無功補償、諧波治理方案及元器件的選取(一)

摘要：本文對低壓配電網內無功功率補償、諧波治理等技術的解決方案， 以及成套裝置中所需元器件的選型進行了簡單的闡述。
關鍵詞：濾波電抗器 濾波成套裝置 諧波治理諧波抑制器
1　前言
　　隨著國民經濟的快速發展和持續增長, 電力建設更是取得了令人矚目的成就, 到2004年底, 我國電站裝機容量已達到4.4億kW, 年發電量達21870億kW/h, 同比增長14.8%。但是電力需求的增長更是迅速, 電力供需矛盾日益突出, 去年用電高峰時期全國就有24個省、區拉閘限電, 同時由于大部分電力設施長期處于超負荷運行狀態, 存在諸多安全隱患, 也出現了不少事故, 給國家和人民財產造成了很大的損失。今年(2005)用電量仍有大幅度的增加，高峰時的電力供應缺口更大(僅北京(2005)用電量仍有大幅度的增加，高峰時的電力供應缺口更大(僅北京2005)用電量仍有大幅度的增加，高峰時的電力供應缺口更大(僅北京地區今年用電高峰時的供電缺口就達到百萬KW以上),電力供應緊張的形勢更加嚴峻。
　　電力供應的嚴重不足已制約了國民經濟發展的速度。而要緩解當前乃至今后一個時期電力供需之間的矛盾, 并從根本上解決問題, 除了國家及地方加大對電力建設的投資力度、增加發電量這一主渠道外, 節約用電、合理用電－采用各種節電措施, 最大限度地利用現有各種電力設施資源也是非常重要的、也是很有必要的。就是要開源與節流并舉。 　　眾所周知, 利用無功功率補償技術來挖掘現有電力資源潛力, 是一種能夠迅速見效的、切實可行的措施之一, 同時也能夠節約大量的電力能源。
2　無功功率補償技術應用方案的確定
2.1　無功功率補償的概念
　　2.1.1無功功率和有功功率一樣是輸配電網中不可缺少的組成部分, 無功功率對供電系統和負載系統的正常運行是十分重要的、也是必需的。
　　2.1.2由于電網中存在大量的感性負載, 所以就需要供電部門提供足夠的無功功率。如果這些無功功率都有發電機(廠)發出并通過長距離的輸電線路傳送到所需的地方, 這顯然是不合理、不經濟的, 實際上也是不可能的。而合理的也是最有效的方法就是在需要無功功率的地方或附近產生(發出)無功功率, 即無功功率補償。
2.2無功功率補償的作用
　　2.2.1由于無功功率的存在, 對電網也會帶來不利的影響, 主要表現在以下方面:
　　(1) 無功功率的增加, 導致電流的增大和視在功率的增加, 從而使發電機、變壓器、起動及控制設備和導線等電氣設備容量的增加。
　　(2) 供電設備及線路損耗增加。
　　(3) 變壓器及線路的電壓降增大, 使供電網電壓產生波動。在電網中, 有功功率的波動一般對電網電壓的影響較小, 電網電壓的波動主要是無功功率的波動引起的。如果是沖擊性無功功率負載, 還會使電網產生劇烈的波動, 甚至發生事故。
　　2.2.2無功功率補償的作用就是要盡量減少無功功率對電網的影響。其作用主要有:
　　(1) 提高供電系統及負載的功率因數, 降低輸電線路及用電設備的容量和負荷, 減少功率消耗。
　　(2) 穩定用電端及電網的電壓, 提高供電質量, 增加輸電系統的穩定性, 提高輸電能力。
　　(3) 平衡三相負荷, 減少無功功率對電網的沖擊。
2.3無功功率補償的方法
　　隨著電力電子控制技術和計算機應用技術的逐步成熟, 用于無功功率補償的方法日益增多, 且補償效果也越來越明顯, 其帶來的經濟效益和社會效益也是巨大的。
　　2.3.1同步調相機
　　同步調相機是早期的無功功率補償方法, 已實際應用數十年, 在電壓和無功功率控制中發揮了非常重要的作用, 同步調相機不僅能補償固定的無功功率, 對變化的無功功率也能進行動態的連續的補償, 而且對于容性、感性無功功率均能起到補償的作用。但由于其自身的諸多缺點, 使其應用越來越少, 目前已基本上遭淘汰, 被新的補償方式所取代。
　　2.3.2并聯電容器及其裝置
　　在各種無功功率補償方法中, 并聯電容器由于其簡單的結構, 方便、靈活的安裝方法, 較低的運行費用和低廉的產品價格等方面的特點, 已使其成為當今無功功率補償技術中使用的主導產品。尤其是隨著電容器制造技術的日益成熟, 其質量水平、壽命等級、安全運行可靠性等指標得以大大提高;品種、規格也越來越齊全, 為補償裝置的設計和制作帶來了極大的便利。故由其為主體制作的各種電容器補償和濾波成套裝置的應用領域也越來越廣泛。已逐步取代了傳統的同步調相機。
　　但是并聯電容器也有其不足之處:例如, 只能分級補償固定的無功功率(其補償精度決定于電容器組中單臺電容器的電容量), 而不能實現連續、線性的補償。另外, 在系統中存在諧波時, 還可能與系統中的固有電抗產生并聯諧振, 使諧波電流放大(可達額定電流的幾倍甚至幾十倍), 導致電容器及相關元器件和線路嚴重過載而燒毀。
2.4無功功率補償的方式
　　按補償裝置的工作方式可分為:(1)三相共同補償;(2)三相分別補償;(3)共補、分補相結合的綜合補償;(4)三相不平衡補償等幾種。
2.5無功功率補償方案的確定
　　根據供、用電系統的無功功率實際需求情況, 決定采取并聯電容器進行無功功率補償時, 要對所采用裝置的類型及配置方案進行策劃、設計、確認。在確定最終方案時需要考慮多方面的影響因素, 還要吸取現有各種裝置運行的經驗和教訓。
　　因需要進行無功功率補償的位置不同, 要達到的預期目標有所區別, 而負載的性質以及供、用電質量也不一樣, 同時也要從經濟角度(投資成本)去考慮, 所以要從實際情況出發對各種方案進行綜合的評定, 從中選擇出合適的方案來。
　　2.5.1在有條件的情況下或必需時, 要對擬補償系統的電能質量進行測試, 分析和評估。這項工作需要專用的測試儀器并由專業技術人員來完成。這一點是非常重要的, 對于一個完整、有效的解決方案以及整套裝置的設計和制作可以說是不可缺少的環節。而以前乃至現在大多數的補償裝置在設計制作之前都沒有認真進行此項工作, 或者說有不少的生產企業根本就沒有技術和能力進行此項工作, 在制作裝置之前僅憑以往的經驗或參考同行廠的樣機。這是目前在運行的大多數無功功率補償裝置補償效果不理想, 達不到設計的功能, 而且經常出現故障, 不能正常工作(有些已棄之不用), 乃至發生火災事故的主要原因之一。另外, 在裝置設計時, 所選元器件的質量以及各種元器件之間參數的匹配是否合理或組裝工藝等也是很重要的原因。