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

        2018-12-31 00:00:00高治峰
        大科技·D版 2018年12期

        摘 要:近年來(lái),我國(guó)單相電力負(fù)荷變化對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備造成的影響越來(lái)越大,非線性因素的干擾也越來(lái)越強(qiáng),大大增加了無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理的難度。在一定程度上限制了電氣自動(dòng)化的發(fā)展,可通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)來(lái)解決諧波治理難的問(wèn)題?;诖?,本文結(jié)合理論實(shí)踐,對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

        關(guān)鍵詞:無(wú)功補(bǔ)償技術(shù);電氣自動(dòng)化;真空斷路器;回路電流

        中圖分類(lèi)號(hào):TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004-7344(2018)36-0081-02

        引 言

        無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用,推動(dòng)了電氣自動(dòng)化的持續(xù)發(fā)展,大量應(yīng)用實(shí)例表明,合理應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)可有效解決系統(tǒng)中負(fù)序、諧波、無(wú)功功率等問(wèn)題,而且還能降低電力資源的無(wú)故損耗量,節(jié)能效果非常明顯。本文立足無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的原理,以無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式為切入點(diǎn),分析了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用,希望對(duì)我國(guó)電氣自動(dòng)化持續(xù)發(fā)展提供一定的參考。

        1 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)原理

        無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用原理圖如圖1所示。

        眾所周知,電力系統(tǒng)輸出的功率可分為兩部分:①有功功率,也是電氣設(shè)備持續(xù)運(yùn)行的主要?jiǎng)恿?lái)源,主要過(guò)程是電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能、熱能等;②無(wú)功功率,并不會(huì)直接消耗電能,而是直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式的能,是電氣設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)條件之一,并且和電網(wǎng)中的電能進(jìn)行周期交換。比如:電磁元件是電氣設(shè)備的部件,自身會(huì)釋放出磁場(chǎng),從而占用部分電能,電容器建立的電場(chǎng)也會(huì)占用電能。電感元件在通電時(shí),電流處于時(shí)刻做功的狀態(tài),此時(shí),電流往往慢電壓90°,電容元件在通電的狀態(tài)下,電流也處于時(shí)刻做功的狀態(tài),此時(shí)電流比電壓快90°。因此,由于在電力系統(tǒng)由電容元件和電感元件共同組成,在是實(shí)際運(yùn)行中,則電流和電壓互差180°。如果安裝電容元件,則電流會(huì)相互抵消,從而達(dá)到節(jié)約電能損耗的目的。

        2 電氣自動(dòng)化中無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

        在同一個(gè)電力系統(tǒng)中,如果在線路既存在感性功率負(fù)荷,也存在容性功能負(fù)荷,就可以實(shí)現(xiàn)能量的相互轉(zhuǎn)換。主要原理電力系統(tǒng)需要組成一個(gè)回路才能正常運(yùn)行,如果在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)存在兩種負(fù)荷,則無(wú)功功率就可以實(shí)現(xiàn)相互補(bǔ)償,也就實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償[1]。大量實(shí)例表明,在電力系統(tǒng)中合理加裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,既能有效提升功率因子,降低功率的無(wú)故損耗,還能提升電氣設(shè)備的輸出功率。比如:配電變壓器的功率因數(shù)如表1所示。

        提升功率因數(shù)常用的方法在需要無(wú)功的用電設(shè)備上并聯(lián)上一個(gè)無(wú)功補(bǔ)償電容器,促使用電設(shè)備所需的無(wú)功功率由并聯(lián)電容器來(lái)提供,從而補(bǔ)償用電設(shè)備所需的功率因數(shù),并聯(lián)電容器容量的計(jì)算公式為:

        通過(guò)應(yīng)用此種電容補(bǔ)償裝置,就可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)化無(wú)功功率補(bǔ)償,降低電力損耗,提升電氣自動(dòng)化運(yùn)行效率。此外,通過(guò)上述裝置,還能有效解決電力系統(tǒng)中供電不穩(wěn)定的問(wèn)題,可有效改善供電質(zhì)量,提升各項(xiàng)電力設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命。

        3 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

        3.1 選擇合理的無(wú)功補(bǔ)償裝置

        晶閘管是電力系統(tǒng)中比較常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置,而且其應(yīng)用性能比較穩(wěn)定,被廣泛應(yīng)用在電氣自動(dòng)化無(wú)功功率補(bǔ)償中,發(fā)展至今,各項(xiàng)技術(shù)愈發(fā)成熟,已經(jīng)基本上取代了傳統(tǒng)耗能大,補(bǔ)償效率低的轉(zhuǎn)自。最常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置為T(mén)SC,由電容器、雙向?qū)ňчl管和限流電抗器組成。TSC裝置可有效控制人為誤操作引起浪涌電流問(wèn)題,避免燒壞電力設(shè)備。其運(yùn)行原理圖如圖3所示。

