電氣自動(dòng)化中的無(wú)功補償技術(shù)
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電氣自動(dòng)化中的無(wú)功補償技術(shù)【1】
【摘要】隨著(zhù)我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，科技水平不斷提高，電氣自動(dòng)化技術(shù)及設備在社會(huì )各個(gè)部門(mén)中的應用日益廣泛。
針對功率因數偏低的影響，無(wú)功補償技術(shù)的應用，在提高電氣自動(dòng)化供電質(zhì)量的同時(shí)，還能最大限度的降低電能損耗量，由此受到人們的青睞. 本文根據筆者工作經(jīng)驗，對無(wú)功補償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應用進(jìn)行了探討。
【關(guān)鍵詞】無(wú)功補償;電氣;自動(dòng)化;應用
引言：在我國科技與經(jīng)濟快速進(jìn)步的同時(shí)，電氣自動(dòng)化領(lǐng)域也發(fā)生著(zhù)日新月異的變化，供電、高鐵等領(lǐng)域中都應用了電氣自動(dòng)化技術(shù)。
無(wú)功補償技術(shù)是電力系統重要的節能技術(shù)，通過(guò)降低電力網(wǎng)絡(luò )和變壓器的損耗，有助于達到節能減排的目標。
一、無(wú)功補償和特點(diǎn)
1.1 無(wú)功補償的作用
無(wú)功補償主要是通過(guò)在負荷端和電力網(wǎng)處安裝電容器或調相機等無(wú)功電源來(lái)降低其運作能耗和維持其電壓水平。
1.2 無(wú)功補償的特點(diǎn)
電網(wǎng)中，產(chǎn)生無(wú)功功率量最大的設備主要是變壓器和異步電動(dòng)機，其中一部變壓器的無(wú)功功率是運作功率的50%，而異步電動(dòng)機是60%，其他設備如電抗器、供電線(xiàn)路和整流設備無(wú)功功率也占運作功率的20%。
從上述數據可知，電網(wǎng)中的無(wú)功功率主要源于變壓器、供電線(xiàn)路和異步電動(dòng)機等設備。
應用無(wú)功補償技術(shù)，能夠有效補償耗費的大量無(wú)功功率，從而改善電網(wǎng)的電功率因素，確保諸多電力設備節能高效運作。
二、無(wú)功補償技術(shù)
2.1 電力負荷的功率因數
功率因數的定義為變壓器和電網(wǎng)等設備中有功功率占其可視功率的比例。
通常來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)都期望高功率因數運行，高功率因數的實(shí)現主要通過(guò)降低傳輸設備無(wú)功功率的比例和減少有功功率的損失來(lái)實(shí)現的，科學(xué)合理地提高用戶(hù)的功率因數，盡可能地發(fā)揮供電設備改善電壓的質(zhì)量。
2.2 并聯(lián)電容器補償無(wú)功功率的作用及方法
2.2.1 并聯(lián)電容器無(wú)功補償的作用
在電網(wǎng)和負荷端安裝電容器，能夠通過(guò)無(wú)功補償有效的降低無(wú)功功率的比例，不僅能夠減少電網(wǎng)線(xiàn)路的損耗，而且還能夠確保電壓穩定，是一項改善供電質(zhì)量和節能環(huán)保的技術(shù)。
提高功率因數不僅可以有效地降低電網(wǎng)有功功率的損耗量，可以有效地降低電網(wǎng)的無(wú)功功率的消耗量，而且又可以有效地提高了變壓器與電線(xiàn)路容量利用率及減少電壓降。
所謂的并聯(lián)補償就是把被補償設備和電容器直接并接到同一個(gè)電路上去，來(lái)不斷地提高功率因數。
通常將無(wú)功補償技術(shù)中采用的電容器叫做并聯(lián)電容器，此種無(wú)功補償技術(shù)已經(jīng)被廣泛推廣于電網(wǎng)行業(yè)。
2.2.2 無(wú)功補償電壓的調整
