電氣自動化中的無功補償
本文對無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用進行了論述，為了使之完善，也對這些無功補償技術(shù)存在的問題提出了個人的意見和建議。
摘要：目前電氣化鐵路存在著功率因數(shù)比較低的問題，為了使這個問題得到解決，技術(shù)需要進行改造和創(chuàng)新。這就要求了要采用無功補償技術(shù)，進而為技術(shù)提高供電的質(zhì)量,減少技術(shù)中的電能損耗。
關(guān)鍵詞：無功補償;技術(shù);自動化
1、 無功補償技術(shù)的研究現(xiàn)狀
隨著電氣化程度的進一步加深，一些先進技術(shù)的相繼的被采用，無功補償技術(shù)的研究現(xiàn)狀也進一步的得到了提升。為了提高電氣化鐵路存在著功率因數(shù)，降低鐵路中的負序，這就需要構(gòu)成有效的濾波通路，對所指定的諧波進行濾除或抵消，很早開始國內(nèi)外在無功補償技術(shù)這方面已經(jīng)開始進行了深入的研究，希望這種技術(shù)能造福于人類。其中最有影響力的是英國的ERG5/ERG5/4，原蘇聯(lián)的1000-3―6IEC。近幾年來，我國結(jié)合國外的先進技術(shù)，在這方面也有了突破，并制定了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，對電氣化鐵道中的無功補償與諧波結(jié)合使用方面提出了很多的無功補償類的方案，大多是想在基波的基礎(chǔ)上，對牽引負荷的感性無功功率進行補償，進而提高了鐵路中的功率因數(shù)，降低相關(guān)的負序，形成了一條有效的濾波通路，這就使指定的諧波被濾除或抵消了。
2、 無功補償技術(shù)的實現(xiàn)途徑及其特點
進行安裝由固定電容器和電抗器組成的單調(diào)諧濾波器。在設(shè)計的過程中，需要濾除或抵消所指定的諧波，在此基礎(chǔ)上提高功率因數(shù)，降低相關(guān)的負序。另外，真空斷路器要對電容器進行適當(dāng)?shù)耐肚小＿@個設(shè)計的最大優(yōu)點是操作比較簡單，投資比較小;但這個設(shè)計中利用的是合閘，這就會使電容器上產(chǎn)生過高的電壓，使相關(guān)設(shè)備遭到損壞，再考慮到有開關(guān)壽命有限，不能反復(fù)的進行投切操作，這就會使動態(tài)補償?shù)男Ч皇翘�。那么若先固定濾波器和晶閘管，然后在對電抗器進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。這個過程中注意晶閘管需要反并聯(lián)，電抗器需要串聯(lián)，這樣才能使其組合和呈并聯(lián)狀態(tài)的濾波器中多余的無功補償電流平衡掉，進而提高了功率因數(shù)，滿足了功率因數(shù)的要求。這個設(shè)計好的地方是固定濾波器可以長期的投入，這個過程中需要的品閘管數(shù)量相對來說比較少，響應(yīng)速度還快，但美中不足的是這個過程中也產(chǎn)生相應(yīng)的諧波。若采用先固定濾波器和使用可控飽和電抗器的方案，則需要先調(diào)節(jié)飽和電抗器的磁飽和程度來使流入回路的感性電流得到改變，這樣就使其結(jié)合和呈并聯(lián)狀態(tài)下的濾波器中無用的容性無功功率平衡掉。這個方案好的是固定過的呈并聯(lián)狀態(tài)下的濾波支路可以長期的進行投入，得到平衡，但這個過程固定過的呈并聯(lián)狀態(tài)下的濾波支路長期的使用也會產(chǎn)生諧波，而且過程中還會產(chǎn)生有損耗，噪聲比較大。這就需要安裝有源濾波器，采用相關(guān)的電力電子裝置，使其產(chǎn)生的電流和負荷中的諧波的電流、負序的電流抵消掉，進而滿足過程中電源的總諧波的要求和提高功率因數(shù)的要求。這種方案的優(yōu)點是過程中的無功補償比較靈活，調(diào)節(jié)的速度比較快，這樣就不會和系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，但這個過程中的電力電子設(shè)備價格太貴。還有一種方案是先固定濾波器、電容器和電抗器，然后進行相關(guān)的調(diào)壓。這個方案是通過調(diào)節(jié)降壓變壓器處于低壓時，對母線電壓進行調(diào)節(jié)，使連接在低壓母線上的濾波器電壓或電抗器的電壓進而得到調(diào)節(jié)，最后改變無功補償。調(diào)節(jié)時用品閘管通斷，分接開關(guān)無載調(diào)節(jié)，電氣壽命理論上不受限制。
在實際的應(yīng)用中，通常需要通過加裝來提供穩(wěn)定的無功功率和使指定的無用波過濾掉，這就需要選擇有源濾波器和無源濾波器進行調(diào)節(jié)。目前無功補償技術(shù)還處于研究的階段，采用了有源濾波器和無源濾波器使其產(chǎn)生的電流與負荷過程中產(chǎn)生的諧波電流抵消掉，進而來滿足電源的總諧波電流的相關(guān)要求，這個過程中的最大優(yōu)點是充分的利用了無源補償?shù)拇笕萘康奶攸c和有源補償?shù)母叨褥`活性、可控性。
