電路補(bǔ)償法的基本原理范文

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【關(guān)鍵詞】氧化鋅避雷器；伏安特性；在線檢測

避雷器是保護(hù)電力設(shè)備免受因雷擊過電壓，對電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的作用。氧化鋅避雷器具有保護(hù)特性好、動作反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。在使用中由于常在戶外裝設(shè)，所處的環(huán)境較惡劣，會使氧化鋅避雷器日趨老化，使其絕緣性能降低，影響正常工作，嚴(yán)重的時(shí)候會使氧化鋅避雷器失去作用，引起熱崩潰，甚至發(fā)生爆炸。因此，檢測氧化鋅避雷器絕緣特性是否完好就顯得十分重要。本文中主要介紹氧化鋅避雷器的在線檢測的原理和方法，就其中的幾種進(jìn)行比較和分析。

一、氧化鋅避雷器的特性及檢測原理

氧化鋅避雷器由于氧化鋅閥片具有良好的非線性伏安特性，即圖1所示，正常電壓運(yùn)行時(shí)，具有較大的阻抗特性，流過避雷器的電流很小（一般情況下會小于1mA），雷擊或受沖擊時(shí)，其過電壓超過氧化鋅避雷器的擊穿電壓時(shí)，阻抗會呈現(xiàn)較低的特性，使線路強(qiáng)大的沖擊電流迅速流入大地，而使避雷器上所承受的電壓不發(fā)生變化；當(dāng)沖擊過電壓的幅值小于避雷器的擊穿電壓時(shí)，氧化鋅避雷器仍然呈現(xiàn)較高的阻抗特性，呈現(xiàn)絕緣狀態(tài)。

按照上述原理，可以得出氧化鋅避雷器的等效電路圖，即圖2。

其中ux：避雷器運(yùn)行電壓；

ix：流過避雷器的電流；

iR、iC：流過避雷器的阻性電流分量iR和容性電流分量iC。

正常運(yùn)行時(shí)流過氧化鋅避雷器的電流ix很小，稱為泄漏電流，泄漏電流中容性電流分量很大，而阻性電流分量很小。為發(fā)生故障時(shí)，流過它的泄漏電流會發(fā)生變化。目前檢測氧化鋅避雷器正常工作與否的基本原理是通過檢測流過氧化鋅避雷器的泄漏電流的變化情況來判斷其是否工作在正常狀態(tài)。

二、氧化鋅避雷器在線檢測的方法

避雷器在線檢測分為離線檢測和在線檢測。采用離線檢測法需將避雷器停用后再進(jìn)行檢測，會影響電力系統(tǒng)的正常供電。而采用在線檢測不需要停用避雷器，即不影響電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。目前，氧化鋅避雷器的在線檢測方法許多，如總泄漏電流法、基波法、高次諧波分析法和補(bǔ)償法等。下面就對氧化鋅避雷器在線檢測的幾種常見方法進(jìn)行介紹。

2.1總泄漏電流法

總泄漏電流法中假設(shè)流過氧化鋅避雷器的容性電流分量基本保持不變，通過檢測總的泄漏電流變化情況來反映阻性電流分量的變化情況，從而得出氧化鋅避雷器是否處于正常工作的狀態(tài)。現(xiàn)總泄漏電流法主要是采用測量接地引線上通過的泄漏全電流的方法來進(jìn)行檢測，如圖3所示。

總泄漏電流法原理簡單、容易實(shí)現(xiàn)，但不能及時(shí)反映避雷器早期的老化問題。當(dāng)避雷器因受潮而發(fā)生故障時(shí)，阻性電流分量就會發(fā)生較大的變化，從而可以通過測量總電流的發(fā)生變化來發(fā)現(xiàn)故障。當(dāng)總泄漏電流增大為兩倍以上時(shí)，總泄露電流法可以有效地發(fā)現(xiàn)氧化鋅避雷器在運(yùn)行中的受潮和劣化情況。