在電網(wǎng)和負載側安裝并聯(lián)電容器，電容器的接入和切斷極大程度的影響了變壓器電壓狀況，因而在應用過(guò)程中，變壓器電壓質(zhì)量能夠借助電容器的接入和切斷來(lái)進(jìn)行改善。
三、無(wú)功補償設計的基本要求
3.1 在設計中的變壓器臺數和容量、電動(dòng)機選擇要合適，降低線(xiàn)路的感抗。
當工藝條件與要求相符合時(shí)，可以通過(guò)同步電動(dòng)機的采用和空歇工作制設備的選用等措施，將用電單位的自然功率因數提高。
3.2 在以提高自然功率因數的方法進(jìn)行處理后，仍然無(wú)法滿(mǎn)足要求的時(shí)候，可以通過(guò)無(wú)功補償裝置達到目的，多采用并聯(lián)電力電容器。
如果10kV 或35kV 的高壓電單位的功率因數在0.9以上，或低壓供電單位的功率因數在0.85 以上，以并聯(lián)電力電容器做為無(wú)功補償。
3.3 以電力電容器做為無(wú)功補償的裝置，要將平衡原則做為主要原則。
低壓的無(wú)功負荷通過(guò)低壓電容器進(jìn)行補償，高壓部分的無(wú)功負荷通過(guò)高壓電容器進(jìn)行補償。
容量比較大且負荷平衡、使用頻率較高的用電設備的無(wú)功計算負荷大于100Kvar 時(shí)，可在設備附近就地補償。
四、無(wú)功補償裝置的選擇
在實(shí)際工作中要認真分析用電負荷特性，根據不同用電負荷選用不同的無(wú)功補償裝置。
4.1 TSC 裝置
適用于含有大量沖擊性負荷的容量較大、負荷的電流瞬時(shí)變化很大，負荷沖擊強、無(wú)功負荷瞬時(shí)變化大的場(chǎng)合。
在這種情況下，若采用MSC 無(wú)功補償裝置，電容器根本無(wú)法投入運行，不是電容器損壞就是交流接觸器燒毀。
若選用TSC無(wú)功補償裝置，就可以取得很好的補償效果。
例如某壓延廠(chǎng)，變壓器容量為1000kV・A，自然功率因數在0.6 以下，負荷沖擊強、無(wú)功量瞬時(shí)變化大，根據其負荷特性采用TSC無(wú)功補償裝置，在車(chē)間配電室內進(jìn)行集中補償，總補償容量為330kvar，共分12組(1 組10kvar、1 組20kvar、10 組30kvar)，采用編碼投切方式。
4.2 MSC+TSC 裝置
適用于高層住宅區、大型商場(chǎng)、寫(xiě)字樓等用電場(chǎng)所，這些場(chǎng)所既存在較多的單相負荷又有電梯、空調等動(dòng)力負荷。
這類(lèi)負荷采用MSC+TSC 混合補償方式可取得較好的補償效果。
例如某小區原有的無(wú)功補償采用MSC 裝置，白天照明負荷很小，主要是電梯負荷(啟動(dòng)頻繁、運行時(shí)間短)，MSC 無(wú)功補償裝置既不能滿(mǎn)足補償度的要求，又由于頻繁投切使交流接觸器故障率很高，運行維修量很大，所以就將補償柜退出。
五、電氣自動(dòng)化中應用無(wú)功補償的現狀
近些年，我國對電氣自動(dòng)化中的無(wú)功補償技術(shù)做了很多深入的研究，為了構成有效的濾波通路、濾除諧波、降低負荷、提高電氣的功率因數，其中很多無(wú)功補償技術(shù)的引用目的都是在基波下?tīng)恳摵傻母行詿o(wú)功功率，這些無(wú)功補償技術(shù)主要有以下幾種：
5.1 真空斷路投切電容器此設備簡(jiǎn)單且投資小，但是在合閘的時(shí)候會(huì )產(chǎn)生過(guò)高的電壓，容易導致設備發(fā)生損壞，而且對于這個(gè)設備，不能有過(guò)于頻繁的投切。
因為它受到開(kāi)關(guān)壽命的限制。
5.2 可控飽和電抗器這個(gè)設備是通過(guò)對電抗器飽和程度的調節來(lái)改變整個(gè)回路的電流，主要讓并聯(lián)濾波器中的多余容性無(wú)功功率被感性電流抵消從而達到平衡點(diǎn)。
此設備的特點(diǎn)是可以在電氣自動(dòng)化系統中長(cháng)期投入;但是它會(huì )產(chǎn)生諧波、噪聲較大、對設備來(lái)說(shuō)也會(huì )產(chǎn)生一定的損耗。
