摘要:進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，電氣自動(dòng)化也得到了迅速的發(fā)展。在電氣自動(dòng)化技術(shù)和其設(shè)施設(shè)備在社會(huì)中得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，電氣自動(dòng)化所涉及的領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)展。在電氣自動(dòng)化技術(shù)和其設(shè)施設(shè)備中應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，不僅能夠有效地提高供電的質(zhì)量，還能夠最大程度上降低電能的損耗量。所以，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中備受青睞。文章分析了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)概述，常用無(wú)功補(bǔ)償裝置介紹。

電氣自動(dòng)化技術(shù)及其設(shè)備在國(guó)民生產(chǎn)中各個(gè)部門(mén)和領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用，例如高速電氣化鐵路牽引系統(tǒng)、供電變電所等。但由于電氣設(shè)備中的單相電力牽引負(fù)荷變化復(fù)雜和非線性因素增強(qiáng)，導(dǎo)致了無(wú)功功率增大、注入電力系統(tǒng)的負(fù)序、諧波含量較大，其涉及范圍隨著電氣化程度的加深而日益擴(kuò)展。突出地成為影響電氣供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素。因此，需要結(jié)合電氣化技術(shù)及其設(shè)備的系統(tǒng)特點(diǎn)和負(fù)荷特點(diǎn)，尋求無(wú)功、負(fù)序和諧波的綜合補(bǔ)償方法。

1.無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析

近些年來(lái)，我國(guó)在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域取得了非常顯著的成績(jī)。我國(guó)也從20世紀(jì)70年代就開(kāi)始深入研究和開(kāi)發(fā)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)不斷創(chuàng)新、發(fā)展和完善的過(guò)程。電氣自動(dòng)化程度的高低很大程度上依賴(lài)于電氣化的高功率因素的提高，而其根本的解決途徑就是要結(jié)合現(xiàn)有的濾波技術(shù)來(lái)抵消電氣化中的諧波。我國(guó)在諧波治理與無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)方面去得了較好的成績(jī)，利用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)和其他先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的方式來(lái)治理諧波，能夠有效地提高功率因數(shù)，使得負(fù)序降低，同時(shí)，濾波技術(shù)還能夠?qū)﹄姎饣械闹C波進(jìn)行過(guò)濾或抵消。雖然，我國(guó)在電氣自動(dòng)化和無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)方面取得了好的成效，但是，在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中，無(wú)功補(bǔ)償容量不充足以及電網(wǎng)配置相對(duì)不合理不科學(xué)仍然是目前我國(guó)所面臨的難題。利用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)提供無(wú)功服務(wù)，對(duì)提高電網(wǎng)整個(gè)的安全性和穩(wěn)定性具有非常重要的意義。相對(duì)有功服務(wù)來(lái)說(shuō)，無(wú)功服務(wù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):

1.1分析相對(duì)較復(fù)雜。有功服務(wù)主要的費(fèi)用是發(fā)電費(fèi)用;無(wú)功服務(wù)主要的費(fèi)用是投資費(fèi)用。所以相關(guān)費(fèi)用分析起來(lái)，無(wú)功服務(wù)明顯較為復(fù)雜。

1.2獲取手段相對(duì)具有多樣性。有功只能夠通過(guò)發(fā)電機(jī)獲取，而無(wú)功不僅能夠通過(guò)發(fā)電機(jī)獲取，還能夠通過(guò)相關(guān)的調(diào)相機(jī)、靜止無(wú)功補(bǔ)償器和輸電線路所獲得，所以，獲取手段明顯具有多樣性。

1.3供應(yīng)具有地域性的特點(diǎn)。由于遠(yuǎn)距離輸送無(wú)功需要發(fā)電方和受電方之間有較大的電壓差，而且還容易引起有功功率的損耗，這樣在經(jīng)濟(jì)上就很不劃算，因此，無(wú)功功率不適用于遠(yuǎn)距離的傳輸。所以，有功服務(wù)和無(wú)功服務(wù)的供應(yīng)具有地域性。

2.無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)概述

2.1無(wú)功功率

無(wú)功功率從本質(zhì)上講較為抽象，其主要是用于各電路中電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立及維持磁場(chǎng)的功率。無(wú)功功率本身對(duì)外是不進(jìn)行作功的，而是轉(zhuǎn)化為其他的能量形式。一般情況下，只要電氣設(shè)備中帶有電磁線圈，并且要建立磁場(chǎng)的，就必然會(huì)消耗無(wú)功功率，通常用符號(hào)q來(lái)表示無(wú)功功率其單位是乏和千乏。所謂的無(wú)功功率并非無(wú)用的功率。以電動(dòng)機(jī)為例:電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，需要建立及維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以此來(lái)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，其中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)主要是靠從電源中取得的無(wú)功功率而建立的;再如變壓器，它在工作過(guò)程中也需要無(wú)功功率，從而使一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，并在二次線圈感應(yīng)出電壓。所以，如果沒(méi)有無(wú)功功率，那么電動(dòng)機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器則也無(wú)法變壓。因此，在正常的情況下，用電設(shè)備不僅需要從電源中獲得有功功率，而且還還需要從中獲得無(wú)功功率。一旦電網(wǎng)中的無(wú)功功率出現(xiàn)供不應(yīng)求時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備因?yàn)槿鄙贌o(wú)功功率而無(wú)法建立正常的電磁場(chǎng)換言之，這些設(shè)備將無(wú)法維持在額定情況下的工作，此時(shí)便會(huì)造成設(shè)備端電壓下降，從而影響正常運(yùn)行。

