電氣自動(dòng)化中的無(wú)功補償
本文對無(wú)功補償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應用進(jìn)行了論述，為了使之完善，也對這些無(wú)功補償技術(shù)存在的問(wèn)題提出了個(gè)人的意見(jiàn)和建議。
摘要：目前電氣化鐵路存在著(zhù)功率因數比較低的問(wèn)題，為了使這個(gè)問(wèn)題得到解決，技術(shù)需要進(jìn)行改造和創(chuàng )新。這就要求了要采用無(wú)功補償技術(shù)，進(jìn)而為技術(shù)提高供電的質(zhì)量,減少技術(shù)中的電能損耗。
關(guān)鍵詞：無(wú)功補償;技術(shù);自動(dòng)化
1、 無(wú)功補償技術(shù)的研究現狀
隨著(zhù)電氣化程度的進(jìn)一步加深，一些先進(jìn)技術(shù)的相繼的被采用，無(wú)功補償技術(shù)的研究現狀也進(jìn)一步的得到了提升。為了提高電氣化鐵路存在著(zhù)功率因數，降低鐵路中的負序，這就需要構成有效的濾波通路，對所指定的諧波進(jìn)行濾除或抵消，很早開(kāi)始國內外在無(wú)功補償技術(shù)這方面已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行了深入的研究，希望這種技術(shù)能造福于人類(lèi)。其中最有影響力的是英國的ERG5/ERG5/4，原蘇聯(lián)的1000-3―6IEC。近幾年來(lái)，我國結合國外的先進(jìn)技術(shù)，在這方面也有了突破，并制定了相關(guān)的國家標準，對電氣化鐵道中的無(wú)功補償與諧波結合使用方面提出了很多的無(wú)功補償類(lèi)的方案，大多是想在基波的基礎上，對牽引負荷的感性無(wú)功功率進(jìn)行補償，進(jìn)而提高了鐵路中的功率因數，降低相關(guān)的負序，形成了一條有效的濾波通路，這就使指定的諧波被濾除或抵消了。
2、 無(wú)功補償技術(shù)的實(shí)現途徑及其特點(diǎn)
進(jìn)行安裝由固定電容器和電抗器組成的單調諧濾波器。在設計的過(guò)程中，需要濾除或抵消所指定的諧波，在此基礎上提高功率因數，降低相關(guān)的負序。另外，真空斷路器要對電容器進(jìn)行適當的投切。這個(gè)設計的最大優(yōu)點(diǎn)是操作比較簡(jiǎn)單，投資比較小;但這個(gè)設計中利用的是合閘，這就會(huì )使電容器上產(chǎn)生過(guò)高的電壓，使相關(guān)設備遭到損壞，再考慮到有開(kāi)關(guān)壽命有限，不能反復的進(jìn)行投切操作，這就會(huì )使動(dòng)態(tài)補償的效果不是太好。那么若先固定濾波器和晶閘管，然后在對電抗器進(jìn)行適當的調節。這個(gè)過(guò)程中注意晶閘管需要反并聯(lián)，電抗器需要串聯(lián)，這樣才能使其組合和呈并聯(lián)狀態(tài)的濾波器中多余的無(wú)功補償電流平衡掉，進(jìn)而提高了功率因數，滿(mǎn)足了功率因數的要求。這個(gè)設計好的地方是固定濾波器可以長(cháng)期的投入，這個(gè)過(guò)程中需要的品閘管數量相對來(lái)說(shuō)比較少，響應速度還快，但美中不足的是這個(gè)過(guò)程中也產(chǎn)生相應的諧波。若采用先固定濾波器和使用可控飽和電抗器的方案，則需要先調節飽和電抗器的磁飽和程度來(lái)使流入回路的感性電流得到改變，這樣就使其結合和呈并聯(lián)狀態(tài)下的濾波器中無(wú)用的容性無(wú)功功率平衡掉。這個(gè)方案好的是固定過(guò)的呈并聯(lián)狀態(tài)下的濾波支路可以長(cháng)期的進(jìn)行投入，得到平衡，但這個(gè)過(guò)程固定過(guò)的呈并聯(lián)狀態(tài)下的濾波支路長(cháng)期的使用也會(huì )產(chǎn)生諧波，而且過(guò)程中還會(huì )產(chǎn)生有損耗，噪聲比較大。這就需要安裝有源濾波器，采用相關(guān)的電力電子裝置，使其產(chǎn)生的電流和負荷中的諧波的電流、負序的電流抵消掉，進(jìn)而滿(mǎn)足過(guò)程中電源的總諧波的要求和提高功率因數的要求。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是過(guò)程中的無(wú)功補償比較靈活，調節的速度比較快，這樣就不會(huì )和系統產(chǎn)生諧振，但這個(gè)過(guò)程中的電力電子設備價(jià)格太貴。還有一種方案是先固定濾波器、電容器和電抗器，然后進(jìn)行相關(guān)的調壓。這個(gè)方案是通過(guò)調節降壓變壓器處于低壓時(shí)，對母線(xiàn)電壓進(jìn)行調節，使連接在低壓母線(xiàn)上的濾波器電壓或電抗器的電壓進(jìn)而得到調節，最后改變無(wú)功補償。調節時(shí)用品閘管通斷，分接開(kāi)關(guān)無(wú)載調節，電氣壽命理論上不受限制。
在實(shí)際的應用中，通常需要通過(guò)加裝來(lái)提供穩定的無(wú)功功率和使指定的無(wú)用波過(guò)濾掉，這就需要選擇有源濾波器和無(wú)源濾波器進(jìn)行調節。目前無(wú)功補償技術(shù)還處于研究的階段，采用了有源濾波器和無(wú)源濾波器使其產(chǎn)生的電流與負荷過(guò)程中產(chǎn)生的諧波電流抵消掉，進(jìn)而來(lái)滿(mǎn)足電源的總諧波電流的相關(guān)要求，這個(gè)過(guò)程中的最大優(yōu)點(diǎn)是充分的利用了無(wú)源補償的大容量的特點(diǎn)和有源補償的高度靈活性、可控性。
