1、动态无功补偿装置的研制Research on Dynamic Reactive - power Compensation Devices东北电力科学研究院(110006) 苑舜 王宏 罗礼全摘要 文中阐述了负荷大小和分布、三相负荷平衡程度及负荷变化情况是决定合理无功补偿方式的主要依据，列举了已研制出或正在研制的几种动态无功补偿装置，叙述了各种补偿装置的共同特征，提出了达到节能充分、提高电能质量和保证使用寿命的有效措施。关键词 无功补偿装置研制根据 1997年 11月 1日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十八次会议通过“中华人民共和国节约能源法”的精神，电力应在输送、供应方面逐步提高能源利用
2、效率，促进国民经济向节能方向发展，是国家发展经济的一项长远战陷方针。目前，各种企业机械加工、油田、煤田、炼钢、农业等所采用的用电设备多为感性负荷，即为异步电动机，约占动力设备的 85%90%。仅辽河油田所用异步电动机就达万余台。沈阳城网变电所变电容量约为 53万 kVA。变电站集中反应功率因数偏低，最高不到 0. 85，最低为 0.4。这种感性负荷除需大量有功负荷外，还需从发电厂输送、供给大量的无功负荷，这两种功率在输送和供应过程中存茌着巨大的功率损耗，电能输送和供应效率偏低。1 无功补偿方式的确定无功补偿方式有集中补偿、分散补偿和综合补偿方式 3种。负荷量大小、分布决定无功补偿方式，并应从低
3、压配电系统向中高压系统逐级进行补偿配置，以求得最优补偿效果。低压配电系统具有负荷较为集中，线路短，分支多的特点，但负荷设备容量不同，对其中设备容量较大的应采用分散补偿（即就地补偿） ，容量偏小的采用集中补偿，因此，补偿方式一般应采用集中补偿、分散补偿相结合的综合补偿方式最为合理，这不仅可取得较好的节电效果，而且投资合- 12理，方便控制与维修。10 kV供电系统特点是供电范围广，供电变压器容量不等，台数多。变压器对下级而言是电源，但对上级而言却是负荷。在变压器运行时，其本身将产生有功损耗，也需无功功率。对这种供电系统一般在 10 kV线路末端也应采用综合补偿方式较为合理，以利于降低线路、变压器
4、的电能损耗和提高网路末端电压水平。三相负荷对称程度决定相补和全补方式。三相对称负荷应采用全相补偿方式，即三相同时进行补偿（如工业企业电动机较多，负荷较为对称） 。三相负荷不对称，则应采用分相单独进行补偿。 （如城网生活区三相负荷多为不对称运行） 。负荷变化情沉决定静态和动态补偿方式。负荷变化较为平稳，应采用静态补偿方式，这不仅能较好地降低线路损耗，而且投资少。负荷变化较大，应采用动态补偿方式，达到充分补偿，提高稳定电压的作用。针对上述情况，根据负荷结构和变化，我们已研制出和正在研制的动态无功补偿装置有：a 城网小区变电所相控式动态无功补偿装置。b 大小型企业变电所监测、保护、动态无功补偿控制装
5、置。c 低压电动机动态无功补偿控制装置。d 高压(6 kV)电动机动态无功补偿控制装置。上述第一种电动机无功动态补偿控制装置适用于三相负荷不平衡，每相负荷都变化的条件。其余三种均适用于三相负荷基本平衡的条件。它们的共同特点是：动态无功补偿装置投切速度快，无浪涌电流产生，提高电压水平，保证补偿装置的使用寿命，补偿充分，功率因数波动小，对网络具有抑制谐波等功能。2 动态无功补偿装置的功能2.1 节能充分功率因数是电力系统的综合经济运行指标，功率因数高电力系统运行经济，企业用电合理，反之，系统运行不经济，企业用电不合理，电能损耗大。设在某一额定电压下，有功功率不变，由于功率因数变化，其线路损耗变化率
6、为P%=1 一（詈舞）2100%式中 cosQl -原有的功率因数；COS7 -补偿后的功率因数。若在恒定有功功率条件下，原有功率因数为0.7，提高到 0. 95时，其线损率降低为P%=1 一 （誊弓2100%=46%加设补偿装置后，线损率比未补偿时降低了46%。若补偿装置采用动态补偿装置，将电力电容器分组跟踪补偿，则可由原来不同的功率因数稳定在规定的功率因数范围内，达到充分补偿目的。加设补偿装置后，可提高功率因数，它对企业的直接功率因数经济效益是明显的。因为国家电价制度中，从合理利用能源出发，依据企业的功率因数值来调整电价高低。这种补偿装置不仅对企业，而且对整个电力系统的经济运行都有着重大的
7、经济效盏。2.2 改善电能质量2.2.1 改善电压质量改善电压质量是指装设本补偿装置前后，作用在补偿地点的线路电压稍有提高。其计算公式为甜 1一U2“= 100%=一 UItan中 2XR +tanoi X式中 tan 中，-未装设补偿装置前功率因数的正切值：tan中：-装设补偿装置后功率因数的正切值：R、X-线路的电阻、电抗。上式表明：补偿后功率因数越高，其对应正切值 tan中：越低，电压损耗越小；功率因数越低，其对应正切值 tani越大，则电压损耗越大，这对电动机的启动和自启动有利。2.2.2减少网路污染供配电系统中存在着各种各样引起高次谐波电流的设备，如电焊机、逆变设备、整流设备、电气机
