动态无功补偿装置的应用和分析

马云莉

（仪征化纤股份有限公司，江苏 扬州 225000）

1 概述

对于现代企业来说，生产过程中需要各种类型的设备，如电动机、电焊机、空调机等，且在生产过程中，这些用电设备的运行时间和效率各有不同，对电网的需求和影响也各有不同，对电网的稳定性和安全性提出了更高的要求。特别是大量非线性负载的应用和增加，易引起电网电流、电压波形发生畸变，引起电网的谐波“污染”，使得供电系统故障或电能质量恶化，不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，甚至可能会给企业生产带来毁灭性的影响。

2 无功补偿的必要性

在电网中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，另一种是无功功率。有功功率是纯电阻性负载消耗的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。无功功率是用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持交变磁场和感应磁通，完成电磁能量的相互转换，不对外做功，为系统提供电压支撑，在电源与负荷之间提供电压降落所需的电功率。因此，“无功”并非指没有用的功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

在正常情况下，用电设备不但要消耗有功功率，同时还需要消耗一定的无功功率。如果电网中的无功功率供应不足，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行和电网的稳定性，因此，非常有必要进行无功功率的补偿。

安全性：电力系统中无功功率平衡水平对电压水平有较大的影响。当无功功率损耗较大时，将引起系统电压大幅度下降，影响系统运行的稳定性。尤其是在冲击性负荷存在的情况下，会引起无功的冲击，将影响到电网的安全稳定运行。

经济性：工厂供电的总体方案是：变压器—>配电柜—>用电设备。工厂的很大一部分用电设备为感性负载。如电动机、电焊机、空调机等。当它们投入运行以后，将产生很大的感性电流，这种电流不做功，是无功电流。由于它的存在，使得在供电网络中及变压器中，流过的电流就是电感电流与电阻电流之和，即I=IR+IL。工厂消耗的电能最后归结到变压器为S=3UI=3U（ IR+IL）（kVA）。由于大量无功功率的存在，造成企业消耗大量的无谓的能耗。随着企业节能意识的提高，减少能源消耗的意愿增强，减少无功功率成为企业节能降耗的一项关键技术和首选方案。

同时，系统内的损耗大小与电感电流的平方成正比，这些损耗在变压器及线路中转变成热量散发，使得变压器及配电设备温度升高。不仅影响设备的利用率，还由于温度过高，破坏设备的绝缘，缩短设备的使用寿命，甚至损坏设备。所以怎样减少电感电流，就成了企业减少能源损耗，设备挖潜增加经济效益与社会效益的必由之路。

3 方案选择和分析

XX化纤厂3#分厂变压器容量2000kVA，功率因数平均在0.75-0.85，存在有较大的提升空间，在进行项目实施前，对影响系统的稳定性和安全性的因素进行了分析和总结，具体如下：

（1）雷电；（2）大型冲击性负荷，如电弧炉等。（3）各种故障，如系统故障、操作故障等；（4）重负荷的投入和退出，如大型电机的投入；（5）非线性负荷的存在，如电焊机等；（6）不对称负荷的存在，如牵引机车；

为平衡电网的无功，提高电能的利用率，容性无功补偿就成为电网无功补偿的主要手段。无功补偿经过多年的发展后，经历了一个不断创新、发展完善的过程。主要分为四个阶段：固定补偿时代→机械自动投切时代→晶闸管半控时代→IGBT全控时代。

经过对多个生产厂家的产品分析和比较后，决定选择ABB公司的SRV型动态无功补偿装置，其输出随电力系统负载参数而变化的。通过迅速控制其无功功率输出，SRV调节系统电压，改善暂态稳定，增加输电容量，减少瞬时过电压，增加系统振荡的阻尼和阻尼次同步谐振。使整个装置无功输出呈连续变化，静态和动态地使电压保持在一定范围内，提高系统的稳定性。

4 结果分析

无功补偿装置投入运行后，效果明显，电网的稳定性有较大提高，谐波分量大幅减少，系统投运前后的波形对比图如下。

图1 补偿无功和谐波前后的电压及电流波形图

图2 补偿无功和谐波前后的三相电流波形图

采用无功补偿后收到以下效果：（1）供电电能质量大幅度提高，电压稳定，电压、电流的谐波大量减少，用电设备的干扰对电网的影响减少，提高了供电的稳定性。

（2）功率因数提高，达到0.96（投运前0.8），系统供电能耗降低，线路损耗减少。

（3）延长设备寿命。 改善功率因数后线路总电流减少，使变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低，降低了设备的温升增加寿命（温度每降低10°C，寿命可延长1倍）。

结语

由于企业存在大量的感性负载，且负载运行时间时刻在变化，对电网的无功需求时刻在变化，且需求量相当大，XX化纤厂依据自身设备负载进行详细的无功补偿装置选型和设计，投入运行结果显示，采用动态无功补偿，具有较好的安全性和经济性，具有很强的推广价值。

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[Z].2003.