王 玲

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710014)

電氣自動化中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用研究

王 玲

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710014)

作為電氣自動化應(yīng)用中的重要技術(shù)，無功補(bǔ)償技術(shù)對于節(jié)約能耗和降低自動化過程的無功功率具有重要的作用。本文介紹了電氣自動化無功補(bǔ)償技術(shù)的功能和意義，分析了無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)途徑；闡述了無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用策略，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

電氣自動化；無功補(bǔ)償技術(shù)；應(yīng)用

隨著電氣自動化水平的發(fā)展，電氣設(shè)備中的不穩(wěn)定變化規(guī)律和非線性因素導(dǎo)致了輸電線路無功功率增大。無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高電氣設(shè)備的節(jié)能效果，降低自動化過程中的無功功率，對于提升電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性具有重要作用。加強(qiáng)電氣自動化無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用研究，對于開拓?zé)o功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用范圍和完善其應(yīng)用途徑具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 電氣自動化無功補(bǔ)償技術(shù)的功能和意義

機(jī)電一體化的不斷推進(jìn)和電氣自動化的應(yīng)用，大幅度加快了電力系統(tǒng)的發(fā)展速度。電氣自動化無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用不但能夠提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，還能大幅度提高電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量[1]。電氣自動化無功補(bǔ)償技術(shù)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 電氣自動化無功補(bǔ)償技術(shù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)具有的功能和意義如下。

1)在三相負(fù)載出現(xiàn)不平衡條件時，無功補(bǔ)償技術(shù)能夠平衡三相視在功率，其對于改善電力系統(tǒng)的整體性能和抗干擾性具有重要作用。

2)由大量電力輸電線路組成的電力網(wǎng)可以分為高、中、低3種模式，大多數(shù)的情況下，高壓電網(wǎng)和低壓電網(wǎng)的流動電壓是非常不穩(wěn)定的，使用無功補(bǔ)償技術(shù)能夠改善電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使電力系統(tǒng)在更為安全的條件下運(yùn)行，可大幅度提高輸電質(zhì)量。在實(shí)際運(yùn)用時，可以配備相應(yīng)的調(diào)壓器，與無功補(bǔ)償技術(shù)共同配合提高系統(tǒng)運(yùn)行的整體性能，且增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性。

3)無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用能夠改善電網(wǎng)及其負(fù)載的功率因數(shù)，盡可能減少各部分用電設(shè)備的電容量，從而節(jié)省運(yùn)行成本和能耗。

4)無功補(bǔ)償技術(shù)還能為系統(tǒng)配置相應(yīng)的靜止無功補(bǔ)償器，一方面可以調(diào)控電氣自動化運(yùn)行中電網(wǎng)的電壓；另一方面還可以為電氣自動化運(yùn)行中的電纜和電容器等設(shè)備提供安全保障，防止出現(xiàn)由于高次諧波造成的局部發(fā)熱故障。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)途徑

無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化應(yīng)用中期的實(shí)現(xiàn)途徑各有不同，且每部分都有自己獨(dú)特的特點(diǎn)。

2.1 電抗器、電容器與固定濾波器

主要通過降低連接在低壓母線上的濾波器、電抗器或變壓器的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終目的是改變其無功出力過程，在調(diào)節(jié)時，可以通過分接開關(guān)的無載調(diào)節(jié)和晶閘管的通斷作用進(jìn)行控制。該方案還能夠提供穩(wěn)定的無功功率的和濾波。

2.2 晶閘管調(diào)節(jié)變壓器和固定濾波器

這2種設(shè)備主要利用高漏抗變壓器來運(yùn)行，因其工作時產(chǎn)生的能耗較大，在無功補(bǔ)償技術(shù)方案中不經(jīng)常用。

2.3 無源濾波器與有源濾波器

此種無功補(bǔ)償技術(shù)方案仍處于研究階段，其主要利用有源濾波器產(chǎn)生與負(fù)荷條件下諧波電流相反的諧波電流，讓兩者相互抵消，以滿足電源對無功電流和總諧波電流的要求。其具有能夠利用有源補(bǔ)償?shù)目煽匦浴㈧`活性和無源補(bǔ)償大容量的特點(diǎn)[2]。

