電氣自動(dòng)化中的無功補(bǔ)償技術(shù)分析

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摘要：本文闡述了無功補(bǔ)償?shù)幕疽?，介紹了常見的幾種無功補(bǔ)償裝置，并提出了無功補(bǔ)償?shù)倪x擇策略，希望能對(duì)提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)資源利用率和提升電網(wǎng)供電質(zhì)量起到一定參考作用。 

關(guān)鍵詞：電氣；自動(dòng)化；無功補(bǔ)償技術(shù)  abstract: this paper describes the basic requirements for reactive power compensation, several reactive power compensation devices, and the choice of strategies for reactive power compensation, hoping to improve the electrical automation system resource utilization and improve quality of power supply from the to a certain reference.key words: electrical; automation; reactive compensation technology  中圖分類號(hào) : f407.61文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a 文章編號(hào)：    隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大量的線性和非線性負(fù)載投入運(yùn)行，使得電氣線路的無功補(bǔ)償不足和諧波污染問題日益嚴(yán)峻，給電氣自動(dòng)化系統(tǒng)造成了大量的電能損耗，極大的制約了電氣自動(dòng)化技術(shù)的健康發(fā)展，為了提高電力線路的運(yùn)行質(zhì)量和改善資源利用率，在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)線路中引入了無功補(bǔ)償裝置，從而為保證供電系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性和提高電氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提供了有力保障。無功補(bǔ)償裝置也因其優(yōu)越的性能得到了電力部門和用電企業(yè)的高度重視，并在更深層次和領(lǐng)域得到了推廣和應(yīng)用。本文從介紹無功補(bǔ)償裝置的基本要求和常見的無功補(bǔ)償裝置出發(fā)，提出了無功補(bǔ)償裝置的選擇策略，希望能對(duì)提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)資源利用率和提升電網(wǎng)供電質(zhì)量起到一定參考作用。  一、無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)的基本要求  在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要就系統(tǒng)的變壓器臺(tái)數(shù)和容量、電力拖動(dòng)設(shè)備的類型等問題，以降低線路感抗、提高線路功率因數(shù)為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化選型。同時(shí)，在相關(guān)要求允許的情況下，應(yīng)該盡可能采用同步電動(dòng)機(jī)或者對(duì)設(shè)備采取空閑工作制來提高用電企業(yè)的自然功率因數(shù)。當(dāng)采用提高用電企業(yè)自然功率因數(shù)的方法仍難以湊效時(shí)，就要借助于無功補(bǔ)償裝置來完成。目前，應(yīng)用最多的是在線路上并聯(lián)電容器組的方法，而具體補(bǔ)償時(shí)應(yīng)該遵循平衡補(bǔ)償?shù)脑瓌t。具體的來說有以下幾點(diǎn)：一是電容器的選擇要以無功負(fù)荷的電壓等級(jí)為依據(jù)，對(duì)于低壓無功負(fù)荷，要用低壓電容器補(bǔ)償，而對(duì)高壓無功負(fù)荷，要采用高壓電容器補(bǔ)償。二是對(duì)于持續(xù)運(yùn)行且容量較大而平穩(wěn)的負(fù)荷，當(dāng)無功計(jì)算值超過100kvar時(shí)，宜在無功負(fù)載附近進(jìn)行就地補(bǔ)償，并且要保證補(bǔ)償裝置能與線路設(shè)備同步通斷電。三是對(duì)基本無功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)采用在配變電所內(nèi)實(shí)施集中補(bǔ)償，并且應(yīng)該采用具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的補(bǔ)償裝置，以避免因補(bǔ)償過度而導(dǎo)致的無功負(fù)荷倒送現(xiàn)象發(fā)生。  