电气自动化中的无功补偿技术分析

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摘要：本文阐述了无功补偿的基本要求，介绍了常见的几种无功补偿装置，并提出了无功补偿的选择策略，希望能对提高电气自动化系统资源利用率和提升电网供电质量起到一定参考作用。 

关键词：电气；自动化；无功补偿技术  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  中图分类号 : f407.61文献标识码： a 文章编号：    随着电气自动化技术在各个领域的广泛应用，大量的线性和非线性负载投入运行，使得电气线路的无功补偿不足和谐波污染问题日益严峻，给电气自动化系统造成了大量的电能损耗，极大的制约了电气自动化技术的健康发展，为了提高电力线路的运行质量和改善资源利用率，在电气自动化系统线路中引入了无功补偿装置，从而为保证供电系统的安全性和经济性和提高电气系统运行稳定性提供了有力保障。无功补偿装置也因其优越的性能得到了电力部门和用电企业的高度重视，并在更深层次和领域得到了推广和应用。本文从介绍无功补偿装置的基本要求和常见的无功补偿装置出发，提出了无功补偿装置的选择策略，希望能对提高电气自动化系统资源利用率和提升电网供电质量起到一定参考作用。  一、无功补偿设计的基本要求  在电气自动化系统设计过程中，要就系统的变压器台数和容量、电力拖动设备的类型等问题，以降低线路感抗、提高线路功率因数为出发点进行优化选型。同时，在相关要求允许的情况下，应该尽可能采用同步电动机或者对设备采取空闲工作制来提高用电企业的自然功率因数。当采用提高用电企业自然功率因数的方法仍难以凑效时，就要借助于无功补偿装置来完成。目前，应用最多的是在线路上并联电容器组的方法，而具体补偿时应该遵循平衡补偿的原则。具体的来说有以下几点：一是电容器的选择要以无功负荷的电压等级为依据，对于低压无功负荷，要用低压电容器补偿，而对高压无功负荷，要采用高压电容器补偿。二是对于持续运行且容量较大而平稳的负荷，当无功计算值超过100kvar时，宜在无功负载附近进行就地补偿，并且要保证补偿装置能与线路设备同步通断电。三是对基本无功负荷进行补偿时，应采用在配变电所内实施集中补偿，并且应该采用具有自动调节功能的补偿装置，以避免因补偿过度而导致的无功负荷倒送现象发生。  二、无功补偿装置的常见形式  在需无功补偿的线路中并联电力电容器组是当前最为常用而且有效的无功补偿手段之一，在形式上主要有msc无功补偿装置、tsc无功补偿装置和msc+tsc无功补偿装置等。  2、1msc无功补偿装置  msc无功补偿装置的电容器组投切主要通过机械式开关来实现，并且msc无功补偿装置有自动检测系统，可以通过采样获知线路的无功需求，从而控制交流接触器对分组后的电容器进行手动或自动投切。由于受交流接触器本身通断特性的影响，使得该装置在进行电容器组投切时，会在线路中产生相当大的合闸涌流，并且也是因为交流互感器的原因，该装置的投切通断动作很难在短时间内完成，使得该装置的补偿响应存在着一定的滞后，在现场应用时msc无功补偿装置的投切响应时间一般会大于10秒，而且频繁的投切动作在接触器触点间产生的拉弧现象，会直接导致交流接触器触头烧毁，给装置运行维护增加了工作量。  2、2tsc无功补偿装置  tsc无功补偿装置是针对msc无功补偿装置投切动作的合闸涌流问题进行有益改进的装置，并且该装置在投切控制上引入了机电、微机控制技术，投切回路也将交流接触器用晶闸管代替，使其在投切整体性能上得到了大大的提升。tsc无功补偿装置通过自动控制器对线路的无功电流实施快速检测，并对检测结果进行对比和判定，然后根据判定结果形成编码方式的通断信号，并以此信号作为晶闸管的控制信号来源，从而达到对电力电容器组投切控制的目的。由于该装置通过通断信号以过零触发电路对电容器进行投切，大大削弱了合闸涌流，在实践应用中其合闸涌流一般能够控制在线路额定电流的3倍以内，而且其响应时间也大大缩短，一般能够达到100ms以内。  2、3msc+tsc无功补偿装置  msc+tsc装置在msc无功补偿装置和tsc无功补偿装置的基础上进一步改造，该装置同时采用了这两种补偿装饰所使用的交流接触器和晶闸管，并是这两种开关器件并联与投切回路中，这样就使得该装置具备了后两种装置的优越性而克服了他们的缺点。