六、電氣自動(dòng)化中合理應用無(wú)功補償的策略
6.1 深入分析無(wú)功補償在電氣自動(dòng)化中應用的基本方式和方向。
在供電系統中，一個(gè)非常重要的評價(jià)標準是電能質(zhì)量，而電壓是電能質(zhì)量的最核心的影響因素。
常見(jiàn)的很多關(guān)于電氣自動(dòng)化系統出現無(wú)功狀況多是受到阻抗問(wèn)題和功率因素問(wèn)題的影響。
我國的電氣化鐵路對無(wú)功補償的應用主要方式是AT 供電方式，用的是SCOTT變壓器，用晶閘管電子開(kāi)關(guān)來(lái)控制電容的投切。
這個(gè)策略在我國鐵路的現狀上看來(lái)，能夠很大程度上的降低較長(cháng)輻射路線(xiàn)上存在的負序問(wèn)題。
6.2 采用并聯(lián)混合有源濾波器等先進(jìn)技術(shù)和管理方式。
目前國內較為先進(jìn)的混合式解決方案主要是并聯(lián)混合式有緣濾波的無(wú)功補償方案。
此方案能夠解決由電力牽引負荷的不可控制的變化帶來(lái)的電力濾波器補償量過(guò)大的問(wèn)題，這個(gè)方案同時(shí)也是對大型電氣自動(dòng)化系統的補償技術(shù)的協(xié)調調整方案其主要通過(guò)LC和APF的混合，對諧波進(jìn)行注入式的無(wú)功補償。
這種方案的成本相對比較低、效益與投資性?xún)r(jià)比高、適用于低壓電網(wǎng)。
七、結語(yǔ)
無(wú)功補償技術(shù)是電力系統重要的節能技術(shù)，通過(guò)降低電力網(wǎng)絡(luò )和變壓器的損耗，提高電力網(wǎng)絡(luò )的功率因數，應用合理的補償裝置，減少電網(wǎng)電壓波動(dòng)和限制電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生。
將無(wú)功補償技術(shù)應用到電氣自動(dòng)化當中時(shí)，應當時(shí)刻結合電氣自動(dòng)化系統的具體情況，對不同的系統進(jìn)行對號人座，根據系統自身的特點(diǎn)和系統功能的要求選擇恰當的無(wú)功補償技術(shù)。
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電氣自動(dòng)化中的無(wú)功補償技術(shù)【2】
摘要：自動(dòng)化電氣設備中日益增強的非線(xiàn)性因素與變化規律日益復雜的單向電力牽引負荷增加了電網(wǎng)中負序、諧波的注入量和無(wú)功功率，對電力系統造成了危害。
本文首先分析了在電氣自動(dòng)化中無(wú)功補償技術(shù)的作用，進(jìn)而簡(jiǎn)要闡述了無(wú)功補償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應用，以保護電網(wǎng)系統，提高電氣自動(dòng)化控制設備的穩定性。
關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化;無(wú)功補償技術(shù)
1前言
所謂無(wú)功補償，是指在電力網(wǎng)和負荷端設置無(wú)功電源，如電容器、調相機等，以保證電力網(wǎng)和負荷端電壓水平處于正常運行范圍內。
由于電網(wǎng)系統中電氣設備的負荷變化較為復雜，非線(xiàn)性影響因素多，導致系統中常常會(huì )出現諧波大、較高的無(wú)功功率等問(wèn)題，大大影響了電氣自動(dòng)化水平的提高。
而無(wú)功補償技術(shù)的應用，恰恰可以在當電力系統的無(wú)功功率電源出現問(wèn)題而無(wú)法向系統提供一定的無(wú)功功率時(shí)，可以對系統進(jìn)行合適的無(wú)功補償，這樣就可以為電氣系統提供負載所消耗的無(wú)功功率，降低了供電線(xiàn)路和變壓器輸送無(wú)功功率造成的電能損耗，保證了電能穩定運行。