二、無功補(bǔ)償裝置的常見形式  在需無功補(bǔ)償?shù)木€路中并聯(lián)電力電容器組是當(dāng)前最為常用而且有效的無功補(bǔ)償手段之一，在形式上主要有msc無功補(bǔ)償裝置、tsc無功補(bǔ)償裝置和msc+tsc無功補(bǔ)償裝置等。  2、1msc無功補(bǔ)償裝置  msc無功補(bǔ)償裝置的電容器組投切主要通過機(jī)械式開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，并且msc無功補(bǔ)償裝置有自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，可以通過采樣獲知線路的無功需求，從而控制交流接觸器對(duì)分組后的電容器進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)投切。由于受交流接觸器本身通斷特性的影響，使得該裝置在進(jìn)行電容器組投切時(shí)，會(huì)在線路中產(chǎn)生相當(dāng)大的合閘涌流，并且也是因?yàn)榻涣骰ジ衅鞯脑?，該裝置的投切通斷動(dòng)作很難在短時(shí)間內(nèi)完成，使得該裝置的補(bǔ)償響應(yīng)存在著一定的滯后，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)msc無功補(bǔ)償裝置的投切響應(yīng)時(shí)間一般會(huì)大于10秒，而且頻繁的投切動(dòng)作在接觸器觸點(diǎn)間產(chǎn)生的拉弧現(xiàn)象，會(huì)直接導(dǎo)致交流接觸器觸頭燒毀，給裝置運(yùn)行維護(hù)增加了工作量。  2、2tsc無功補(bǔ)償裝置  tsc無功補(bǔ)償裝置是針對(duì)msc無功補(bǔ)償裝置投切動(dòng)作的合閘涌流問題進(jìn)行有益改進(jìn)的裝置，并且該裝置在投切控制上引入了機(jī)電、微機(jī)控制技術(shù)，投切回路也將交流接觸器用晶閘管代替，使其在投切整體性能上得到了大大的提升。tsc無功補(bǔ)償裝置通過自動(dòng)控制器對(duì)線路的無功電流實(shí)施快速檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和判定，然后根據(jù)判定結(jié)果形成編碼方式的通斷信號(hào)，并以此信號(hào)作為晶閘管的控制信號(hào)來源，從而達(dá)到對(duì)電力電容器組投切控制的目的。由于該裝置通過通斷信號(hào)以過零觸發(fā)電路對(duì)電容器進(jìn)行投切，大大削弱了合閘涌流，在實(shí)踐應(yīng)用中其合閘涌流一般能夠控制在線路額定電流的3倍以內(nèi)，而且其響應(yīng)時(shí)間也大大縮短，一般能夠達(dá)到100ms以內(nèi)。  2、3msc+tsc無功補(bǔ)償裝置  msc+tsc裝置在msc無功補(bǔ)償裝置和tsc無功補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改造，該裝置同時(shí)采用了這兩種補(bǔ)償裝飾所使用的交流接觸器和晶閘管，并是這兩種開關(guān)器件并聯(lián)與投切回路中，這樣就使得該裝置具備了后兩種裝置的優(yōu)越性而克服了他們的缺點(diǎn)。msc+tsc裝置在工作原理上與tsc無功補(bǔ)償裝置相同，在工作方式上以過零觸發(fā)電路形成的觸發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管的通斷控制，當(dāng)晶閘管輸出端和輸入端所施加的電壓為零時(shí)，檢測(cè)并發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，當(dāng)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)持續(xù)10個(gè)周波后，自動(dòng)控制器發(fā)出合閘信號(hào)給交流接觸器控制其閉合，然后晶閘管在持續(xù)導(dǎo)通10個(gè)周波后又控制器發(fā)出斷開信號(hào)使其斷開；當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)傳來的檢測(cè)信號(hào)通過對(duì)比和判定決定對(duì)某電容器組實(shí)施切除操作時(shí)，不是直接切斷閉合的交流接觸器，而是首先控制導(dǎo)通晶閘管，在持續(xù)10個(gè)周波無其他信號(hào)傳來時(shí)則使交流接觸器斷開，然后晶閘管再接著導(dǎo)通10個(gè)周波后又控制器控制進(jìn)行切斷動(dòng)作，從而達(dá)到將電容器完全從回路中切除的目的。msc+tsc裝置即解決了tsc裝置的發(fā)熱問題，同時(shí)又消除了交流接觸器進(jìn)行電容器投切時(shí)產(chǎn)生的合閘涌流，使得補(bǔ)償效果更具優(yōu)勢(shì)，在無功補(bǔ)償領(lǐng)域得到了得到了廣泛的應(yīng)用。  