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無功補償技術在電氣自動化中的應用研究

  文章類別:工程論文

  摘要:經濟與科技的發展,促進著我國向著工業化方向發展。在工業化發展之路上,電氣自動化技術是及其重要的。電氣自動化技術可以應用到多個領域與社會多個部門,為促進我國的發展起到了積極的作用。隨著人們對電氣自動化系統應用要求的不斷提高,無功補償技術應運而生。本文主要針對無功補償技術,探討其在電氣自動化中的應用策略,希望可以為相關工作人員提供一些參考。
  關鍵詞:電氣自動化,無功補償技術,應用研究
  工業的發展,促進了我國經濟的發展,但是同時也消耗了大量的能源,尤其是電力資源的浪費,嚴重影響了我國能源物質的科學、合理利用,造成了我國能源緊張的局面。因此,在工業發展進程中,技術人員結合電氣自動化技術的特點以及電氣自動化系統的應用情況,尋找無功負序和諧波的綜合補償方法,研究出無功補償技術,以降低電能的消耗量,保證電氣自動化系統的安全、有序運行,同時有效降低成本,提高系統的經濟效益。
  一、簡述無功補償技術
  電網在運行過程中,其電力設備的工作原理是物理學中的電磁感應原理。電能在轉換過程中在周圍環境中產生磁場,并且這個磁場是交變狀態的,使電能在轉換過程中不對外做功,這樣就形成了無功功率。在電力系統中,電源的無功功率在任何時刻都是與總的無功負荷相等,也就是說電網中的無功總是處于平衡狀態的。為了時刻保持這種平衡狀態,技術人員創新地采用無功補償技術向電力系統提供無功功率,以保證電力系統的正常、有序、安全運行。
  無功補償技術主要分為兩種:靜態無功補償技術與可控串聯無功補償技術。這兩種技術在電網中的應用都很普遍,主要是根據實際情況進行選擇運用的。(1)靜態無功補償技術:這是在世界范圍內廣泛應用的無功補償技術,我國對靜態無功補償技術的使用多是集中在輸配電系統與工業部門中,截止到2004年,我國使用靜態無功補償技術安裝在5個高壓變電站上,起到重要的作用。隨著科技人員對技術研究的不斷深入,我國已經可以自行生產靜態無功補償設備,它主要由監控調節屏、人機界面屏、保護與故障錄波屏、交直流系統等組成,運用多目標、多反饋的調節方式投入使用,為我國電力事業做出重要貢獻。(2)可控串聯無功補償技術:這種無功補償技術的工作參數是與工作時間有關的,一般來說,長時間工作與連續15秒工作,其允許通過的最大線路電流可以相差1.1kA(RMS);可控串聯無功補償技術的工作能力是根據系統需要,確定基本串補度與調節范圍,進而確定可控串聯無功補償技術的工作能力。我國對可控串聯無功補償技術的研究已經有60幾年之久,并已經取得了有效的進展,其中具有代表性的是甘肅220kV的“成碧”示范工程,對提高我國電氣自動化系統的輸電能力具有重要的作用。
  二、無功補償技術在電氣自動化系統應用中的重要作用
  簡單來說,在長距離輸電過程中,可以有效地保證電能輸送的穩定性;調節系統電壓,提高功率因數,降低設備容量與功率損耗;加強對低頻振蕩的阻尼,降低短路電流;平衡三相符合,提高系統穩定性;減少無功潮流,減少非線性負荷對諧波的干擾,提高電能輸送質量。
  具體來說,無功補償技術在電氣自動化系統應用中有以下幾點作用。首先,根據視在功率S(電力系統的端口所加電壓有效值與線路中的電流有效值之乘積即為視在功率)與有功功率P的比值(cosφ=P/S),可以得出這個結論:在傳輸單位有功功率時,可以通過無功補償技術提高功率因數,進而降低電氣自動化系統傳輸的功率,提高電氣自動化系統的傳輸能力;其次,根據公式△S=(S1-S2)/S1以及△S%=(1- cosφ1/ cosφ2)×100%來計算電氣自動化系統中變壓器的利用率,并從兩個公式中得出,當功率因數由狀態1提高到狀態2時,電氣自動化系統中的負荷得到增加,并可以通過無功補償技術大大提高變壓器的利用率,有效降低電氣自動化系統設備的成本,提高系統運行的經濟效益;再次;根據公式△U=3×(IaR+IrXl)與IaR+IrXl=(PR+QXl)/U(U代表額定電壓,Ia代表有功電流,Ir代表無功電流,R代表線路電阻,Xl代表線路感抗。其中,R、Xl均為定值)來計算線路中的電壓損失,可以得出這樣的結論:通過無功補償技術可以在傳輸單位有功功率的條件下,降低無功功率,從而提高電壓質量;最后,根據以上幾點的分析,筆者得出這樣的結論,采用無功補償技術,可以對電氣自動化設備的輸電能力進行優化,從而降低電氣自動化系統的有功功率損耗,進而提高系統設備的利用效率。對于用戶來說,這種提高效率的設備技術,不僅可以保證用電的安全,而且還可以有效降低用戶用電成本,提高經濟效益,形成用戶與電氣自動化系統雙贏的局面。
  三、無功補償技術在電氣自動化系統中應用中存在的問題
