摘要：為了減輕無功功率帶來的線損增加、電能質(zhì)量變差等問題，需要在電氣工程及其自動化中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)。首先，介紹了無功補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方式和應(yīng)用價(jià)值。其次，分析了該技術(shù)在電氣線路、變電站以及回路電流平衡等方面的具體應(yīng)用。最后，從實(shí)踐出發(fā)，總結(jié)了采用合理的無功補(bǔ)償方案、做好無功補(bǔ)償設(shè)備的選型等經(jīng)驗(yàn)，為更好地應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)提供了借鑒，以期達(dá)到降低線損、提高電能質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：電氣工程無功補(bǔ)償變電站回路電流平衡

ResearchontheApplicationofReactivePowerCompensationTechnology

InElectricalEngineeringandItsAutomation

CHENYuchao

NingxiaPowerTransmissionandTransformationEngineeringCo.，Ltd.，Yinchuan，NingxiaHuiAutonomousRegion，750001China

Abstract：Inordertoreducethelinelossincreaseandpowerqualitydeteriorationcausedbyreactivepower，itisnecessary toapplyReactivePowerCompensationtechnologyinElectricalEngineeringanditsautomation.Firstly，theimplementationmethodandapplicationvalueofReactivePowerCompensationwereintroduced，andthenthespecificapplicationsofthistechnologyinelectricallines，substations，andcircuitcurrentbalancewereanalyzed.Finally，startingfrompractice，theexperiencesofadoptingreasonablereactivepowercompensationschemesandselectingappropriatereactivepowercompensationequipmentweresummarized，providingreferenceforbetterapplicationofreactivepowercompensationtechnology，inordertoachievethegoalofreducinglinelossesandimprovingpowerquality.

KeyWords：ElectricalEngineering;ReactivePowerCompensation;Substation;Circuitcurrentbalance

在“中國制造2025”戰(zhàn)略的推動下，電氣工程及其自動化獲得了新的發(fā)展機(jī)遇。隨著電氣系統(tǒng)中電力設(shè)備數(shù)量與種類的不斷增加，無功功率帶來的線路中電能損失以及對電氣設(shè)備帶來的危害等問題不容忽視，探究無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣工程及其自動化中的應(yīng)用策略成為當(dāng)下的熱門研究課題。在應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，除了要合理選擇無功補(bǔ)償設(shè)備的容量與數(shù)量外，還要同步做好電氣系統(tǒng)的檢測與一線人員的培訓(xùn)，從技術(shù)層面與管理層面上提供雙重保障，達(dá)到理想的無功補(bǔ)償效果。

1無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣工程自動化中的應(yīng)用

1.1電氣線路中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)電氣系統(tǒng)中無功功率過大時(shí)，除了增加電壓波動外，還會增大電氣設(shè)備與線路的損耗，從而使電氣系統(tǒng)的運(yùn)行成本升高。將無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用到電氣系統(tǒng)中，在線路中加裝無功補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)就地平衡，從而解決無功功率的危害?？紤]到電氣工程及其自動化中線路分布錯綜復(fù)雜，因此在應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)應(yīng)把握兩個(gè)基本原則。一是從簡原則。線路上設(shè)置的補(bǔ)償點(diǎn)不能太多，并且控制方式盡量簡單，通常不會選擇分組投切控制的補(bǔ)償方案。在保護(hù)裝置上，可以選擇結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的熔斷器作為過流和過壓保護(hù)。二是適度原則。根據(jù)電氣系統(tǒng)中電氣設(shè)備的型號、數(shù)量等合理確定無功補(bǔ)償設(shè)備的容量，既要達(dá)到預(yù)期的補(bǔ)償效果，使電氣系統(tǒng)的功率損耗保持在較低水平。同時(shí)，又要避免出現(xiàn)過度補(bǔ)償情況。在無功補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，可能會因?yàn)榫€路負(fù)載過大而出現(xiàn)補(bǔ)償不足的現(xiàn)象，可以采取電阻抗和電容組合的無功補(bǔ)償方案[1-2]。

