電氣自動化中的無功補償技術分析

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摘要：本文闡述了無功補償?shù)幕疽?，介紹了常見的幾種無功補償裝置，并提出了無功補償?shù)倪x擇策略，希望能對提高電氣自動化系統(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。 

關鍵詞：電氣；自動化；無功補償技術  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 : f407.61文獻標識碼： a 文章編號：    隨著電氣自動化技術在各個領域的廣泛應用，大量的線性和非線性負載投入運行，使得電氣線路的無功補償不足和諧波污染問題日益嚴峻，給電氣自動化系統(tǒng)造成了大量的電能損耗，極大的制約了電氣自動化技術的健康發(fā)展，為了提高電力線路的運行質(zhì)量和改善資源利用率，在電氣自動化系統(tǒng)線路中引入了無功補償裝置，從而為保證供電系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性和提高電氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定性提供了有力保障。無功補償裝置也因其優(yōu)越的性能得到了電力部門和用電企業(yè)的高度重視，并在更深層次和領域得到了推廣和應用。本文從介紹無功補償裝置的基本要求和常見的無功補償裝置出發(fā)，提出了無功補償裝置的選擇策略，希望能對提高電氣自動化系統(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、無功補償設計的基本要求  在電氣自動化系統(tǒng)設計過程中，要就系統(tǒng)的變壓器臺數(shù)和容量、電力拖動設備的類型等問題，以降低線路感抗、提高線路功率因數(shù)為出發(fā)點進行優(yōu)化選型。同時，在相關要求允許的情況下，應該盡可能采用同步電動機或者對設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，就要借助于無功補償裝置來完成。目前，應用最多的是在線路上并聯(lián)電容器組的方法，而具體補償時應該遵循平衡補償?shù)脑瓌t。具體的來說有以下幾點：一是電容器的選擇要以無功負荷的電壓等級為依據(jù)，對于低壓無功負荷，要用低壓電容器補償，而對高壓無功負荷，要采用高壓電容器補償。二是對于持續(xù)運行且容量較大而平穩(wěn)的負荷，當無功計算值超過100kvar時，宜在無功負載附近進行就地補償，并且要保證補償裝置能與線路設備同步通斷電。三是對基本無功負荷進行補償時，應采用在配變電所內(nèi)實施集中補償，并且應該采用具有自動調(diào)節(jié)功能的補償裝置，以避免因補償過度而導致的無功負荷倒送現(xiàn)象發(fā)生。  二、無功補償裝置的常見形式  在需無功補償?shù)木€路中并聯(lián)電力電容器組是當前最為常用而且有效的無功補償手段之一，在形式上主要有msc無功補償裝置、tsc無功補償裝置和msc+tsc無功補償裝置等。  2、1msc無功補償裝置  msc無功補償裝置的電容器組投切主要通過機械式開關來實現(xiàn)，并且msc無功補償裝置有自動檢測系統(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分組后的電容器進行手動或自動投切。由于受交流接觸器本身通斷特性的影響，使得該裝置在進行電容器組投切時，會在線路中產(chǎn)生相當大的合閘涌流，并且也是因為交流互感器的原因，該裝置的投切通斷動作很難在短時間內(nèi)完成，使得該裝置的補償響應存在著一定的滯后，在現(xiàn)場應用時msc無功補償裝置的投切響應時間一般會大于10秒，而且頻繁的投切動作在接觸器觸點間產(chǎn)生的拉弧現(xiàn)象，會直接導致交流接觸器觸頭燒毀，給裝置運行維護增加了工作量。  2、2tsc無功補償裝置  tsc無功補償裝置是針對msc無功補償裝置投切動作的合閘涌流問題進行有益改進的裝置，并且該裝置在投切控制上引入了機電、微機控制技術，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無功補償裝置通過自動控制器對線路的無功電流實施快速檢測，并對檢測結果進行對比和判定，然后根據(jù)判定結果形成編碼方式的通斷信號，并以此信號作為晶閘管的控制信號來源，從而達到對電力電容器組投切控制的目的。由于該裝置通過通斷信號以過零觸發(fā)電路對電容器進行投切，大大削弱了合閘涌流，在實踐應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)，而且其響應時間也大大縮短，一般能夠達到100ms以內(nèi)。  