【摘 要】科學技術的進步，使得各種各樣的電氣設備不斷投入使用，而這些設備中存在著許多電容性荷載和電感性荷載，在運行過程中會產生相應的無功功率，其對于供用電會產生一定的不良影響，如降低有功功率輸出、降低電能質量、影響設備容量的充分發揮等。因此，做好無功補償工作是非常重要的。本文對無功補償的重要作用進行了分析，并以某鋼鐵廠為例，對其110kV變電站二期工程的無功補償效果的提升策略進行了研究和討論，希望能夠促進企業電能質量和經濟效益的提高。
【關鍵詞】鋼鐵廠變電站 無功補償 補償效果 措施
工業化進程的加快，帶動了科學技術的發展，也使得社會生產生活對于電力的需求越來越大，電能質量的好壞直接關系著社會的進步和經濟的發展。而從目前來看，由于電容性荷載和電感性荷載的存在，使得電力系統中存在著流動于電容元件和電感元件之間的無功功率，影響供電質量。因此，對于變電站而言，必須將解決無功補償問題，改善電能質量作為工作中的一項重要內容。
1 無功補償的重要作用
在電力系統中，輸出的功率包括了直接消耗電能，并將其轉化為其他能量形式然后利用其作功的有功功率，以及不消耗電能，僅僅將電能轉換為另外一種形式，能夠在電網中與電能進行周期性轉換的無功功率。而無功補償，主要是將具備容性功率負荷的設備與感性功率負荷在同一個電路中實現并聯，使得能量可以在兩種不同負荷間相互轉換，以容性負荷輸出的無功功率對感性負荷所需的無功功率進行補償[1]。無功補償的意義和作用主要體現在以下幾個方面：
（1）改善功率因數：提升供用電系統以及負載的功率因數，降低設備的容量，從而有效減少功率的損耗。
（2）改善電壓調節：在電力系統中，負載自身對于無功功率需求的變化，會引起供電電壓的變化，如果從電源端對這種變化進行調節，可能會導致各種各樣的問題。而通過無功補償，可以對電壓進行有效調節，將其維持在一個相對穩定的范圍內，保證供電質量。
（3）調節負載平衡：電力系統在正常運行中，有時會出現三相不對稱運行的情況，引發負序、零序分量，進而導致附件損耗，引起變壓器飽和等問題。在這種情況下，通過相應的無功補償，能夠將不平衡負載變為平衡負載，確保電力系統的穩定運行。
2 鋼鐵廠電網運行中存在的原因
在鋼鐵廠生產中，軋機是一個非常關鍵的設備，其功率因數通常都比較低，在0.6-0.7之間，具有速度快、工作周期短的特點，因此其對于電網的負荷屬于沖擊性負荷，存在著較大的無功波動。不僅如此，一些大功率的軋機在運行過程中，會導致電網電壓出現劇烈的波動，一些照明燈、顯示器等會出現閃爍的現象，容易引發工作人員的視覺疲勞，產生煩躁情緒，影響工作質量。同時，還可能會對一些精密設備造成影響，甚至引發嚴重的質量事故。不僅如此，軋機在工作狀態下，會產生一些高次諧波，引發電網電壓畸變，進而導致生產設備出現振動、發熱等現象，在增大損耗的同時，也會縮短設備自身的使用壽命。針對這些問題，相關技術人員需要在變電所內，增設相應的電容器組，同時在電容器回路中進行電抗器的串聯，在提高功率因數的同時，對諧波電流進行抑制，從而減少線損，提高企業的電能質量[3]。
3 提高變電站無功補償效果的措施
3.1概況
某鋼鐵廠在對110kV變電所一期工程進行設計和建設的過程中，考慮自身的實際生產需求，設置了一臺容量為50000kVA的主變，同時在10kV母線上設置容量為5010kvar的電容器，將母線的功率因數由原本的0.72提高到了0.98，同時以串聯的方式，加入了12%電抗百分率的空心電抗器，實現對一些典型高次諧波的抑制。電容器組的出現開關采用普通真空斷路器，型號為ZN28-12。并聯電容器裝置的接線圖見圖1。
圖1 并聯電容器裝置的接線圖
3.2存在問題
