試論高壓無功補償?shù)闹悄芸刂?/h1>

2007-10-29 00:00  留言

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     近幾年，隨著水泥大型化裝備的成熟，新型干法生產(chǎn)線趨于規(guī)模效應，單條水泥生產(chǎn)線已從日產(chǎn)2500t、5000t、8000t直至10000t。最新電力自動化成果已逐項應用于水泥工廠，但無功補償在電網(wǎng)中一直是技術比較落后的環(huán)節(jié)，如何提升補償設備的技術水準，提高補償效果是我們值得研究的課題。本文就高壓補償?shù)目刂剖侄巫餍┏鯗\的探討。

1．人工控制手段存在的問題

　　目前，在許多工礦企業(yè)集中補償大多采用手動投切電容器的方式控制補償容量。這種控制方式使高壓補償普遍出現(xiàn)下述問題：

　　其一；投切依據(jù)失準。

　　人工投切的主要判據(jù)是使功率因數(shù)表的偏離情況，當功率因數(shù)小于供電部門規(guī)定的標準數(shù)值（如0.85）時，值班人員就投切電容器組。由于功率因數(shù)只反映了無功與有功的比值關系，而并不反映實際所缺少或多余的無功容量。因而必然使由此進行的投切控制失當。
因此，值班人員往往要靠反復的操作，配合負載變化了解，才能摸索出投切何組電容器的經(jīng)驗。實際上靠功率因數(shù)作控制判據(jù)，永遠無法保證投入的準確性。

　　其二；給電壓優(yōu)化帶來的問題。

　　在供電網(wǎng)的管理中，電壓合格率是更為關鍵的要素，電壓大小關系到整個電網(wǎng)的安全及用電設備的正常運行。但是主要靠功率因數(shù)作判據(jù)的人工控制，較難處理補償與電壓之間的動態(tài)關系。投切補償電容必然引起電網(wǎng)電壓的波動，尤其是如何在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)的狀態(tài)下，進行電容器的投切是人工控制極難把握的。既要補償效果好，又不致影響電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，往往是人工控制無法解決的兩難，控制不好時，甚至導致電壓過高、過低危害供用電設備。

　　其三；補償精度不高。

　　由于眾所周知的原因，靠人工控制投切，在操作時，從觀察功率因數(shù)的變化，到了解負荷變化，再選擇各組電容器容量，最終采用安全手段投切電容器，操作人員的判斷與實際情況必然存在較大時差。出現(xiàn)該投未投，該切未切。因此人工操作投切，費時費力，補償容量都只能采用大組的方法，一般都是上千乏（kVar）一組，無法實現(xiàn)小組投切，如此必然使投切容量過大，同樣影響補償精度，另外，由于高壓操作的危險性，同樣使操作人員盡量減少投切的操作頻度，客觀上極難做到投切隨時。
傳統(tǒng)的人工控制補償手段由于存在上述問題，顯然已無法滿足電網(wǎng)安全，設備高效，經(jīng)濟效益優(yōu)化的現(xiàn)代化企業(yè)管理要求。尤其是各地對企業(yè)用電功率因數(shù)與電壓合格率提高標準后，人工控制手段的落后更為明顯。

2．智能控制的基本功能要求

　　隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展與計算機技術的成熟在高壓無功補償控制手段上實現(xiàn)智能化、自動化成為可能。同時應用單片機技術對高壓無功補償進行智能控制必須具備下述功能：

　　其一；實現(xiàn)電壓優(yōu)先。在計算補償容量的同時，能測量出電網(wǎng)電壓是否超標。在電壓過低時，即使無功不缺亦投電容器，直至電壓合格，在電壓超限時，無功不足亦不投電容器。同時必須保證投電容器不至電壓超高，切電容器時不至電壓超低。這就要求控制具有預測功能，即在投電容器時，能預算出投切容量可能引起的電壓變化值。

　　其二；控制判據(jù)可靠正確。補償?shù)耐肚胁粦倏孔x功率因數(shù)，而應通過計算無功功率從而了解實際所需無功。由此判斷投與切電容器組。確保需投則投，需切則切。

　　其三；控制反應時差小。要求對補償容量的確定能迅速及時，既必須正確的測算出電網(wǎng)系統(tǒng)所缺的無功，及電壓的狀況，又必須正確地測算該投切電容器組及由此引起的電壓變化結(jié)果，從而決定優(yōu)先投切的電容器組。一般其反應時間不應超出2分鐘為宜。