3、 無(wú)功補償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應用
通常電能質(zhì)量是評價(jià)牽引供電系統設計和運行優(yōu)劣的件能的指標，而電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標。由于系統中的接觸網(wǎng)、變電所和牽引機車(chē)中的無(wú)功狀態(tài)受負荷消耗的無(wú)功功率，即電力機車(chē)的功率因數的影響，這就給所在地區的電網(wǎng)帶來(lái)了嚴重的負面影響。另外，接觸網(wǎng)和牽引變壓器的阻抗大小不同，也會(huì )對所在地區電網(wǎng)帶來(lái)了負面影響。例如：當出現很多的整流的非線(xiàn)形負荷時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生高頻率的諧波，這就會(huì )使當地電網(wǎng)波形質(zhì)量受到影響而下降，進(jìn)而會(huì )引起當地電網(wǎng)電壓發(fā)生一些偏移和波動(dòng)，使電網(wǎng)質(zhì)量和安全沒(méi)有保障。為了解決各種類(lèi)似問(wèn)題，我國的電氣化鐵道中通常采用SCOTT變壓器，即斯科特變壓器提供特殊供電方式。另外，在電力機車(chē)上安裝濾波裝置，使機車(chē)的功率因數得到提高。
補償裝置的電路是由串聯(lián)的電容器和串聯(lián)的電抗器組成，接在主變壓器的牽引著(zhù)的繞組上，并用晶閘管電子對開(kāi)關(guān)進(jìn)行投切操作。對于高頻的諧波，補償了電路的容性，在電網(wǎng)返回過(guò)大的無(wú)功電流時(shí)，就會(huì )起到無(wú)功補償作用。而對于低頻的諧波，電路通常是低阻抗，它會(huì )吸收被返回的低頻諧波的電流，進(jìn)而降低輸出的諧波電流。有些電站設置了一種固定的無(wú)功補償的濾波裝置，雖然這些措施在一定程度上取得了顯著(zhù)成績(jì)，尤其是隨著(zhù)全國電氣化線(xiàn)路的逐漸增長(cháng)，電力系統容量也隨之漸漸的增大了，這就要求電氣化供電的設計中要合理的配置區段相位。但從宏觀(guān)方面來(lái)說(shuō)，負序問(wèn)題雖得到了暫時(shí)的解決，但有些牽引變電站的很多問(wèn)題沒(méi)有徹底的得到解決。
4 、無(wú)功補償技術(shù)目前存在問(wèn)題
電氣化系統中進(jìn)行無(wú)功補償技術(shù)使經(jīng)濟效益顯著(zhù)增加并得到推廣，但在推廣中還有很多問(wèn)題沒(méi)有得到解決。例如：當大量的電流從發(fā)電廠(chǎng)運輸到高壓變電站，再通過(guò)輸電的線(xiàn)路運輸到中低壓變電站時(shí)，會(huì )使大量的無(wú)功電流遠距離的進(jìn)行運輸變得困難。再如，若無(wú)功補償容量沒(méi)有合理的配置，大多數的變電站補償電容因為是整組的進(jìn)行投切，那么就不能由負荷發(fā)生變化使之被平衡掉，就會(huì )出現高負荷造成功率因數很低或出現低負荷造成過(guò)補償。若增加重配置電線(xiàn)路的負擔，會(huì )使負荷處于低谷時(shí)造成無(wú)功的倒送，給使用固定電容器補償方式的用戶(hù)造成不便。
5 、對無(wú)功補償技術(shù)提出的意見(jiàn)
負荷電流在通過(guò)線(xiàn)路和變壓器時(shí)會(huì )產(chǎn)生電能損耗，這就使功率因數降低，那么地區電網(wǎng)所需功率就會(huì )越大，線(xiàn)上的損耗就會(huì )越大。因此，在電的兩端要安裝無(wú)功補償的裝置，使線(xiàn)路中負荷的無(wú)功功率損耗減少�？傊�，提高功率的因數，降低線(xiàn)的損耗是節能的最直接、最經(jīng)濟的方法。對負荷較大的公用變壓器，要全面考慮和高度重視配網(wǎng)中的無(wú)功補償。
加強對用戶(hù)無(wú)功補償的管理和宣傳節能的力度，使用戶(hù)認識到小容量用戶(hù)也可通過(guò)加強無(wú)功補償來(lái)減少各種內部原因造成的有功功率的損耗，進(jìn)而可以節約用電。
6 、結束語(yǔ)
隨著(zhù)電氣自動(dòng)化技術(shù)及其設備在社會(huì )的各部門(mén)和各領(lǐng)域的廣泛應用，電氣設備中的單相電力牽引負荷變化比較復雜，非線(xiàn)性因素也漸漸地增強。隨著(zhù)無(wú)功功率的增大，注入電力系統中的負序和諧波等問(wèn)題都會(huì )表現出。另外，圍隨著(zhù)電氣化程度的加深其適用范圍也日益得到擴展。為了更好的解決國民生產(chǎn)中電力資源的浪費，本文結合了電氣自動(dòng)化技術(shù)和其相關(guān)的設備系統特點(diǎn)、負荷特點(diǎn)，采用無(wú)功補償技術(shù)，對無(wú)功、負序和諧波的綜合提出來(lái)補償方法和建議，希望能夠為電氣供電系統和安全系統做出貢獻。
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