1.2變電站中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

變電站作為電氣工程及其自動化中的核心設(shè)備之一，通過實(shí)行無功補(bǔ)償可以達(dá)到提高終端變壓所母線電壓、改善電網(wǎng)功率因數(shù)的效果。變電站的無功補(bǔ)償系統(tǒng)主要包含了并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等設(shè)備。一般來說，變電站所用無功補(bǔ)償設(shè)備的容量至少要達(dá)到主變?nèi)萘康?0%，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還要綜合考慮安裝環(huán)境、設(shè)備價(jià)格等因素。例如：某變電站的主變壓器容量為40MVA，要想達(dá)到理想的無功補(bǔ)償效果，選用的無功補(bǔ)償設(shè)備容量至少要達(dá)到12MVA，才能保證變電站在空載運(yùn)行狀態(tài)下的電力損耗最低。需要注意的是，由于用戶端的電力消耗表現(xiàn)為明顯的時(shí)間變化和季節(jié)變化，因此對無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用也提出了嚴(yán)格要求。以季節(jié)變化為例，夏季和冬季的電力消耗明顯高于春秋兩季，由于變電設(shè)備的負(fù)荷較大、電壓明顯降低，變電站必須要及時(shí)調(diào)整無功補(bǔ)償方案，選擇合適的補(bǔ)償容量，才能提高供電質(zhì)量、滿足用戶的用電需求[3]。

1.3回路電流平衡中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

在電氣工程及其自動化中，由于電源輸出電壓或者系統(tǒng)負(fù)載的波動較大，會出現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)定子繞組輸出的三相電流存在幅值與相位不一致的情況，輸出的電流即為不平衡電流，這種電流除了會損害電氣系統(tǒng)中的電力設(shè)備外，還會降低電能利用率，增加電氣系統(tǒng)的運(yùn)行成本，為避免此類問題需要對回路中的不平衡電流采取補(bǔ)償措施?；跓o功補(bǔ)償技術(shù)的回路電流平衡通常是加裝分相補(bǔ)償設(shè)備，簡單來說就是在電氣系統(tǒng)的相與相之間，以及相與零線之間加入一定數(shù)量的電容器，通過靈活控制電容器的投入數(shù)量達(dá)到補(bǔ)償有功電流的目的。負(fù)荷電感也是回路電流平衡中的重要參數(shù)，投入電容器的數(shù)量越多，負(fù)荷功率因數(shù)越低，此時(shí)電氣系統(tǒng)中可以利用的電感越多，相應(yīng)的調(diào)整不平衡電流的能力越強(qiáng)。理論上來說，當(dāng)負(fù)荷功率因數(shù)為0.7時(shí)，三相電流中最大相電流至少要達(dá)到最小相電流的2倍才能恢復(fù)平衡。因此，在應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)要合理確定投入電容器的數(shù)量，才能使回路三相電流保持平衡。

2電氣工程中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用策略

2.1采用合理的無功補(bǔ)償方案

在電氣工程及其自動化中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)，首先要開展調(diào)研了解電氣系統(tǒng)的運(yùn)行情況，其次圍繞補(bǔ)償需求制訂合理的無功補(bǔ)償方案，為下一步挑選合適容量、合適數(shù)量的無功補(bǔ)償設(shè)備提供依據(jù)。這里以容量為例，準(zhǔn)確計(jì)算無功補(bǔ)償設(shè)備容量需要3個(gè)基本參數(shù)，即補(bǔ)償前的功率功率因數(shù)Q1、期望補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)Q2，以及有功功率P，容量計(jì)算如圖1所示。

假設(shè)某變電站的有功功率P=2000kW，補(bǔ)償前的功率因數(shù)Q1=0.8（即cosθ1=0.8），在補(bǔ)償后期望達(dá)到的功率因數(shù)Q2為0.9（即cosθ2=0.9），那么無功補(bǔ)償量（QC）的計(jì)算公式如下：

QC=Q1-Q2=2000×0.75-2000×0.49=520kvar

除了確定無功補(bǔ)償設(shè)備的容量與數(shù)量外，在實(shí)際應(yīng)用中必須要考慮最低損耗和最佳運(yùn)輸方式，在優(yōu)化補(bǔ)償效果的同時(shí)，提高電氣工程自動化控制水平。需要注意的是，隨著電氣系統(tǒng)中各類電氣設(shè)備數(shù)量和種類的增加，系統(tǒng)功率也會發(fā)生相應(yīng)的變化，只有定期更新和調(diào)整無功補(bǔ)償方案，才能保證無功補(bǔ)償效果契合電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

2.2做好無功補(bǔ)償設(shè)備的選型

在電氣工程中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，如何選型與配置無功補(bǔ)償設(shè)備是關(guān)鍵點(diǎn)。除了要遵循“就地平衡、分級補(bǔ)償”的基本原則外，還要做到設(shè)備的合理選型。目前常用的無功補(bǔ)償設(shè)備按照分類標(biāo)準(zhǔn)的不同可以分成若干類型。例如：按照補(bǔ)償方式的不同可以分為集中補(bǔ)償設(shè)備、分組補(bǔ)償設(shè)備、就地補(bǔ)償設(shè)備等；按照應(yīng)用場景的不同可以分為隨機(jī)補(bǔ)償設(shè)備、跟蹤補(bǔ)償設(shè)備等，如圖2所示。

