張文斌

（陜西涌鑫礦業(yè)有限責(zé)任公司）

0 引言

如今，人們生產(chǎn)生活對電能需求量不斷增加，電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模不斷擴增，復(fù)雜度也隨之增加，電氣設(shè)備運行中面對更為復(fù)雜的環(huán)境及本體非線性因素增多，直接增加了電氣控制難度，電氣設(shè)備自動化發(fā)展情況得到全社會的關(guān)注。無功補償技術(shù)作為基于無功功率理論發(fā)展起來的一種全新補償辦法，主要是運用容性及感性功率負荷變化情況及有關(guān)控制裝置并聯(lián)在電路內(nèi)，通過能量轉(zhuǎn)換的過程調(diào)整運行條件，實現(xiàn)對被控對象的有關(guān)管控。電氣設(shè)備運行中合理運用無功補償技術(shù)，能有效控制無功損耗、諧波等問題給輸電效率帶來的影響，為電氣自動化發(fā)展提供可靠的技術(shù)支持。

1 電氣自動化中運用無功補償技術(shù)的意義

（1）提升電壓質(zhì)量

長期以來，人們格外關(guān)注電力企業(yè)電壓質(zhì)量的實現(xiàn)情況，電壓質(zhì)量也是影響電氣自動化發(fā)展水平的一個主要因素。為了能使電氣設(shè)備電壓質(zhì)量符合規(guī)范要求，就要明確電壓損失的重要意義。若電氣設(shè)備運行過程中電壓損失很少，就代表著電壓質(zhì)量較高。合理運用無功補償技術(shù)，能有效控制電路內(nèi)無功功率的傳輸過程，減少電壓損失，提升功率，使電壓質(zhì)量得到一定保障。

（2）減少成本投入

現(xiàn)代電力企業(yè)在日常運營管理時，電氣自動化處于重要地位，加大資金投入力度是實現(xiàn)電氣自動化的基礎(chǔ)。在無功補償技術(shù)的協(xié)助下，企業(yè)在發(fā)展電氣自動化時能減少成本投入，主要得力于該項技術(shù)能降低電路內(nèi)的無功功率，這不僅能顯著增加電路功率的轉(zhuǎn)化率，還能增加功率因數(shù)。當(dāng)功率因數(shù)提高時，變壓器的實際運轉(zhuǎn)效率也會有很大提升[1]。在這樣的工況下，電氣設(shè)備不會對變壓器提出過高的要求，提升設(shè)備運轉(zhuǎn)效率。設(shè)備在這種情況下進行運輸變電裝置方面的支出。

（3）減少用電費用方面的支出

關(guān)于功率因數(shù)的確定問題，我國相關(guān)部門早已出臺了較精準的標準規(guī)范。若用戶端的整個功率因數(shù)與規(guī)定值相比很低時，就要結(jié)合實際情況，采用適宜的方法對用戶進行處罰。為了節(jié)省費用支出，將電氣運行損耗降到最低，就要使功率因數(shù)的科學(xué)性及合理性得到保障。運用無功補償技術(shù)，一方面能明顯提升電路的功率因數(shù)，另一方面還能規(guī)避不必要的電路損耗狀況。

（4）保證電力系統(tǒng)運行效率

電氣自動化運行期間，主客觀多種因素會影響設(shè)備的運行功率，例如電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)能源損耗、電壓與負荷增加等情況，若不能及時處理，則易導(dǎo)致電氣使用壽命明顯縮短。運用無功補償技術(shù)，一方面使電力系統(tǒng)整體運行效率得到保障，另一方面也能科學(xué)部署電網(wǎng)內(nèi)的無功功率，提升系統(tǒng)運行有效性，減少或規(guī)避不必要的損耗現(xiàn)象。另外，既往供電時電網(wǎng)功率因數(shù)被調(diào)低，此時輸電線路與變壓器損耗的風(fēng)險會增加，而運用無功補償技術(shù)能有效規(guī)避以上情況，確保輸電過程的穩(wěn)定性，提升電力輸送效率。