在一期工程中，由于一次性投切的容量偏大，在電容器投運后，會產生過補償的問題，電壓的升高使得保護裝置容易出現誤動的情況。而如果退出電容器組，電力系統的功率因數將無法達到電力部門的相關要求。同時，在生產過程中，負荷的變化較大，需要對電容器組進行頻繁投切，導致了人力、物力資源的嚴重浪費。
3.3無功補償效果提升策略
在不斷的發展過程中，鋼鐵廠的生產規模迅速擴大，相應的用電量也大大增加，對此，企業管理人員決定對110kV變電所進行二期工程的增容改建，增加了兩臺50000kVA容量的主變，在10kV母線上也增加了兩組容量為10020kvar的電容器組。
在對二期工程進行規劃設計時，技術人員對一期工程中存在的問題進行了全面細致的分析，最終將電容器組分成了容量為2004kvar的5組，以串聯的方式連接了電抗百分率為12%的空心電抗器。為了保證無功補償效率，額外設置了一臺電壓無功綜合控制器，能夠對母線電壓以及無功需求進行分析，對負荷的變化情況進行跟蹤，根據具體情況確定需要投切的電容器的組數，實現對于電容容量的合理調控，確保無功平衡，改善功率因數。
具體來講，在二期工程中，等容分組是非常關鍵的環節，主要是將容量一定的電容器Q平均分為n組，每一組的容量就是電容器的調整容量變化梯度，大小均為Q/n。在實際應用中，分組越多，容量變化梯度越小，則補償精度也就越高[5]。而且，在進行等容分組電容器的投切操作時，是連續無間斷的，因此對于電網產生的沖擊較小，基本上不會引發電壓的劇烈波動。另外，電容器可以實現循環投切，確保了開關與電容器的合理利用，減少了故障發生的機率，在減輕工作量的同時，也能夠延長設備的使用壽命。
對于一期工程中存在的出線開關由于頻繁投切而損壞的問題，在二期工程設計，技術人員對投切電容負荷開關的特點進行了分析和總結：
（1）涌流問題：在電容器投入的瞬間，會產生頻率在250-4000Hz的涌流，其大小受系統電源阻抗以及電容器容量的影響，而即使是單獨一組電容器的合閘涌流，也達到了額定電流的5-15倍。當多組電容逐級投入時，合閘涌流會持續追加，達到電容器額定電流的25-250倍，而即使設置相應的串聯電抗器，合閘涌流仍然超過額定電流數倍以上。
（2）過壓問題：電容器屬于一種儲能元件，當其在電網中并聯運行時，會隨著交流電的周期變化進行充放電。而在分閘的瞬間，電容器存儲了一定的能量，同時兩端都保持了交流電的瞬時電壓，如果分閘操作恰好處于交流電正負半周的峰值，則分閘后電容器所保持的電勢與電網交流電峰值會共同在開關觸頭的間隙上疊加，在不考慮其他因素的情況下，開關觸頭間隙的電壓將會達到額定電壓的2-3倍。一般來講，電容器都會串聯相應的電抗器，分閘瞬間會帶有比較復雜的振蕩，因此疊加在開關觸頭間隙上的電壓可能更大。而如果開關觸頭間隙小，真空度低，絕緣耐壓不足，則可能會發生重擊穿的問題，引發惡性循環。
（3）頻動：在自動補償裝置中，高壓開關每天可能需要分合數次乃至十數次，動作相當頻繁。
由上述分析可知，在對投切電容開關進行選擇時，首先必須確保觸頭具備較大的壓力，能夠承受合閘涌流的沖擊，以避免觸頭燒損；其次，應該保證觸頭間隙適中，足以承受分閘時產生的過電壓，避免重燃問題；然后，應該選擇適合頻繁動作的高壓開關，一期工程中的ZN28-12型真空斷路器更換為ZN12-12型電容器投切占用的真空開關，對存在的問題進行有效解決，提高無功補償的效果。
4 結語
在二期工程建設完成后，該鋼鐵廠在運行過程中，電能質量得到了有效保證，二期工程采用的并聯補償裝置等容分組設計取得了預期的補償效果，保證了企業生產的正常進行，取得了非常顯著的經濟效益。
參考文獻：
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[3]舒楊，彭欣，吳燕.提高鋼鐵廠變電站無功補償效果的方法[J].云南水力發電，2011，27（5）：109-111.
[4]吳蓉.變電站無功補償策略研究[D].浙江大學，2011.