2.4 真空熔斷器投切電容器

該無功補(bǔ)償技術(shù)的特點(diǎn)是成本較低，且運(yùn)行過程簡單、快捷，缺點(diǎn)是合閘過程中電容器會在短時間內(nèi)形成過高的電壓，極容易引起設(shè)備損壞；另外，由于在開關(guān)使用壽命內(nèi)開關(guān)次數(shù)存在一定的限制，因此不能頻繁對開關(guān)進(jìn)行投切，這在一定程度上影響了動態(tài)補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

2.5 有源濾波器

有源濾波器工作過程是在負(fù)荷條件下利用電力電子裝置產(chǎn)生與負(fù)序電流相反的諧波電流，使兩者之間充分抵消，以滿足電源對無功電流和總諧波電流的要求。其主要優(yōu)勢是調(diào)節(jié)過程較快、補(bǔ)償方式多樣且不與系統(tǒng)發(fā)生諧振問題，主要缺點(diǎn)是電子電力裝置的成本較高。

2.6 可控飽和電抗器與固定濾波器

主要通過對飽和電抗器的磁飽和程度進(jìn)行調(diào)整，以改變流入回路的感性電流，然后盡可能使并聯(lián)濾波器中剩余的容性無功功率與感性電流相互抵消，從而形成平衡狀態(tài)。其主要優(yōu)勢是可以長期使用固定濾波器的并聯(lián)濾波支路，但是其形成的諧波會對設(shè)備造成一定影響，且運(yùn)行中會產(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲。

2.7 晶閘管調(diào)節(jié)電抗器與固定濾波器

將電抗器串聯(lián)至反并聯(lián)晶閘管上，抵消并聯(lián)濾波器中剩余的容性無功補(bǔ)償電流，從而使兩者之間達(dá)到平衡，以提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。其主要優(yōu)勢是可以長期使用固定濾波器，且其只需要較少的晶閘管數(shù)量，響應(yīng)速度也相對較快，主要缺點(diǎn)是會形成諧波。

2.8 靜止無功發(fā)生器

其運(yùn)用了多重化技術(shù)和脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，和傳統(tǒng)的交換虛擬電路以及電阻溫度系數(shù)相比，含有較低的諧波含量，不會造成電網(wǎng)的二次污染。在運(yùn)行過程中，其被當(dāng)作相應(yīng)的電流源，因此不可能與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振，擁有更高的安全性。靜止無功發(fā)生器還能夠完成補(bǔ)償負(fù)載不平衡、補(bǔ)償負(fù)載諧波和補(bǔ)償負(fù)載無功等多種補(bǔ)償功能。其響應(yīng)時間通常<5 ms，能夠在較短的時間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)從額定容性無功功率到額定感性無功功率的轉(zhuǎn)換，其響應(yīng)速度能夠迅速完成對沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償[3]。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用策略

3.1 運(yùn)用并聯(lián)混合有源濾波器的補(bǔ)償技術(shù)和方案

并聯(lián)混合有源濾波器的無功補(bǔ)償技術(shù)方案是目前國內(nèi)比較先進(jìn)的混合式解決方案，該方案能夠克服由電力牽引負(fù)荷時不穩(wěn)定變化引起的電力濾波器補(bǔ)償量超出額定值的問題，且其通過混合APF和LC技術(shù)，能夠完成協(xié)調(diào)調(diào)整大型電氣自動化系統(tǒng)的補(bǔ)償技術(shù)，對諧波開展注入式的無功補(bǔ)償。該方案可以有效節(jié)省成本，投資與效益性價比相對較高，在低壓電網(wǎng)中比較適用。

對電網(wǎng)的輸電線路部分進(jìn)行電容器組的分散安裝是無功分散補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)途徑。其能夠克服農(nóng)村電網(wǎng)中通常存在的無功補(bǔ)償問題。經(jīng)過長時間的運(yùn)行調(diào)試發(fā)現(xiàn)，分散補(bǔ)償技術(shù)具有維護(hù)與安裝過程簡單、成本較低以及運(yùn)行過程安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，相比較高壓線路和變電站中使用的集中補(bǔ)償技術(shù)，其更接近于負(fù)荷的末端。實(shí)施步驟如下。