2、3msc+tsc無功補償裝置  msc+tsc裝置在msc無功補償裝置和tsc無功補償裝置的基礎上進一步改造，該裝置同時采用了這兩種補償裝飾所使用的交流接觸器和晶閘管，并是這兩種開關器件并聯(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。msc+tsc裝置在工作原理上與tsc無功補償裝置相同，在工作方式上以過零觸發(fā)電路形成的觸發(fā)信號實現(xiàn)對晶閘管的通斷控制，當晶閘管輸出端和輸入端所施加的電壓為零時，檢測并發(fā)出觸發(fā)信號，觸發(fā)晶閘管導通，當晶閘管處于導通狀態(tài)持續(xù)10個周波后，自動控制器發(fā)出合閘信號給交流接觸器控制其閉合，然后晶閘管在持續(xù)導通10個周波后又控制器發(fā)出斷開信號使其斷開；當檢測系統(tǒng)傳來的檢測信號通過對比和判定決定對某電容器組實施切除操作時，不是直接切斷閉合的交流接觸器，而是首先控制導通晶閘管，在持續(xù)10個周波無其他信號傳來時則使交流接觸器斷開，然后晶閘管再接著導通10個周波后又控制器控制進行切斷動作，從而達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，同時又消除了交流接觸器進行電容器投切時產(chǎn)生的合閘涌流，使得補償效果更具優(yōu)勢，在無功補償領域得到了得到了廣泛的應用。  三、無功補償裝置的選擇策略  在無功補償裝置的選用上，要以對電力用戶的用電設備負荷特性的滲入分析為依據(jù)，并結合各種無功補償裝置的固有特性，來綜合考慮，從而實現(xiàn)對無功補償裝置的優(yōu)化選擇。具體的選用策略主要有三個方面  3、1msc裝置的選擇  msc裝置主要可以用于設備連續(xù)運行的工況企業(yè)，且該用電單位的負荷特性應該具備負載平穩(wěn)和功率因數(shù)變化幅度不大的特點，在補償方式上，宜采用安裝于低壓配電側(cè)的集中補償方式。  3、2tsc裝置的選擇  tsc裝置由于其對沖擊性負載的反應靈敏，因此可以應用于具有大量沖擊性負載，負荷電流的瞬時變化較頻繁且變化幅度較大的用電場所。因為在這種情況下如果使用msc裝置，就有可能導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裝置進行無功補償，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，全部設備投入運行時其自然功率因數(shù)在0.6以下，而且存在沖擊性和無功瞬時變化率大的負載，因此根據(jù)負荷特性選用tsc裝置，并在車間配電室采用集中補償方式，計算得補償容量需求為330kvar，將其分為12個電容組（1組10kvar、1組20kvar、10組30kvar）進行補償，該車間投入運行后功率因數(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裝置主要廣泛的應用于大型居民區(qū)、商場或?qū)懽謽堑葓鏊?，主要是因為這些用電系統(tǒng)中含有諸如電梯、中央空調(diào)等運行波動較大的大量的單相負載，對于這類負載采用msc+tsc裝置進行混合補償，可以獲得良好的補償效果。比如某寫字樓原來采用msc裝置進行無功補償，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)其負載特點對補償系統(tǒng)采用msc+tsc裝置改造。同時考慮到該寫字樓內(nèi)有大量的電腦、打印機等設備，在進行補償裝置改造時在補償回路中串聯(lián)了0.5％的電抗器。經(jīng)過詳細計算每臺800kv•a的變壓器需要補償容量為270kvar，其中210kvar用于三相共補，60kvar用于三相分補。通過此次改造后補償系統(tǒng)運行效果良好，功率因數(shù)達到了0.9以上。  四 小結  總之，由于電氣自動化系統(tǒng)設備中的單相電力牽引力負荷的復雜變化以及其非線性因素增強，使得無功補償技術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裝置在不同的場所具有各自應用的優(yōu)勢和特點，同時也存在著一定的短板和缺點，因此在具體應用中要以“全面規(guī)劃、合理布局、分級補償、就地平衡”的原則，通過實際情況分析來優(yōu)化使用，從而使msc的靜態(tài)補償和tsc的動態(tài)補償相得益彰，最終實現(xiàn)提高電氣自動化系統(tǒng)功率因數(shù)和節(jié)能降損的目的。  參考文獻：  [1] 金永旺. 對無功補償技術在電氣自動化中的應用分析[j]. 科技論壇,2012(14).  [2] 謝常華. 電氣自動化的發(fā)展[j].企業(yè)導報.2010,11.  [3] 魯俊生. 電力網(wǎng)無功功率補償技術的現(xiàn)狀[j]. 企業(yè)技術開發(fā),2009(6)．