試論高壓無功補(bǔ)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(yīng)，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(dòng)化成果已逐項(xiàng)應(yīng)用于水泥工廠，但無功補(bǔ)償在電網(wǎng)中一直是技術(shù)比較落后的環(huán)節(jié)，如何提升補(bǔ)償設(shè)備的技術(shù)水準(zhǔn)，提高補(bǔ)償效果是我們值得研究的課題。本文就高壓補(bǔ)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(bǔ)償大多采用手動(dòng)投切電容器的方式控制補(bǔ)償容量。這種控制方式使高壓補(bǔ)償普遍出現(xiàn)下述問題：

　　其一；投切依據(jù)失準(zhǔn)。

　　人工投切的主要判據(jù)是使功率因數(shù)表的偏離情況，當(dāng)功率因數(shù)小于供電部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值（如0.85）時(shí)，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(guān)系，而并不反映實(shí)際所缺少或多余的無功容量。因而必然使由此進(jìn)行的投切控制失當(dāng)。
因此，值班人員往往要靠反復(fù)的操作，配合負(fù)載變化了解，才能摸索出投切何組電容器的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)際上靠功率因數(shù)作控制判據(jù)，永遠(yuǎn)無法保證投入的準(zhǔn)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(guān)鍵的要素，電壓大小關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全及用電設(shè)備的正常運(yùn)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(bǔ)償與電壓之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。投切補(bǔ)償電容必然引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，尤其是如何在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)的狀態(tài)下，進(jìn)行電容器的投切是人工控制極難把握的。既要補(bǔ)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(shí)，甚至導(dǎo)致電壓過高、過低危害供用電設(shè)備。

　　其三；補(bǔ)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(shí)，從觀察功率因數(shù)的變化，到了解負(fù)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(shí)際情況必然存在較大時(shí)差。出現(xiàn)該投未投，該切未切。因此人工操作投切，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，補(bǔ)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(shí)現(xiàn)小組投切，如此必然使投切容量過大，同樣影響補(bǔ)償精度，另外，由于高壓操作的危險(xiǎn)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(shí)。
傳統(tǒng)的人工控制補(bǔ)償手段由于存在上述問題，顯然已無法滿足電網(wǎng)安全，設(shè)備高效，經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟在高壓無功補(bǔ)償控制手段上實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化成為可能。同時(shí)應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)對高壓無功補(bǔ)償進(jìn)行智能控制必須具備下述功能：

　　其一；實(shí)現(xiàn)電壓優(yōu)先。在計(jì)算補(bǔ)償容量的同時(shí)，能測量出電網(wǎng)電壓是否超標(biāo)。在電壓過低時(shí)，即使無功不缺亦投電容器，直至電壓合格，在電壓超限時(shí)，無功不足亦不投電容器。同時(shí)必須保證投電容器不至電壓超高，切電容器時(shí)不至電壓超低。這就要求控制具有預(yù)測功能，即在投電容器時(shí)，能預(yù)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(bǔ)償?shù)耐肚胁粦?yīng)再靠讀功率因數(shù)，而應(yīng)通過計(jì)算無功功率從而了解實(shí)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(yīng)時(shí)差小。要求對補(bǔ)償容量的確定能迅速及時(shí)，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(yīng)時(shí)間不應(yīng)超出2分鐘為宜。

　　其四；補(bǔ)償精度高。當(dāng)電網(wǎng)需補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)能滿足需要多少補(bǔ)多少，盡可能地減少過補(bǔ)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(jí)愈多，控制幅度就愈大，智能控制必須能滿足對多組（小組）補(bǔ)償容量地控制要求，一般最基本要能實(shí)現(xiàn)4-8檔分組控制。最少分組能到幾百千乏。
其五；實(shí)時(shí)記錄與通信。智能控制必須使無功補(bǔ)償能配合變電站自動(dòng)化準(zhǔn)確地記錄和反映補(bǔ)償裝置的運(yùn)行情況，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的同時(shí)能配合上級(jí)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(yīng)的功能模塊。

3．模糊控制理論及其應(yīng)用

　　模糊控制理論為我們即時(shí)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(dòng)綜合調(diào)節(jié)裝置，較成功地實(shí)現(xiàn)了上述功能目標(biāo)。它由高壓真空開關(guān)、高壓電容器組、電抗器、避雷器、隔離開關(guān)和一些附屬設(shè)備組成，有高可靠性的控制器按照模糊控制決策進(jìn)行電壓無功綜合控制。電容器組由高壓真空開關(guān)來投切。當(dāng)控制器測到的無功電流值超過整定值時(shí)，控制器根據(jù)需投電容器組的級(jí)數(shù)，給出控制信號(hào)，自動(dòng)投入高壓真空開關(guān)，將電容器組投入運(yùn)行。當(dāng)負(fù)載無功電流值低于整定值時(shí)，控制器通過檢測負(fù)荷側(cè)電壓的高低自動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器分接頭，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定負(fù)荷電壓的作用。以上工作狀態(tài)完全自動(dòng)進(jìn)行

在控制高壓電容器組進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，實(shí)現(xiàn)了下述功能：

1）電壓優(yōu)先: 按電壓求自動(dòng)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(shí)，切除電容器組：

　　B：電壓超低定值時(shí)，在保證不過補(bǔ)前提下投電容器組。

2）無功自動(dòng)補(bǔ)償：依無功大小自動(dòng)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(dá)7組。

　　A無功欠補(bǔ)投電容器組：

　　B無功過補(bǔ)切電容器組：

3）運(yùn)行記錄和電壓監(jiān)測功能：自動(dòng)或隨時(shí)調(diào)出內(nèi)存，查看或打印電壓合格率，電容器累計(jì)投運(yùn)時(shí)間，電壓超上、下限時(shí)間，最低、最高電壓值及出現(xiàn)時(shí)間，電容器動(dòng)作次數(shù)等當(dāng)月和上月的統(tǒng)計(jì)表。

4）遠(yuǎn)距通訊功能：遙信、遙測、遙控。

5）自我保護(hù)功能。

　　A: 當(dāng)電容器電流超過值的1.1倍切除電容器閉鎖投切且報(bào)警，并有線路壓降補(bǔ)償設(shè)計(jì)

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

　　C：當(dāng)電容器控制回路繼保動(dòng)作、拒動(dòng)和控制器失電等狀況時(shí)，控制器輸出聲光報(bào)警信號(hào)，并顯示故障部位和閉鎖出口

　　D：手動(dòng)退出自投狀態(tài)：當(dāng)手動(dòng)操作時(shí)，控制器自動(dòng)閉鎖，退出自動(dòng)控制。

4．高壓無功補(bǔ)償智能控制的應(yīng)用效果。

　　目前在全國工礦企業(yè)已有不少單位已應(yīng)用自動(dòng)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(yùn)了該類設(shè)備，從運(yùn)行情況看，基本上運(yùn)行正常，效果良好。由于目前智能投切的設(shè)備，因成本問題大部分還是采用了真空開關(guān)，因此投切頻率一直是該新技術(shù)推廣的敏感問題，直接涉及應(yīng)用成本。由于水泥行業(yè)的總降負(fù)荷變化周期較長（一般以日計(jì)），沒有像冶金等行業(yè)那樣的瞬時(shí)變化。因此采用真空開關(guān)較適宜，既不至大幅增加投資，又能滿足隨時(shí)投切。因此目前投運(yùn)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(yùn)的裝置都運(yùn)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(dá)到。從效果看水泥行業(yè)推廣該技術(shù)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(shè)備的技術(shù)水準(zhǔn)。