  無功補償安排的主要方式有三種:分散補償、集中線路補償、就地補償。這三種方式中,就地補償方式可以有效提高電氣自動化系統中供電回路的功率因數,還可以改變電氣自動化系統運行過程中的電壓,保證電壓的穩定與運行質量,降低供電損耗,起到節能的作用。綜合各種因素進行考慮,就地補償是節能效果最佳的安排方式,因此,在電氣自動化系統中應用無功補償技術,可以取得很好的經濟效益。但是,在電氣自動化系統中應用無功補償技術,需要技術人員嚴格注意無功倒送、容量配置、無功潮流問題。所以,推廣無功補償技術還存在這一定的問題。
  首先,在電氣自動化系統中應用無功補償技術,可以減少系統設備的損耗,提高系統運行的穩定性。但是,一旦用電單位用電的功率因數達不到供電局要求的系數標準,電容投入過多,多余的無功功率就會被輸送到電網上,增加電能輸送線路的負擔。這種系統在輸送電能過程中產生的無功倒送現象,將嚴重影響設備的正常運行,增加電氣自動化系統的設備損耗,進而影響系統運行效率,降低了輸送電能的質量。
  其次,在電氣自動化系統中應用無功補償技術需要有一定的容量配置,來保證無功補償技術的有效實施。但是,很多電氣自動化系統中,無功補償容量的配置都不合理,這樣的容量配置不能根據電氣自動化系統運行的實際情況,調節系統中的無功潮流,致使系統運行的容量達不到規范的指標,不能保證電氣自動化系統的正常、有序運行。
  最后,在電氣自動化系統的安全運行條件下,都需要有一個穩定的潮流狀態,這樣才能保證電能供應的質量與效率,滿足用戶的需要。但是,在電網系統運行中,發電廠會產生大量的無功潮流,并在長距離的輸送中發生穿越問題,進而影響電氣自動化系統的正常運行。應用無功補償技術雖然可以降低無功潮流,但是對于長距離的輸送效果不是很好。
  四、無功補償技術在電氣自動化系統中的具體應用
  無功補償技術在電氣自動化系統中的應用,需要一定的無功補償裝置,這些裝置在使用過程中,可以采取聯合的形式,以提高裝置的效能,進而提高裝置利用的有效性。通常情況下,無功補償技術在電氣自動化系統中應用的效果,可以通過以下幾種聯合裝置來實現。固定濾波器(FC)與可控飽和電抗器聯合裝置:這種裝置可以有效地改變磁場中感性電流,平衡系統中的無功功率,保證系統的有效運行。但是這種裝置在長時間的使用過程中,會造成電氣自動化設備的損耗,影響系統裝置的使用性能與壽命,進而影響系統的投入成本,不利于經濟效益的提高;FC與電容器、電抗器聯合裝置:在電氣自動化系統中,電容器與電抗器是最基本的裝置之一。這兩種電氣裝置可以有效隔斷直流、擴大振蕩信號的頻率范圍、維護母線電壓水平、增大短路阻抗等作用。因此,當FC與電容器、電抗器相聯合,組成的裝置具有調節電氣自動化系統中電壓的作用,以穩定系統的無功功率,避免過補償現象,同時實現濾波功能。還有一種還處于研究階段的聯合裝置,這種裝置是由有源與無源濾波器共同組成,它是利用無功補償技術的大容量特性對系統中的諧波電流進行抵消作用,從而實現系統電源對電流的要求。
  五、提高無功補償技術在電氣自動化系統中應用效率的策略
  隨著無功補償技術的不斷發展,在電氣自動化系統中的應用效果也越來越好。相關技術人員積極創新無功補償技術,希望可以克服技術應用上的一些問題,進一步提高無功補償技術在電氣自動化系統中的應用效率。
  首先,進行分區優化控制。在電氣自動化系統中運用無功補償技術,可以有效提高系統運行效率,但是如若同時出現無功功率與電壓問題時,需要技術人員認清系統控制重點,加強對電壓的調控。因此,為了提高無功補償技術在電氣自動化系統中的應用效率,可以進行分區優化控制,將各個模塊按照功能進行分區,并在每一區中制定調控計劃,結合實際情況優化系統運行狀態,提高無功補償技術的應用效率。
  其次,加強技術創新。無功補償技術在電氣自動化系統中應用的推廣工作,還存在著一定的問題,需要技術人員加大研究力度,積極運用先進的技術理念,結合電氣自動化系統運行特點與無功補償技術的應用途徑,創新技術,以提高技術的應用效率。另外,在創新技術過程中,還可以有效考慮改變無功補償的容量,進而改變系統的側負荷,合理配置無功補償裝置,避免無功倒送現象。
  最后,提高電氣自動化系統操作人員的素質。無論怎樣先進的技術,都是需要工作人員具備較高的操作素質,才能更好地發揮其最佳性能。因此,相關工作人員必須加強業務學習與訓練,積極提高自身無功補償技術的應用水平,并在不斷應用中積累經驗,進而有效提高無功補償技術在電氣自動化系統中應用效率。
  結 語:
  綜上所述,隨著電子技術、信息技術、計算機技術等的不斷發展,電氣自動化技術也在不斷創新,它對提高生產效率與提高生活品質都起到了積極的促進作用。尤其是在應用無功補償技術后,電氣自動化系統的應用效果得到有效的提高,不僅大幅度地降低了電能的消耗量,同時也有效地保證了電氣自動化系統安全、有序地運行,提高供電系統的供電質量與經濟效益。相信,隨著工作人員對無功補償技術應用經驗的不斷積累,它在電氣自動化系統中的應用效果也將越來越高,將更好地為人們的生產與生活提供更加優質、有效的服務。
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