2.2基次諧波法

基次諧波法利用氧化鋅閥片在正弦波電壓的作用下，它的阻性電流中只有基波電流產(chǎn)生功耗，阻性基波電流是一個(gè)定值，與諧波電壓無關(guān)。在總泄漏電流的基礎(chǔ)上經(jīng)過濾波或者是對總泄漏電流進(jìn)行數(shù)字諧波分析，提取出基波分量后對基波進(jìn)行分解，然后根據(jù)阻性電流分量在基波中所占的比例變化來判斷氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)，基次諧波法測量的原理如圖4所示。

在使用基次諧波法檢測阻性電流分量時(shí)，不需要電網(wǎng)的電壓信號，只需要在避雷器的接地線上直接接一個(gè)電流互感器就可以測得流過氧化鋅避雷器的泄漏電流。基次諧波法的檢測原理較為簡單，具有一定的精確性。但此方法只能反映阻性電流基波成分的變化情況，對于利用高次諧波能夠更反映避雷器的運(yùn)行狀態(tài)是無法完成的。

2.3高次諧波分析法

氧化鋅閥片的絕緣性能下降是其出現(xiàn)故障的主要原因。產(chǎn)生這種現(xiàn)象主要有兩種原因，一是氧化鋅避雷器閥片老化使其非線性伏安特性變差，使得阻性電流分量中的高次諧波電流增大很多，而阻性電流分量的基波分量則不發(fā)生明顯的變化；二是因?yàn)檠趸\避雷器受潮，其表現(xiàn)出的狀況正好與老化引起的狀況相反，其基波分量會發(fā)生明顯的變化，而高次諧波分量則不發(fā)生明顯的變化。因此，使用高次諧波法分析泄漏電流的阻性電流分量能夠更準(zhǔn)確的分析出氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀態(tài)，能夠更好的保證氧化鋅避雷器安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

使用高次諧波分析法過程繁瑣，雖然可以得出泄漏電流的各次阻性和容性電流諧波分量，但是在總的泄漏電流中容性電流分量是基本維持不變的，真正反映氧化鋅避雷器運(yùn)行狀態(tài)的是阻性電流分量。因此，如果能夠?qū)⒖傂孤╇娏髦械娜菪噪娏鞣至窟^濾掉，那么這個(gè)檢測過程將會十分簡單。

2.4補(bǔ)償法

流過氧化鋅避雷器的泄漏電流中容性電流分量占很大比例，而阻性電流分量很小。但是，在用基波法和高次諧波分析法檢測的時(shí)候主要是檢測阻性電流分量的變化情況從而確定氧化鋅避雷器的工作狀況，這就使得基波法和高次諧波分析法在檢測的過程中的準(zhǔn)確性受到了影響。

補(bǔ)償法正是基于這樣的考慮，利用容性電流分量和系統(tǒng)的電壓相角關(guān)系將容性電流分量在總泄漏電流中濾去，從而獲得單一的阻性電流分量，使得檢測的準(zhǔn)確性大大提高。圖5為應(yīng)用補(bǔ)償法檢測流過氧化鋅避雷器泄露電流的原理圖。

補(bǔ)償法在一般情況下能夠準(zhǔn)確的反映氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀態(tài)，但是也存在著不足，這是因?yàn)槿郙OA相距很近，其間存在著很大的雜散電容，會影響測量的結(jié)果，而補(bǔ)償法還不能夠消除相間耦合電容電流和系統(tǒng)高次諧波的影響，使得三相阻性電流出現(xiàn)不平衡。

2.5雙“AT”檢測法

雙“AT”檢測法基本原理為在測量泄漏電流法中設(shè)置一個(gè)對泄漏電流進(jìn)行采樣的AT傳感器外，又增設(shè)一個(gè)AT傳感器來對過電壓情況下沖擊大電流的峰值進(jìn)行采樣分析，從而記錄氧化鋅避雷器的動作次數(shù)，并設(shè)置了參考電壓分析其動作的原因，然后將采集到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)字信號處理，分析處理結(jié)果，從而得出氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀態(tài)。其基本原理圖如圖6所示。