2 無功補償技術(shù)的應(yīng)用

（1）自動化無功補償控制模型

為了能自動化管理控制電氣設(shè)備，引進并運用無功補償技術(shù)，在電氣設(shè)備上連接無功補償器與自帶開關(guān)的電容器，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的精準控制。無功補償器內(nèi)有高、低壓接點。無功補償器投用過程中，為了維持一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，會自動生成一個容性極限值及感性極限值。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）均是當(dāng)前常用的無功補償裝置，具體應(yīng)用時均可以將其視為可調(diào)節(jié)式的并聯(lián)電容，其性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)并聯(lián)電容器，主要作用是維持端電壓的恒定性，連續(xù)調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換功率，均能較好地滿足現(xiàn)實需求。并且這種裝置的響應(yīng)速度也顯著好于傳統(tǒng)裝置，在20世紀80年代時研發(fā)出一種新型并聯(lián)無功補償裝置，這種裝置以變換器技術(shù)為支撐，整體結(jié)構(gòu)和電壓源很相似，通過調(diào)控電壓相位及賦值的形式去調(diào)控?zé)o功功率，德、美等國家將這種裝置叫做靜止同步補償器（STATCOM），有研究發(fā)現(xiàn)，STATCOM的響應(yīng)速度是TSC的2～5倍，大概是20ms，當(dāng)電力系統(tǒng)運行期間突發(fā)故障問題時，電壓快速降低，通過控制響應(yīng)電流以使無功功率始終處于平衡狀態(tài)，確保電力系統(tǒng)暫時的穩(wěn)定性[2]。實踐中把無功補償器補償方式布置成靜止式補償，電氣設(shè)備正常運行過程中，無功補償器全程處于在線性控制范疇中，由高壓節(jié)點至靜止無功補償可以把其看成是串聯(lián)一個電壓源與一個斜率阻抗的形式。當(dāng)電氣設(shè)備運轉(zhuǎn)期間逐漸抵達無功補償器的容性極限時，可以把其視為一個低壓節(jié)點與固定的容性電納相連。綜合以上分析內(nèi)容，建設(shè)出自動化無功補償控制模型，如下圖所示[3]。

圖 自動化無功補償控制模型

圖中，Lu、Hu分別代表低壓、高壓節(jié)點，M即為虛節(jié)點，U1、U2均表示電壓。運用圖模型表示無功補償，若無功補償器運行過程中始終處在線性控制范疇中，則可以運用該模型表示電氣的等效電路，不管是哪種運行狀態(tài)，當(dāng)?shù)诌_無功極限時補償器都可以被看成是一個小變電納。

（2）自動采集電氣設(shè)備的電流電壓參數(shù)

電氣自動化控制過程中，在構(gòu)建出補償控制模型后，可以實時自動采集設(shè)備電壓與電流，通過觀察電壓及電流參數(shù)改變情況明確電力設(shè)備的運行狀態(tài)，為后期電容投切方式控制提供可靠依據(jù)。既往多通過測量電壓與電流之間的相位差去表示電氣設(shè)備的功率因數(shù)，以上這種傳統(tǒng)采樣方式具有一定局限性，僅能在電壓與電流都是正弦基波的情況下才能確保采集數(shù)據(jù)的高精準度。為規(guī)避以上問題，本課題運用三相電路瞬時無功功率檢測法去測量電氣設(shè)備運行中的電壓及電流值。具體采集時要合理運用無功補償器，其能及時、精準地獲得無功功率數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)闡述投入電容容量[4]。電容容量被投入后，若電氣設(shè)備的功率因數(shù)出現(xiàn)改變，則電流與電壓均會改變，基于以上變化，能較客觀地呈現(xiàn)出電氣設(shè)備的實際運行狀態(tài)。采集參數(shù)時，將工業(yè)標準的RS-485通信接口及DL·T645通信協(xié)議引進無功補償器內(nèi)，建立健全組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提升電氣設(shè)備運行中的電流、電壓參數(shù)的采集及傳輸效率。

（3）電氣電容投切開關(guān)控制

在獲得電氣設(shè)備運行電流、電壓數(shù)據(jù)后，結(jié)合設(shè)備實際運行需求，合理控制其電容投切開關(guān)。具體是并聯(lián)電容投切開關(guān)與電容器組，對電氣設(shè)備運行調(diào)壓管理，借此方式獲得無功功率平衡效果。對電氣設(shè)備采用電壓補償策略之前，先要計算其電壓損耗△U，公式是[5]：

式中，U′為運用以上方式采集到的設(shè)備電壓；R為電阻；X為補償之前的線路電抗。

運用以上運算出電氣設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時的電壓損耗量，以此為基礎(chǔ)，應(yīng)用無功補償技術(shù)進行補償，且在無功補償容量和設(shè)備自身的容量值相等時，就可以認定是達到對無功的完全補償。為確?，F(xiàn)實操作中電氣設(shè)備始終能維持穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)，要在建設(shè)好無功補償模型后，增設(shè)數(shù)個具備檢測電流電壓的傳感器設(shè)備及收發(fā)電容投切開關(guān)信號的裝置。具體控制時對比電氣設(shè)備各項實際運行參數(shù)與設(shè)計好的控制當(dāng)量，據(jù)此判斷電氣設(shè)備控制效果是否符合預(yù)期。另外，當(dāng)前國內(nèi)很多電氣設(shè)備運行環(huán)境復(fù)雜，故而在部分情景下還要采用遠程操控電容投切開關(guān)形式去管理設(shè)備的啟停動作，實現(xiàn)遠程自動化控制，進一步提升設(shè)備運行的安全性、可靠性。