1)采取正確的補(bǔ)償方案。配網(wǎng)無功分散補(bǔ)償主要在配電變壓器等裝置上進(jìn)行，因此應(yīng)將電容器組安裝在配電變壓器的低壓引線處。由于電容器容量相對較小，所以可以不考慮保護(hù)裝置、過電壓和合閘通流等問題的影響，將電容器組與配電變壓器一起進(jìn)行投、撤，然后經(jīng)過變壓器低壓繞組完成相應(yīng)的放電過程。在進(jìn)行無功補(bǔ)償計(jì)算時，考慮到在配電變壓器處安裝了小型分散補(bǔ)償電容器，因此應(yīng)參考變壓器空載時的無功功率Q0，盡量保證電容器容量QC≈Q0，可由電動機(jī)等設(shè)備形成的無功功率來確定用戶補(bǔ)償數(shù)值。

2)采取合理的安裝方法。通常情況下，低壓電容器安裝在配電變壓器、低壓出線桿的橫擔(dān)位置，當(dāng)電容器后有較大的電壓時，可以另外安裝1個小型支架來固定低壓電容器。安裝完低壓電容器后，應(yīng)將電容器的出線頭連接到配電變壓器的低壓引線處；然后通過分析相關(guān)補(bǔ)償線路的數(shù)據(jù)資料來控制電容器的安裝數(shù)量、輔助設(shè)備數(shù)量、規(guī)格、型號；最后進(jìn)行總體預(yù)算[4]。

3.2 電氣自動化無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用中的共性問題

無功補(bǔ)償技術(shù)不僅能夠改善電氣自動化運(yùn)行的安全性和可靠性，還能有效避免資源浪費(fèi)，提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)代無功補(bǔ)償技術(shù)主要應(yīng)用在變電站中，從發(fā)電廠流出的無功電流會通過變電站進(jìn)行流通，電流在變電站線路向低壓線路轉(zhuǎn)換的過程中，會形成無功電流的遠(yuǎn)距離傳輸，此種條件下，可以分區(qū)對變電站開展無功補(bǔ)償。通常220 kV變電站都具有較強(qiáng)的分區(qū)調(diào)節(jié)功能，會根據(jù)區(qū)域的不同選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)容量，而負(fù)荷功率因素最大能夠達(dá)到0.98左右；所以，在變電站應(yīng)用無功補(bǔ)償時，應(yīng)根據(jù)不同的分區(qū)情況對變壓器進(jìn)行恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償和調(diào)整，并利用更加細(xì)化的技術(shù)方案來提高無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)際效果。

3.3 分析電氣自動化中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)的方向和基本方式

電能質(zhì)量是評價電網(wǎng)系統(tǒng)的一個非常重要的性能指標(biāo)，大多數(shù)情況下電氣自動化系統(tǒng)發(fā)生的無功問題都是由功率因素和阻抗問題導(dǎo)致的。采用AT供電方式是我國電氣自動化無功補(bǔ)償應(yīng)用的主要方式，領(lǐng)用晶閘管電子開關(guān)完成電容器的投切，并使用SCOTT變壓器，此種策略能夠有效減少較長輻射路線上存在的負(fù)序問題，提高了電能質(zhì)量。

4 結(jié)語

無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅度提高電氣自動化運(yùn)行的安全性和可靠性，并能最大化地節(jié)約能耗；因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)無功補(bǔ)償技術(shù)的分析與研究，不斷拓展無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍，提高無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用的水平和能力，不斷改善電力系統(tǒng)工作整體穩(wěn)定性和電網(wǎng)輸電質(zhì)量。

[1] 魯俊生.電力網(wǎng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)， 2011,12(29):62-63.

[2] 王超.電氣自動化中的無功補(bǔ)償技術(shù)分析[J].廣西輕工業(yè),2012,13(14):74-75.

[3] 唐山.對電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)的探討[J].科技資訊, 2010,6(10):61-62.

[4] 明志新,陳劍.電氣自動化技術(shù)在火力發(fā)電中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)? 2013,5(35):57-58.

責(zé)任編輯李思文

ResearchonApplicationofReactivePowerCompensationTechnologyinElectricalAutomation

WANG Ling

(Xi’an Railway Vocational Technical Institute, Xi’an 710014, China)

As an important technology in electrical automation applications, reactive power compensation technology for saving energy consumption and reducing reactive power play an important role in the process of automation. The paper first introduced the electrical automation function and meaning of reactive compensation technology, then analyzed application of reactive power compensation technology, finally, the reactive power compensation technology in the application of electrical automation strategy was showed, and it was used to provide reference for relevant technical staff.

electrical automation, reactive power compensation technology, application

TM 76

：A

王玲(1979-)，女，講師，主要從事電氣控制等方面的研究。

2014-04-23