變電站有較多的武功調(diào)節(jié)功能，其調(diào)節(jié)的容量根據(jù)地區(qū)的不同而有所不同，負荷功率因素在最高峰時可以達到0.98左右。因此，變電站的無功補償應(yīng)用需要針對每一個分區(qū)的不同的實際情況來確定，要根據(jù)實際情況來對變壓器合理的進行調(diào)整和補償，還需要有具體細化的應(yīng)用方案來提升無功補償技術(shù)的應(yīng)用效果。

5.3 采用并聯(lián)混合有緣濾波器等先進技術(shù)和管理方式

目前國內(nèi)較為先進的混合式解決方案主要是并聯(lián)混合式有緣濾波的無功補償方案，此方案能夠解決由電力牽引負荷的不可控制的變化帶來的電力濾波器補償量過大的問題。這個方案同時也是對大型電氣自動化系統(tǒng)的補償技術(shù)的協(xié)調(diào)調(diào)整方案，其主要通過LC和APF的混合。對諧波進行注入式的無功補償。這種方案的成本相對比較低，效益與投資性價比高，適用于低壓電網(wǎng)。

在電網(wǎng)的電力線路分散安裝電容器組就是為了實現(xiàn)無功分散補償。無功分散補償為了有效解決農(nóng)村電網(wǎng)中普遍存在的無功補償問題，部分地區(qū)先后進行了對配電變壓器進行無功分散補償?shù)脑圏c嘗試。經(jīng)過近幾年的實際運行，表明了這種分散補償具有安裝和維護比較方便、所需投資較小，運營安全可靠等優(yōu)點，尤其在提高農(nóng)網(wǎng)力率方面，效果十分明顯。這種分散補償與在變電站和高壓線路上采用集中補償?shù)姆绞较啾龋咏谪摵赡┒恕?/p>

要實施無功分散補償，要分以下幾步進行：

首先，確定補償方案。配電變壓器作為配網(wǎng)無功分散補償?shù)难a償對象，安裝在配電變壓器低壓引線處。鑒于其電容器容量比較小小，不必考慮合閘涌流、過電壓所產(chǎn)生的影響，也不需要配置保護裝置，和配電變壓器一起投，撤，經(jīng)由變壓器低壓繞組進行放電；相應(yīng)的無功補償數(shù)值的計算。針對配電變壓器的小型分散補償電容器的配備，主要參考數(shù)值是變壓器空載時無功功率Q0，盡可能使電容器容量QC≈Q0；用戶補償由電動機等設(shè)備產(chǎn)生的無功。

其次，安裝。一般情況下，在配電變壓器低壓出線桿的橫擔位置安裝低壓電容器，但如果電容器比較大，也可以在低壓出線桿上另外安裝一個小支架來固定低壓電容器。低壓電容器安裝完成后，將配電變壓器低壓引線和電容器出線頭連接。在搜集被補償線路的相關(guān)數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，確定電容器的數(shù)量、規(guī)格以及相關(guān)的輔助材料的數(shù)量及型號，作并作出最終預(yù)算，確保低壓電容器的安裝實現(xiàn)。

6 實際運行中無功補償裝置的維護

6.1 現(xiàn)階段我國所使用的低壓無功補償裝置，一般都為智能化裝置，在無人值守的情況下，只需要將其設(shè)定好，就能夠自動運行。在對無功補償裝置進行維護時，只需要定期檢查無功補償?shù)母黜椫笜?，對于裝置中出現(xiàn)的故障問題，應(yīng)該及時解決，對已經(jīng)破損的元器件進行及時更換。

6.2 低壓無功補償裝置一般都采用自愈式低壓并聯(lián)電容器進行無功補償，但這種裝置可能會受到電網(wǎng)諧波或者其他因素的影響，這就有可能導致電容器中的內(nèi)部介質(zhì)不斷自愈，從而導致電容量快速下降，或者電容器的損耗增加，從而導致電容器的破損。有些用戶由于長期沒有對裝置進行檢查或者維護，這就導致已經(jīng)破損嚴重的電容器仍然運行，從而使產(chǎn)生的損耗高于正常值。因此在對無功補償裝置進行維護時，應(yīng)該及時發(fā)現(xiàn)裝置中的異常情況，有條件的企業(yè)可以定期做好監(jiān)測耗損的工作。

總而言之，由于電氣自動化設(shè)備中的單相電力牽引力負荷的復(fù)雜變化以及其非線性因素增強，使得無功補償技術(shù)的研究成為必要?；谥C波注入式并聯(lián)混合有源濾波器的無功補償技術(shù)的可行性很強，其設(shè)計充分實現(xiàn)了有源補償可控性和靈活性、充分利用了無源補償大容量的特點。在電氣自動化中應(yīng)用無功補償技術(shù)，能夠使得電氣自動化系統(tǒng)得到更好的優(yōu)化。

參考文獻

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