8、车都是谐波电流源，它不仅增加发电机、变压器等电磁元件的损耗，且对网路污染日趋严重，使计算机、电子设备、仪表受到干扰和测量精度下降。为此需加以抑制。本补偿装置设有滤波器，与电容器相串联，不仅不产生谐波，且对网路原有某一次高次谐波具有滤波作用，其公式为1KWL -i历=0式中 K为滤除的谐波次数，为 5、7、1 1、13，因此本补偿装置将会降低网络的污染程度，提高计算机运行的可靠性和仪表的测量精度，且降低了系统中发电机、变庄器、电动机等电磁元件因污染所带来的电能损耗。3 实现可靠长寿命控制装置的措施原有补偿装置中电力电容器采用有触点控制开关（如接触器、自动开关）控制，在投切过程中由于电容器极性的存
9、在必然产生涌流，这种涌流将使图 1触发控制装置（下转第 24页）- 13 -使机组的运行可靠性明显提高，应统计的 12 a中机组本身未发生过强迫停运，等效可用系数在97%以上。自 1986年至 1998年 9月大修间隔时间长达 12 a（1993 年进行一次检查性中修） ，累计运行约 63 000 h，启动次数近 2 800次。2、6 号机组一直存在着水力不平衡力过大问题，造成机组运行不稳定。2 号机组在 1990年末至 1991年初的扩大性大修中，由于实施了割除转轮下密梳齿措施，彻底解决了水力振动问题，取得了明显的效果。机组运行十分稳定，其等效可用系数均在 97%以上。至今已运行 9a多，累
10、计运行达58 000 h以上，启动次数 600次以上。在 1995年大修中，对 6号机转轮也采取了同样措施（取消转轮下梳齿） ，消除了长期存在的水力不平衡问题，至今已安全稳定运行 4a多。3号机组 1988年初对发电机进行增容改造。自 1988年至 1995年 10月，机组大修间隔长达 7a，累计运行约 35 000 h，启动次数达 1 100次。特别是通过 1995年扩大性大修，更换了调速器、导水机构，水轮机不锈钢轴颈重加工及机组自动化元件改造后，机组运行情况一直稳定。4号机组发电机是运行年限最长的一台机组，虽然定子线圈绝缘老化，但发展缓慢，隈制负荷运行 10 a多，其运行可靠性仍然较高。由
11、于其运行稳定性很好，故创造了丰满电厂机组大修间隔最长纪录。自 1983年至 1994年机组大修间隔长达 11 a（从未进行过中修） ，累计运行 38 000 h，启动次数近 4 000次。自 1996年 9月至 1997年 5月，用历时 9个月的时间，对 4号机组进行了以更换水轮机转轮为中心的现代化改造，不仅彻底处理了机组存在的重大缺陷及隐患，使机组的整机性能及稳定性明显提高，而且机组额定功率提高了 25 MW，机组平均效率提高 2%3%，实现了计算机监控，为 4号机组长期安全稳定运行打下牢固的基础。5、7、8 号机组是运行情况较好的机组，除 8号机组存在尾水管里衬钢板脱落的问题外，几乎无其它
12、较大缺陷，其等效可用系数较高。5 号机组自1991年至 1997年的大修间隔为 6 a，累计运行 15000 h，启动次数 1 600次。7 号机组自 1985年至1993年大修间隔长达 8a，累计运行 48 800 h，启动次数 624次：1994 年初至今，7 号机组已安全运行近 35 000 h，启动次数近 400次。8 号机组因二期工程 9、10 号机组安装工作的影响。停用多年，故未做统计分析。9、10 号机组为二期工程安装的机组。9 弓机组自 1993年大修至今已安全稳定运行 6a多，累计运行 15 900 h，启动次数 1 100次。10 号机组自1994年大修以来运行稳定可靠，累
13、计运行 13 000h，启动次数近 1 050次。6结束语综上所述，丰满电厂机组大修间隔已达 67 a以上，最长达 12 a，在机组大修周期内累计运行小时数最高已达 60 000 h以上，这在国内老水电机组中是处于领先水平的，但总的来讲尚处于状态检修的初级阶段，要达到定量准确地诊断机组的运行状况，实现真正意义上的状态检修还有一定的距离，目前，正在进行机组诊断专家系统的开发等研究工作。作者简介：冯艳蓉，女，辽宁营口人，高工，硕士，主要从事水电机组检修改造工作。李奎生，男，山东青州人，高级讲师，学士，主要从事水电机组仿真方面的研究。(收稿日期 1999 - 04 - 02)（上接第 13页）电力电
14、容器、控制开关受到损伤，降低使用寿命，这是原有补偿装置的致命弱点。本补偿装置中电力电容器采用无触点晶闸管作为控制开关，具有响应速度快、操作频率高等特性，触发装置见图 1。对于 10 kV网络、6 kV 异步电动机的控制装置，应用我们所研制成的真空触发装置，它具有晶闸管相似的电压过零快速闭合、电流过零自然关哳的性能。这对稳定冲击负荷端电压，提高电力系统- 24 -运行的稳定性均有良好的作用。并在其通断过程中采用电压、电流过零触发与关断方式，消除了浪涌电流的产生，这样就保证了电容器、晶闸管、真空触发装置等电器元件的使用寿命和补偿装置运行的可靠性。作者简介：苑舜，男，博士，高工，主要从事电器专业方面的研究工作。王宏，男，学士，高工，主要从事电器专业方面的研制工作。(收稿日期 1999 - 04 - 13)