三、無功補(bǔ)償裝置的選擇策略  在無功補(bǔ)償裝置的選用上，要以對(duì)電力用戶的用電設(shè)備負(fù)荷特性的滲入分析為依據(jù)，并結(jié)合各種無功補(bǔ)償裝置的固有特性，來綜合考慮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無功補(bǔ)償裝置的優(yōu)化選擇。具體的選用策略主要有三個(gè)方面  3、1msc裝置的選擇  msc裝置主要可以用于設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的工況企業(yè)，且該用電單位的負(fù)荷特性應(yīng)該具備負(fù)載平穩(wěn)和功率因數(shù)變化幅度不大的特點(diǎn)，在補(bǔ)償方式上，宜采用安裝于低壓配電側(cè)的集中補(bǔ)償方式。  3、2tsc裝置的選擇  tsc裝置由于其對(duì)沖擊性負(fù)載的反應(yīng)靈敏，因此可以應(yīng)用于具有大量沖擊性負(fù)載，負(fù)荷電流的瞬時(shí)變化較頻繁且變化幅度較大的用電場(chǎng)所。因?yàn)樵谶@種情況下如果使用msc裝置，就有可能導(dǎo)致電容器組無法迅速投入，或造成電容器、交流接觸等燒毀事故，而要是采用tsc裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償，就可以大大的改善這種狀況。以某工況企業(yè)為例，該企業(yè)所使用的變壓器容量為1000kv•a，全部設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)其自然功率因數(shù)在0.6以下，而且存在沖擊性和無功瞬時(shí)變化率大的負(fù)載，因此根據(jù)負(fù)荷特性選用tsc裝置，并在車間配電室采用集中補(bǔ)償方式，計(jì)算得補(bǔ)償容量需求為330kvar，將其分為12個(gè)電容組（1組10kvar、1組20kvar、10組30kvar）進(jìn)行補(bǔ)償，該車間投入運(yùn)行后功率因數(shù)提升到0.96以上，獲得了很好的節(jié)能效果。  3、3msc+tsc裝置的選擇  msc+tsc裝置主要廣泛的應(yīng)用于大型居民區(qū)、商場(chǎng)或?qū)懽謽堑葓?chǎng)所，主要是因?yàn)檫@些用電系統(tǒng)中含有諸如電梯、中央空調(diào)等運(yùn)行波動(dòng)較大的大量的單相負(fù)載，對(duì)于這類負(fù)載采用msc+tsc裝置進(jìn)行混合補(bǔ)償，可以獲得良好的補(bǔ)償效果。比如某寫字樓原來采用msc裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償，由于寫字樓的電梯頻繁使用，使得msc無功裝置頻繁投切，導(dǎo)致其交流接觸器故障頻發(fā)，維修工作量很大，因此根據(jù)其負(fù)載特點(diǎn)對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)采用msc+tsc裝置改造。同時(shí)考慮到該寫字樓內(nèi)有大量的電腦、打印機(jī)等設(shè)備，在進(jìn)行補(bǔ)償裝置改造時(shí)在補(bǔ)償回路中串聯(lián)了0.5％的電抗器。經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算每臺(tái)800kv•a的變壓器需要補(bǔ)償容量為270kvar，其中210kvar用于三相共補(bǔ)，60kvar用于三相分補(bǔ)。通過此次改造后補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，功率因數(shù)達(dá)到了0.9以上。  四 小結(jié)  總之，由于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備中的單相電力牽引力負(fù)荷的復(fù)雜變化以及其非線性因素增強(qiáng)，使得無功補(bǔ)償技術(shù)成為電力部門研究和探索的重要課題。而現(xiàn)有的msc、tsc和msc+tsc裝置在不同的場(chǎng)所具有各自應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，同時(shí)也存在著一定的短板和缺點(diǎn)，因此在具體應(yīng)用中要以“全面規(guī)劃、合理布局、分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡”的原則，通過實(shí)際情況分析來優(yōu)化使用，從而使msc的靜態(tài)補(bǔ)償和tsc的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償相得益彰，最終實(shí)現(xiàn)提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)功率因數(shù)和節(jié)能降損的目的。  參考文獻(xiàn)：  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