不同類型的無功補(bǔ)償設(shè)備在結(jié)構(gòu)組成、適用范圍、補(bǔ)償效果等方面存在差異。例如：隨機(jī)補(bǔ)償是將電容器與電動機(jī)并聯(lián)，使控制保護(hù)裝置與電動機(jī)同時(shí)投切達(dá)到無功補(bǔ)償效果，適用于年運(yùn)行小時(shí)數(shù)在1000h以上的電動機(jī)，其優(yōu)勢在于投資少、安裝靈活、故障率低；跟蹤補(bǔ)償則是將無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在用戶配電變壓器的低壓側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，適用于10kVA以上的配電變壓器，其優(yōu)勢在于實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)無功負(fù)荷變化，補(bǔ)償效果更好。因此，在應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)必須要根據(jù)實(shí)際需要，綜合考慮設(shè)備造價(jià)、安裝環(huán)境等因素合理選擇無功補(bǔ)償設(shè)備。

2.3開展無功補(bǔ)償技術(shù)培訓(xùn)

無功補(bǔ)償?shù)膶I(yè)性和復(fù)雜性決定了電力系統(tǒng)的技術(shù)人員必須要熟練掌握該技術(shù)的應(yīng)用技巧，在滿足電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償需要的基礎(chǔ)上達(dá)到提高系統(tǒng)功率因數(shù)和電能利用效率的目的。另外，近年來新型無功補(bǔ)償設(shè)備的功能更加多樣，對操作水平也提出了更高要求，進(jìn)一步體現(xiàn)了無功補(bǔ)償技術(shù)培訓(xùn)的必要性和緊迫性。電力公司要建立常態(tài)化的培訓(xùn)機(jī)制，通過定期開展專項(xiàng)培訓(xùn)幫助一線人員了解無功補(bǔ)償技術(shù)、熟悉無功補(bǔ)償設(shè)備功能，掌握科學(xué)制訂無功補(bǔ)償方案的技能。如上文所述，現(xiàn)階段電氣工程中使用的無功補(bǔ)償設(shè)備根據(jù)補(bǔ)償方式、電壓等級以及應(yīng)用場景的不同可以分為若干類型，通過開展常態(tài)培訓(xùn)使一線人員保質(zhì)保量地完成無功補(bǔ)償設(shè)備的日常維護(hù)、定期檢測和故障修理，使無功補(bǔ)償設(shè)備得以正常運(yùn)行，達(dá)到提高功率因數(shù)、降低電網(wǎng)損耗的目的[4]。

2.4避免無功補(bǔ)償過補(bǔ)問題

在電氣工程及其自動化中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)能夠發(fā)揮提高功率因數(shù)、降低線路損耗的作用，但是如果選用的無功補(bǔ)償容量不合理，或者是投入的無功補(bǔ)償設(shè)備數(shù)量過多，有較大概率出現(xiàn)系統(tǒng)的無功功率大于0的情況，即過度補(bǔ)償。當(dāng)出現(xiàn)無功補(bǔ)償過補(bǔ)時(shí)，電氣工程的運(yùn)行穩(wěn)定性降低，甚至?xí)p害電氣設(shè)備。因此，在應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)需要采取以下措施避免出現(xiàn)過度補(bǔ)償問題：第一是結(jié)合電氣系統(tǒng)的實(shí)際情況合理設(shè)置無功補(bǔ)償設(shè)備，在確定設(shè)備型號的基礎(chǔ)上，合理配置容量、數(shù)量等參數(shù)，既要滿足無功補(bǔ)償?shù)男枰?，又要避免出現(xiàn)過度補(bǔ)償?shù)那闆r。第二是在電氣系統(tǒng)的運(yùn)行期間定期開展檢測，做好日常維護(hù)，保證電力系統(tǒng)功率因數(shù)在安全范圍內(nèi)，對提高無功補(bǔ)償效果和預(yù)防過度補(bǔ)償也有一定幫助。在日常檢測中如果發(fā)現(xiàn)有過補(bǔ)問題應(yīng)及時(shí)處理，避免引起電力系統(tǒng)的諧波污染和造成電力設(shè)備的損害[5]。

3結(jié)語

無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用在改善電氣系統(tǒng)運(yùn)行效率、延長電力設(shè)備使用壽命以及幫助電力用戶節(jié)約電費(fèi)等方面均發(fā)揮了重要作用。在電氣工程及其自動化中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，應(yīng)圍繞電氣系統(tǒng)的運(yùn)行情況和無功補(bǔ)償需要，制訂合理的補(bǔ)償方案并確定無功補(bǔ)償設(shè)備的最佳容量和最佳數(shù)量，以較低的投資取得理想的補(bǔ)償效果，確保電氣工程的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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