可以說(shuō)，無(wú)功補償技術(shù)已成為了電氣自動(dòng)化中重要的一部分。
為此，本文著(zhù)重就電氣自動(dòng)化的無(wú)功補償技術(shù)做一探討，以做拋磚引玉之用。
2無(wú)功補償技術(shù)的作用
2.1提高電壓質(zhì)量
把線(xiàn)路中電流分為有功電流la和無(wú)功電流lr，則線(xiàn)路中的電壓損失：
△U=3×(IRu+IXr)=3×(PR+QXl)/U
式中：P--有功功率，KW;
Q--無(wú)功公路，Kvar;
U--額定電壓，KV;
R--線(xiàn)路總電阻，Ω;
XI--線(xiàn)路感抗，Ω。
因此，提高功率因素后可減少線(xiàn)路上傳輸的無(wú)功功率Q，若保持有功功率不變，而R、XI均為定值，無(wú)功功率Q越小，電壓損失越小，從而提高了電壓質(zhì)量。
2.2提高了變壓器的利用率，減少投資
功率因數由cosφ1提高到cosφ2，提高變壓器利用率為：
△S%=(S1-S2)/S1×100%=[(1-cosΦ1/cosΦ2)×100%]
由此可見(jiàn)，補償后變壓器的利用率比補償前提高△S%，可以帶更多的負荷，減少了輸變電設備的投資。
2.3減少用戶(hù)電費支出：1.可避免因功率因數低于規定值而受罰;2.可減少用戶(hù)內部因傳輸和分配無(wú)功功率造成的有功功率損耗，電費可相應降低。
2.4提高電力網(wǎng)傳輸能力。
有功功率和視在功率的關(guān)系式為：P=Scosφ，可見(jiàn)，在傳輸一定有功功率的條件下，功率因素越高，需要電網(wǎng)傳輸的功率越小。
3無(wú)功補償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應用
3.1主要方案
3.1.1真空斷路器投切電容器
這種補償方式中電容器組利用高壓母線(xiàn)上電壓互感器的一次繞組電阻放電，一般不裝設專(zhuān)門(mén)的放電裝置。
為防止電容器高壓擊穿，在電容器組中接有熔斷器作為短路保護。
為降低電容器組在合閘時(shí)產(chǎn)生的沖擊涌流及防止電容器組與線(xiàn)路電感發(fā)生串聯(lián)諧振，可串聯(lián)適當的電抗器。
它能有效地對高壓母線(xiàn)前主變壓器、高壓線(xiàn)路及電力系統無(wú)功功率進(jìn)行補償，能有效地提高工廠(chǎng)的功率因數，而且總投資少。
但這種方法仍存在一定的劣勢，那就是當電容器合閘時(shí)，容易出現很強的過(guò)電壓，這樣就不能有效的多次進(jìn)行投切，那么動(dòng)態(tài)補償效果也不那么好了。
3.1.2固定濾波器和晶閘管調節電抗器
固定濾波器按諧波要求設計，反并聯(lián)晶閘管與電抗器串聯(lián)，通過(guò)改變晶閘管觸發(fā)角，來(lái)對降壓變壓器中低壓側母線(xiàn)電壓進(jìn)行調節以及對連接于低壓母線(xiàn)上的電抗器和濾波器進(jìn)行控制，從而使無(wú)功出力得到改變。
其優(yōu)點(diǎn)是需要的晶閘管數量少，響應速度快，調節性能好。
目前，對于無(wú)緣過(guò)濾器和有源濾波器相結合的技術(shù)還在研究中，使用有源濾波器所產(chǎn)生的諧波電流和負荷重的諧波電流是相反的，在應用時(shí)它們是通過(guò)相互之間抵消來(lái)達到總諧波電流的基本要求的。
在實(shí)際的應用中，還可以通過(guò)加裝來(lái)確保無(wú)功功率的穩定性，以有效實(shí)現濾波。
3.1.3可控飽和電抗器和固定濾波器相結合的模式
調節飽和電抗器通過(guò)磁飽和程度來(lái)對流入的感性電流加以改變，使其能夠和并聯(lián)濾波器中的無(wú)功功率保持平衡。
其優(yōu)點(diǎn)是固定濾波器的支路屬于長(cháng)期投入，在濾波器中能夠產(chǎn)生和負序電流、負荷重諧波電流相反的電流，通過(guò)相互抵消對無(wú)功電流、電源總諧波要求加以滿(mǎn)足。
3.2變電站無(wú)功補償技術(shù)