3 提升無功補償技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域應(yīng)用效果的措施

（1）運用并聯(lián)混合有源濾波器

縱觀國內(nèi)外電氣自動化系統(tǒng)運作情況，并聯(lián)混合濾波器是控制無功補償體系的最先進形式，這種無功補償最大的作用在于處理因電力負荷改變導(dǎo)致的濾波補償偏差等問題。新時期，我國電力系統(tǒng)已進入到新的發(fā)展階段，并聯(lián)混合補償方法聚集了多種傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)越性，更好地完善了電氣自動化的運行工況，提升功率補償工作效率[6]。這種無功補償模式能更加明顯減少額定功率損耗量，協(xié)助電力企業(yè)降低電網(wǎng)建設(shè)成本，提升資金調(diào)配與利用效率，使電氣自動化運行穩(wěn)定性得到更大保障。

實際使用并聯(lián)混合的無功補償方案時，能更好地管理輸電網(wǎng)的電容裝置與組裝方案，使無功補償體系充分發(fā)揮自身的功能作用，維持補償體系及輸電體系運行的穩(wěn)定性。并聯(lián)混合補償已經(jīng)是電力自動化系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)，逐漸實現(xiàn)普及化，其能明顯減少輸電成本投入，提升系統(tǒng)運行速率，延長設(shè)備使用壽命。

（2）參照地區(qū)用電狀況確定無功補償方案

我國國土遼闊，不同地區(qū)氣候環(huán)境有明顯差異，故而電能需求程度也參差不齊。社會經(jīng)濟較發(fā)達且人口密度大的區(qū)域?qū)o功補償提出的要求較高，偏僻且人口稀疏地區(qū)的要求較低，可以將其作為無功補償技術(shù)用于電氣自動化領(lǐng)域提供參照[7]。實際工作中要綜合各地區(qū)的用電狀況，比選出適宜度最高、實用性最強的無功補償方案，確保電能需求較高的地區(qū)能順利構(gòu)建出配網(wǎng)無功補償體系，在配電設(shè)備的低壓系統(tǒng)內(nèi)安裝電容裝置，為無功補償技術(shù)創(chuàng)造相對穩(wěn)定的運行條件。以上措施還能使電氣系統(tǒng)穩(wěn)定性與周期性得到更大的保障，減少輸電過程中的能耗量，實現(xiàn)真正意義上的降本增效。

（3）加強用戶端的管理

新時期下，無功補償方案的應(yīng)用不僅要連續(xù)提升自身技術(shù)的應(yīng)用水平，也要加強用戶端的管理力度，幫助更多的電力用戶明確無功補償技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢，循序漸進確立無功補償觀念，能進一步完善無功補償?shù)膽?yīng)用性能，使電力自動化系統(tǒng)運行穩(wěn)定性得到更大保障。為達成以上目標，管理人員應(yīng)加大無功補償技術(shù)理念的宣傳傳播力度，全面提升用戶對該項技術(shù)的認可度，進而更有效、便捷地應(yīng)用無功補償方案為廣大用戶提供可靠電能。另外，結(jié)合無功補償技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，在技術(shù)層面上再進行突破，進一步提升其成熟度、先進性，使其在電氣自動化系統(tǒng)內(nèi)表現(xiàn)出更大的作用。整體來說，通過加強用戶端管理，能為無功補償技術(shù)有效應(yīng)用創(chuàng)造更好的環(huán)境條件。

4 結(jié)束語

新時期，我國提出了節(jié)能降耗的發(fā)展理念，將無功補償技術(shù)用在電氣自動化領(lǐng)域，十分契合以上理念。合理應(yīng)用無功補償技術(shù)，能顯著提升電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少供電變壓器及輸電線路的損耗，進而提升電能資源的利用效率，極大地改善了供電環(huán)境。后續(xù)發(fā)展中要不斷完善無功補償技術(shù)的應(yīng)用過程，提升其發(fā)展水平及實際應(yīng)用的穩(wěn)定性，輔助增加電力系統(tǒng)運行效率，為社會經(jīng)濟發(fā)展做出更大的貢獻。