3、 無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用
通常電能質(zhì)量是評價牽引供電系統(tǒng)設(shè)計和運行優(yōu)劣的件能的指標(biāo)，而電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。由于系統(tǒng)中的接觸網(wǎng)、變電所和牽引機車中的無功狀態(tài)受負荷消耗的無功功率，即電力機車的功率因數(shù)的影響，這就給所在地區(qū)的電網(wǎng)帶來了嚴(yán)重的負面影響。另外，接觸網(wǎng)和牽引變壓器的阻抗大小不同，也會對所在地區(qū)電網(wǎng)帶來了負面影響。例如：當(dāng)出現(xiàn)很多的整流的非線形負荷時，就會產(chǎn)生高頻率的諧波，這就會使當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)波形質(zhì)量受到影響而下降，進而會引起當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電壓發(fā)生一些偏移和波動，使電網(wǎng)質(zhì)量和安全沒有保障。為了解決各種類似問題，我國的電氣化鐵道中通常采用SCOTT變壓器，即斯科特變壓器提供特殊供電方式。另外，在電力機車上安裝濾波裝置，使機車的功率因數(shù)得到提高。
補償裝置的電路是由串聯(lián)的電容器和串聯(lián)的電抗器組成，接在主變壓器的牽引著的繞組上，并用晶閘管電子對開關(guān)進行投切操作。對于高頻的諧波，補償了電路的容性，在電網(wǎng)返回過大的無功電流時，就會起到無功補償作用。而對于低頻的諧波，電路通常是低阻抗，它會吸收被返回的低頻諧波的電流，進而降低輸出的諧波電流。有些電站設(shè)置了一種固定的無功補償?shù)臑V波裝置，雖然這些措施在一定程度上取得了顯著成績，尤其是隨著全國電氣化線路的逐漸增長，電力系統(tǒng)容量也隨之漸漸的增大了，這就要求電氣化供電的設(shè)計中要合理的配置區(qū)段相位。但從宏觀方面來說，負序問題雖得到了暫時的解決，但有些牽引變電站的很多問題沒有徹底的得到解決。
4 、無功補償技術(shù)目前存在問題
電氣化系統(tǒng)中進行無功補償技術(shù)使經(jīng)濟效益顯著增加并得到推廣，但在推廣中還有很多問題沒有得到解決。例如：當(dāng)大量的電流從發(fā)電廠運輸?shù)礁邏鹤冸娬�，再通過輸電的線路運輸?shù)街械蛪鹤冸娬緯r，會使大量的無功電流遠距離的進行運輸變得困難。再如，若無功補償容量沒有合理的配置，大多數(shù)的變電站補償電容因為是整組的進行投切，那么就不能由負荷發(fā)生變化使之被平衡掉，就會出現(xiàn)高負荷造成功率因數(shù)很低或出現(xiàn)低負荷造成過補償。若增加重配置電線路的負擔(dān)，會使負荷處于低谷時造成無功的倒送，給使用固定電容器補償方式的用戶造成不便。
5 、對無功補償技術(shù)提出的意見
負荷電流在通過線路和變壓器時會產(chǎn)生電能損耗，這就使功率因數(shù)降低，那么地區(qū)電網(wǎng)所需功率就會越大，線上的損耗就會越大。因此，在電的兩端要安裝無功補償?shù)难b置，使線路中負荷的無功功率損耗減少�？傊�，提高功率的因數(shù)，降低線的損耗是節(jié)能的最直接、最經(jīng)濟的方法。對負荷較大的公用變壓器，要全面考慮和高度重視配網(wǎng)中的無功補償。
加強對用戶無功補償?shù)墓芾砗托麄鞴?jié)能的力度，使用戶認識到小容量用戶也可通過加強無功補償來減少各種內(nèi)部原因造成的有功功率的損耗，進而可以節(jié)約用電。
6 、結(jié)束語
隨著電氣自動化技術(shù)及其設(shè)備在社會的各部門和各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電氣設(shè)備中的單相電力牽引負荷變化比較復(fù)雜，非線性因素也漸漸地增強。隨著無功功率的增大，注入電力系統(tǒng)中的負序和諧波等問題都會表現(xiàn)出。另外，圍隨著電氣化程度的加深其適用范圍也日益得到擴展。為了更好的解決國民生產(chǎn)中電力資源的浪費，本文結(jié)合了電氣自動化技術(shù)和其相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)特點、負荷特點，采用無功補償技術(shù)，對無功、負序和諧波的綜合提出來補償方法和建議，希望能夠為電氣供電系統(tǒng)和安全系統(tǒng)做出貢獻。
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