　　其四；補償精度高。當電網(wǎng)需補償時，應能滿足需要多少補多少，盡可能地減少過補償原則。這就要求控制手段能比人工控制大幅增功?？刂品龋ńM數(shù)）一般而言，組數(shù)愈多，容量等級愈多，控制幅度就愈大，智能控制必須能滿足對多組（小組）補償容量地控制要求，一般最基本要能實現(xiàn)4-8檔分組控制。最少分組能到幾百千乏。
其五；實時記錄與通信。智能控制必須使無功補償能配合變電站自動化準確地記錄和反映補償裝置的運行情況，在實現(xiàn)自動控制的同時能配合上級電網(wǎng)的管理，遙控投切電容器組。這就要求DCS系統(tǒng)的通信接口及具備相應的功能模塊。

3．模糊控制理論及其應用

　　模糊控制理論為我們即時地做出上述投切決策提供了可能。目前國內(nèi)開發(fā)的GWK-Z型高壓無功電壓自動綜合調(diào)節(jié)裝置，較成功地實現(xiàn)了上述功能目標。它由高壓真空開關、高壓電容器組、電抗器、避雷器、隔離開關和一些附屬設備組成，有高可靠性的控制器按照模糊控制決策進行電壓無功綜合控制。電容器組由高壓真空開關來投切。當控制器測到的無功電流值超過整定值時，控制器根據(jù)需投電容器組的級數(shù)，給出控制信號，自動投入高壓真空開關，將電容器組投入運行。當負載無功電流值低于整定值時，控制器通過檢測負荷側(cè)電壓的高低自動調(diào)節(jié)變壓器分接頭，以實現(xiàn)穩(wěn)定負荷電壓的作用。以上工作狀態(tài)完全自動進行

在控制高壓電容器組進行補償時，實現(xiàn)了下述功能：

1）電壓優(yōu)先: 按電壓求自動投切電容器，使母線電壓始終處于規(guī)定范圍。

　　A: 電壓超高定值時，切除電容器組：

　　B：電壓超低定值時，在保證不過補前提下投電容器組。

2）無功自動補償：依無功大小自動投切電容器組，使系統(tǒng)始終處于無功損耗最小狀態(tài)。電容器分組最多可達7組。

　　A無功欠補投電容器組：

　　B無功過補切電容器組：

3）運行記錄和電壓監(jiān)測功能：自動或隨時調(diào)出內(nèi)存，查看或打印電壓合格率，電容器累計投運時間，電壓超上、下限時間，最低、最高電壓值及出現(xiàn)時間，電容器動作次數(shù)等當月和上月的統(tǒng)計表。

4）遠距通訊功能：遙信、遙測、遙控。

5）自我保護功能。

　　A: 當電容器電流超過值的1.1倍切除電容器閉鎖投切且報警，并有線路壓降補償設計

　　B：自動發(fā)出各動作控制指令之前，首先探詢動作后可能出現(xiàn)的所有超限定值，減少動作次數(shù)

　　C：當電容器控制回路繼保動作、拒動和控制器失電等狀況時，控制器輸出聲光報警信號，并顯示故障部位和閉鎖出口

　　D：手動退出自投狀態(tài)：當手動操作時，控制器自動閉鎖，退出自動控制。

4．高壓無功補償智能控制的應用效果。

　　目前在全國工礦企業(yè)已有不少單位已應用自動控制裝置，我國的水泥生產(chǎn)行業(yè)亦已有不少企業(yè)投運了該類設備，從運行情況看，基本上運行正常，效果良好。由于目前智能投切的設備，因成本問題大部分還是采用了真空開關，因此投切頻率一直是該新技術推廣的敏感問題，直接涉及應用成本。由于水泥行業(yè)的總降負荷變化周期較長（一般以日計），沒有像冶金等行業(yè)那樣的瞬時變化。因此采用真空開關較適宜，既不至大幅增加投資，又能滿足隨時投切。因此目前投運的智能控制裝置都有較好的工況與效果。目前秦嶺水泥股份有限公司及河北金牛水泥股份有限公司、浙江三元水泥股份有限公司等單位投運的裝置都運行正常，功率因數(shù)都在0.95以上，電網(wǎng)電壓合格率亦能很好達到。從效果看水泥行業(yè)推廣該技術能解決以往人工控制無法處理的諸多問題，大大提升了供電設備的技術水準。