msc+tsc装置在工作原理上与tsc无功补偿装置相同，在工作方式上以过零触发电路形成的触发信号实现对晶闸管的通断控制，当晶闸管输出端和输入端所施加的电压为零时，检测并发出触发信号，触发晶闸管导通，当晶闸管处于导通状态持续10个周波后，自动控制器发出合闸信号给交流接触器控制其闭合，然后晶闸管在持续导通10个周波后又控制器发出断开信号使其断开；当检测系统传来的检测信号通过对比和判定决定对某电容器组实施切除操作时，不是直接切断闭合的交流接触器，而是首先控制导通晶闸管，在持续10个周波无其他信号传来时则使交流接触器断开，然后晶闸管再接着导通10个周波后又控制器控制进行切断动作，从而达到将电容器完全从回路中切除的目的。msc+tsc装置即解决了tsc装置的发热问题，同时又消除了交流接触器进行电容器投切时产生的合闸涌流，使得补偿效果更具优势，在无功补偿领域得到了得到了广泛的应用。  三、无功补偿装置的选择策略  在无功补偿装置的选用上，要以对电力用户的用电设备负荷特性的渗入分析为依据，并结合各种无功补偿装置的固有特性，来综合考虑，从而实现对无功补偿装置的优化选择。具体的选用策略主要有三个方面  3、1msc装置的选择  msc装置主要可以用于设备连续运行的工况企业，且该用电单位的负荷特性应该具备负载平稳和功率因数变化幅度不大的特点，在补偿方式上，宜采用安装于低压配电侧的集中补偿方式。  3、2tsc装置的选择  tsc装置由于其对冲击性负载的反应灵敏，因此可以应用于具有大量冲击性负载，负荷电流的瞬时变化较频繁且变化幅度较大的用电场所。因为在这种情况下如果使用msc装置，就有可能导致电容器组无法迅速投入，或造成电容器、交流接触等烧毁事故，而要是采用tsc装置进行无功补偿，就可以大大的改善这种状况。以某工况企业为例，该企业所使用的变压器容量为1000kv•a，全部设备投入运行时其自然功率因数在0.6以下，而且存在冲击性和无功瞬时变化率大的负载，因此根据负荷特性选用tsc装置，并在车间配电室采用集中补偿方式，计算得补偿容量需求为330kvar，将其分为12个电容组（1组10kvar、1组20kvar、10组30kvar）进行补偿，该车间投入运行后功率因数提升到0.96以上，获得了很好的节能效果。  3、3msc+tsc装置的选择  msc+tsc装置主要广泛的应用于大型居民区、商场或写字楼等场所，主要是因为这些用电系统中含有诸如电梯、中央空调等运行波动较大的大量的单相负载，对于这类负载采用msc+tsc装置进行混合补偿，可以获得良好的补偿效果。比如某写字楼原来采用msc装置进行无功补偿，由于写字楼的电梯频繁使用，使得msc无功装置频繁投切，导致其交流接触器故障频发，维修工作量很大，因此根据其负载特点对补偿系统采用msc+tsc装置改造。同时考虑到该写字楼内有大量的电脑、打印机等设备，在进行补偿装置改造时在补偿回路中串联了0.5％的电抗器。经过详细计算每台800kv•a的变压器需要补偿容量为270kvar，其中210kvar用于三相共补，60kvar用于三相分补。通过此次改造后补偿系统运行效果良好，功率因数达到了0.9以上。  四 小结  总之，由于电气自动化系统设备中的单相电力牵引力负荷的复杂变化以及其非线性因素增强，使得无功补偿技术成为电力部门研究和探索的重要课题。而现有的msc、tsc和msc+tsc装置在不同的场所具有各自应用的优势和特点，同时也存在着一定的短板和缺点，因此在具体应用中要以“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则，通过实际情况分析来优化使用，从而使msc的静态补偿和tsc的动态补偿相得益彰，最终实现提高电气自动化系统功率因数和节能降损的目的。  参考文献：  [1] 金永旺. 对无功补偿技术在电气自动化中的应用分析[j]. 科技论坛,2012(14).  [2] 谢常华. 电气自动化的发展[j].企业导报.2010,11.  [3] 鲁俊生. 电力网无功功率补偿技术的现状[j]. 企业技术开发,2009(6)．