        TSC系統(tǒng)由若干組電容所組成,三相系統(tǒng)則由三個(gè)電容器構(gòu)成。每一個(gè)電容組包含有若干個(gè)電容,每個(gè)電容的具體數(shù)值和每組電容的個(gè)數(shù)根據(jù)補(bǔ)償容量和補(bǔ)償精度來(lái)確定。TSC中每一個(gè)電容器,均由兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管相連,他們主要是起到無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的作用。例如,當(dāng)Ua相電流發(fā)生突變時(shí),電流傳感器和電壓傳感器將收到的信號(hào),傳到控制系統(tǒng)中??刂齐娐肥盏叫畔⒑?,將會(huì)發(fā)出觸發(fā)控制信號(hào),使得與Ua相相連兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管中其中一個(gè)觸發(fā)導(dǎo)通,所在支路的電容將投入補(bǔ)償運(yùn)行。

        在20世紀(jì)80年代中期,發(fā)明了一種并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置,裝置依托于變換器,和電壓源比較類(lèi)似,主要原理是通過(guò)電壓相位和賦值來(lái)達(dá)到合理控制無(wú)功功率大小的目的。此種無(wú)功補(bǔ)償裝置被稱(chēng)之為STATCOM裝置,STATCOM控制系統(tǒng)框圖如圖4所示。

        圖4中,上位機(jī)的主要功能,在人為操作下發(fā)出控制指令,根據(jù)實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況,進(jìn)行合理調(diào)節(jié),以便為用戶(hù)提供更加高質(zhì)量的供電服務(wù)。應(yīng)用實(shí)例表明,此種無(wú)功補(bǔ)償裝置的響應(yīng)速度是TSC響應(yīng)速度的3~5倍,在15~20ms之間。STATCOM裝置的輸出功率運(yùn)行電壓和電流的乘積,當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí),電壓會(huì)快速下降,通過(guò)合理控制電流,就可以維持系統(tǒng)無(wú)功功率處于平衡狀態(tài)。雖然具有非常明顯的優(yōu)勢(shì),但控制方法相對(duì)比較復(fù)雜,需要大量GTO晶閘管、IGBT等控制件的支持才能正常運(yùn)行[3]。

        3.2 合理應(yīng)用真空斷路器

        電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行中,科學(xué)合理的應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)設(shè)計(jì)真空斷路器,既能有效降低投資成本,而且結(jié)果比較簡(jiǎn)單便于操作,比如:把固定濾波器和晶閘管電抗器聯(lián)合應(yīng)用,建立起一種全新的無(wú)功補(bǔ)償裝置,可在保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)高效運(yùn)行的基礎(chǔ)上,確保無(wú)功補(bǔ)償電流時(shí)刻處于平衡狀態(tài),從而滿(mǎn)足電氣自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)較大功率因素的需求,在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行的同時(shí),降低能耗。

        3.3 用電客戶(hù)的無(wú)功補(bǔ)償

        在進(jìn)行用電客戶(hù)無(wú)功補(bǔ)償時(shí),常用的方法有兩種:①通過(guò)并聯(lián)電容器的方法,提升功率因數(shù),確保電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí),各項(xiàng)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)都能達(dá)到國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的需求,從而最大限度上提升對(duì)用戶(hù)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男?,從而降低電能的無(wú)故損耗,緩解我國(guó)電力緊張局面。②在用戶(hù)配電網(wǎng)中合理應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù),以降低無(wú)功消耗,減輕用戶(hù)用電的經(jīng)濟(jì)壓力。

        4 應(yīng)用前景分析

        就我國(guó)目前電氣自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀而言,常用的無(wú)功補(bǔ)償裝置有兩種:①TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置;②STATCOM無(wú)功補(bǔ)償裝置。相比而言,TSC應(yīng)用效果更加經(jīng)濟(jì),在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用也比較普遍。而STATCOM無(wú)功補(bǔ)償裝置則還處于研究階段,只是應(yīng)用在某些比較中重要而且貴重電氣自動(dòng)化無(wú)功補(bǔ)償中。雖然STATCOM無(wú)功補(bǔ)償裝置的研究和應(yīng)用還處于起步階段,但就目前研究成果和研究進(jìn)度而言,在未來(lái)10~15年內(nèi)必然會(huì)取得重大突破,并廣泛應(yīng)用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償中,我國(guó)電氣自動(dòng)化水平也將會(huì)得到大幅度提升。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,本文結(jié)合理論實(shí)踐,分析了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用,得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

        (1)在電氣自動(dòng)化中科學(xué)合理無(wú)功補(bǔ)償技術(shù),既能提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,還能節(jié)約電能的無(wú)故損耗,為電氣自動(dòng)化設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定性運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

        (2)不同的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在應(yīng)用效果、成本等方面存在較大差距,在選擇無(wú)功補(bǔ)償裝置和運(yùn)行技術(shù)時(shí),要根據(jù)電氣自動(dòng)化實(shí)際情況,選擇與之相適的無(wú)功補(bǔ)償裝置,才能在保證經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,提升運(yùn)行效率。

        (3)隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的深度和廣度不斷增加,需要積極創(chuàng)新無(wú)功補(bǔ)償技術(shù),才能更好的發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值和作用。

        參考文獻(xiàn)

        [1]顧 沛.試析無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2018,38(05):140~141.

        [2]姚景昆,鄭 秀.無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù),2018,35(02):107~108+110.

        收稿日期:2018-11-13

        作者簡(jiǎn)介:高治峰(1980-),男,漢族,陜西神木人,助理工程師,本科,主要從事電氣檢修方面的工作。

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