變電站是一個(gè)供電區域的供電中心，用不同電壓等級的配電線(xiàn)路向用戶(hù)供電。
按照"分級補償，就地平衡"的原則，配電線(xiàn)路和電力用戶(hù)應該基本達到無(wú)功功率平衡，不向變電站索取無(wú)功電力。
容性無(wú)功補償裝置以補償主變壓器無(wú)功損耗為主，并適當兼顧負荷側的無(wú)功補償。
容性無(wú)功補償裝置的容量可根據主變壓器容量來(lái)確定，可按主變壓器容量的10%～30%配置，并滿(mǎn)足35～110kv主變壓器最大負荷時(shí)，其高壓側功率因數不低于0.95的要求。
當主變壓器單臺容量為40mva及以上時(shí)，每臺主變壓器應配置不少于兩組的容性無(wú)功補償裝置。
3.3配電線(xiàn)路的無(wú)功補償
電力網(wǎng)中，配電線(xiàn)路數量很多，其線(xiàn)損約占總線(xiàn)損的60%-70%。
因此，對配電線(xiàn)路進(jìn)行無(wú)功補償，降低配電線(xiàn)路的功率損耗十分重要。
在配電線(xiàn)路中，主要是采用分支線(xiàn)路補償法，即，以分支線(xiàn)路的無(wú)功功率平衡為主，對分支線(xiàn)路的無(wú)功消耗進(jìn)行補償，盡可能減少分支線(xiàn)路向主干線(xiàn)索取無(wú)功，從而減少無(wú)功損耗。
在進(jìn)行無(wú)功補償時(shí)，主要注意以下幾點(diǎn)：(1)以分支線(xiàn)路所帶配電變壓器的空載無(wú)功損耗來(lái)確定分組補償容量;(2)選擇負荷較大的分支線(xiàn)確定補償點(diǎn);(3)對于小分支和個(gè)別的配電變壓器，可視為主干線(xiàn)上的近似均勻負荷，可按需要確定補償點(diǎn)和補償容量(補償空載無(wú)功損耗);(4)所有配電變壓器的負載無(wú)功損耗均以用戶(hù)自主補償為主，如果用戶(hù)未進(jìn)行補償或補償容量不足，仍需向主干線(xiàn)索取無(wú)功。
目前，對配電線(xiàn)路進(jìn)行無(wú)功補償，在美、英等發(fā)達國家已經(jīng)得到了廣泛應用，但在我國是近年來(lái)才開(kāi)始逐漸應用。
從目前的補償方式和效果來(lái)看，線(xiàn)路的補償容量是按配電變壓器的空載無(wú)功損耗來(lái)確定的。
這種方法還不是最優(yōu)的補償方法，因為一旦線(xiàn)路帶上負載以后，如果用戶(hù)補償設備投入不足，線(xiàn)路就會(huì )處于欠補償狀態(tài)。
但從當前我國配電線(xiàn)路無(wú)功補償的應用來(lái)看，能達到這樣的效果，已經(jīng)不錯了。
4結束語(yǔ)
總而言之，對電氣自動(dòng)化行業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)功補償技術(shù)是非常重要的技術(shù)，它可提高功率因數及減少設備容量和功率損耗，穩定電壓和提供供電質(zhì)量。
目前，無(wú)功補償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中得到了廣泛應用，在電氣功率的提高上起到了積極的作用。
但盡管無(wú)功補償技術(shù)的作用非常大，但也不能盲目地應用于電氣自動(dòng)化中。
在實(shí)際的應用中，若配網(wǎng)中通過(guò)變壓器、線(xiàn)路的電能損耗和功率較多時(shí)，應在對受電端安裝無(wú)功補償裝置時(shí)，要有效減少負荷無(wú)功功率的損耗;在安裝片區變電站的無(wú)功補償裝置時(shí)，要合理配置它的補償容量，以防止出現無(wú)功倒送的現象。
因此，需要我們對電氣自動(dòng)化和無(wú)功補償技術(shù)的結合做更為深入的研究，以取得更大的經(jīng)濟效益，為推動(dòng)我國經(jīng)濟發(fā)展的整體水平做出更大的貢獻。
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