2.2無(wú)功補(bǔ)償工作原理

將具有感性功率負(fù)荷的裝置與容性功率負(fù)荷的裝置并聯(lián)接于同一電路中，能量會(huì)在這兩種負(fù)荷之間相互交換。在這樣的前提下，感性負(fù)荷所需的無(wú)功功率便可由容性符合輸出的無(wú)功功率來(lái)補(bǔ)償。這一過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是將原本應(yīng)該由變壓器或電網(wǎng)提供的無(wú)功功率，改為由交流電力電容器來(lái)進(jìn)行提供。

3.常用無(wú)功補(bǔ)償裝置介紹

采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是目前最常用也是最有效的手段之一，常常采用MSC無(wú)功補(bǔ)償裝置、TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置或MSC+TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置。

3.1 MSC裝置以機(jī)械開(kāi)關(guān)對(duì)電容器進(jìn)行投切的無(wú)功補(bǔ)償裝置，就是控制器進(jìn)行取樣、將交流接觸器對(duì)電容器進(jìn)行投切控制的一種并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，可以手動(dòng)投切或自動(dòng)投切。投切時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常大的合閘涌流。因?yàn)榻涣鹘佑|器無(wú)法在較短的時(shí)間進(jìn)行頻繁的投切，所以這種無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞酱嬖诹考?jí)，通常補(bǔ)償裝置響應(yīng)的時(shí)間超過(guò)過(guò)10秒，且投切的過(guò)度頻繁會(huì)導(dǎo)致交流接觸器觸頭由于電弧的作用損壞，增大運(yùn)行維護(hù)工作量。

3.2 TSC裝置是集機(jī)電、電子和微機(jī)為一體的新型的無(wú)功補(bǔ)償裝置，投切回路的控制有交流接觸器轉(zhuǎn)變?yōu)榫чl管。TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的原理是以自動(dòng)控制器完成電網(wǎng)的無(wú)功電流快速檢測(cè)，經(jīng)對(duì)比、判定后向晶閘管發(fā)出編碼工作方式的通斷信號(hào)，完成投切控制的操作，在通斷信號(hào)到達(dá)控制回路后以過(guò)零觸發(fā)電路對(duì)電容器進(jìn)行投切，理論上不會(huì)產(chǎn)生合閘涌流。在實(shí)際使用過(guò)程中用晶閘管投入電容器時(shí)其合閘涌流也都可以控制在3倍額定電流以?xún)?nèi)，其補(bǔ)償裝置的響應(yīng)時(shí)間為100ms以?xún)?nèi)。

3.3 MSC+TSC投切裝置是交流接觸器與晶閘管組合而成的有觸點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。工作原理與TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置的工作原理相同。工作方式有所區(qū)別:晶閘管與交流接觸器以并聯(lián)的方式組合，以過(guò)零觸發(fā)電路進(jìn)行投切。當(dāng)晶閘管兩端所施加的電壓為零時(shí)，檢測(cè)并發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，控制晶閘管完成導(dǎo)通;在晶閘管導(dǎo)通達(dá)10個(gè)周波之后，發(fā)信號(hào)通知交流接觸器進(jìn)行閉合操作;再10個(gè)周波之后完成晶閘管的斷通。如果要對(duì)電容器進(jìn)行切除時(shí)，先導(dǎo)通晶閘管，在10個(gè)周波之后以信號(hào)發(fā)送的方式實(shí)現(xiàn)交流接觸器的斷開(kāi)，再10個(gè)周波之后斷開(kāi)晶閘管，將電容器完全地從回路中切除這種無(wú)功補(bǔ)償裝置即完成了使用TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)的發(fā)熱問(wèn)題，又解決交流接觸器實(shí)現(xiàn)電容器投切所產(chǎn)生的合閘涌流問(wèn)題。無(wú)功補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)時(shí)間一般為0.5秒左右。

結(jié)束語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償是一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，但并不是一項(xiàng)新開(kāi)發(fā)的技術(shù)。隨著電力電子器件技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的功率器件容量，將逐步得到提高，應(yīng)用有源濾波器進(jìn)行諧波抑制，柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)，進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，將成為電力自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。目前，世界上很多國(guó)家在設(shè)備出廠時(shí)，就加裝了補(bǔ)償電容器，但長(zhǎng)期以來(lái)，我們的企業(yè)往往重視高、低壓的集中補(bǔ)償，而對(duì)企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的功率因數(shù)提高有所忽視，在工礦企業(yè)如此，在其他行業(yè)同樣存在無(wú)功功率的就地補(bǔ)償。在大賓館、大飯店里，大量安裝了大型空調(diào)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供汽系統(tǒng)，這些設(shè)備所采用的電動(dòng)機(jī)容量大、數(shù)量多，還大量使用熒光燈照明這些單位的自然功率因數(shù)也很低，況且當(dāng)前這些單位的用電負(fù)荷并不亞于大中型企業(yè)的用電負(fù)荷。因此，大力宣傳、推廣使用無(wú)功功率的就地補(bǔ)償對(duì)提高各行各業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，緩解供電緊張局面，具有十分重要的意義。

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