雙“AT”檢測法在線檢測的功能需要通過強(qiáng)大的支持軟件來完成，對在檢測過程中環(huán)境的溫度和系統(tǒng)諧波問題進(jìn)行了充分的考慮，其準(zhǔn)確性較高，但是經(jīng)濟(jì)性不好，因此，雙“AT”檢測法在我國還是處于試用階段，沒有得到廣泛的推廣。

三、檢測方法分析比較

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【關(guān)鍵詞】變電設(shè)計(jì)；無功補(bǔ)償；裝置；設(shè)計(jì)

隨著社會的發(fā)展，人們的需求也在不斷提升，各種各樣的電力器具的應(yīng)用也在日益增多，社會的健康發(fā)展以及人們生活水平的提高同電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)地運(yùn)行息息相關(guān)。在電網(wǎng)的輸送過程中，無功率變化起著越來越重要的作用，它對系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響正在不斷提升。無功功率的不足將造成電壓的下降，相反，無功功率過大則會造成電壓的上升，這樣將會直接影響到當(dāng)前的應(yīng)用線路，產(chǎn)生電壓不穩(wěn)亦或是電力不足的現(xiàn)象。這樣的問題很容易損壞高級元器件，也可能使得電力系統(tǒng)解列或是進(jìn)入崩潰的狀態(tài)，這樣必然造成影響十分惡劣的大范圍的停電事故，此外，也可能造成輸電線的電壓不穩(wěn)定，最終使得電路中一部分元器件被損壞，這些元器件都是對電壓要求比較高的。

一、與無功補(bǔ)償相關(guān)的基本概念

無功補(bǔ)償，我們也將其叫做無功功率補(bǔ)償。在供電系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償對電網(wǎng)的功率因數(shù)可以起到一個(gè)提高的作用，并且可以降低輸送線路的損耗，以此提高供電效率、改善供電環(huán)境。一般地說，無功補(bǔ)償裝置作為配電系統(tǒng)中的不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，是擁有著相當(dāng)重要的地位的，并發(fā)揮著不可替代的作用。在變電工作進(jìn)行的過程中，適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償裝置可以高效率地降低由于線路所產(chǎn)生的電能損耗，與此同時(shí)，無功功率補(bǔ)償對供電質(zhì)量的提高以及供電的穩(wěn)定也有著重要的作用。相反，如果不能在電力系統(tǒng)的工作過程中恰當(dāng)?shù)厥褂脽o功功率補(bǔ)償裝置，很容易使得在供電系統(tǒng)中出現(xiàn)電壓大幅變動的現(xiàn)象，更有甚至?xí)斐上喈?dāng)嚴(yán)重的諧波現(xiàn)象。如今，比較常用的無功功率補(bǔ)償主要有三種，分別是有功功率、無功功率以及視在功率。下面我們分別對其定義進(jìn)行敘述和分析。

（一）有功功率。有功功率是指交流電路中，在一定的周期之內(nèi)，電源所產(chǎn)生的瞬時(shí)功率平均值，或者也可以說成是負(fù)載消耗的功率，這樣的值被我們稱作有功功率，通常使用符號P來表示。

（二）無功功率。如若在一個(gè)電路中存在電感或者電容元器件，那么在該電路的每半個(gè)周期之內(nèi)，都會產(chǎn)生將電源的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌龌螂妶龅哪芰康默F(xiàn)象，并把這些磁場或電場的能量儲存起來，然后再釋放掉，將儲存起來的磁場或電場的能量再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娫吹哪芰浚丛俜颠€給電源，這個(gè)過程叫做能量的交換，而并不是真正地消耗掉了能量，我們把在交換過程中產(chǎn)生的這個(gè)功率值就叫做無功功率，通常使用符號Q來表示。

（三）視在功率。在電路中，電壓與電流的乘積就是視在功率的值，通常我們使用符號S來表示視在功率。

在電力系統(tǒng)當(dāng)中，要想補(bǔ)償用電設(shè)備所需的無功功率，我們通常采用的一種方法是使用并聯(lián)電容器。用這種方法以提高功率因數(shù)，這種方法被我們叫做電容無功補(bǔ)償法，一般來說，相位超前90°的是容性無功電流，它可以同相位滯后90°的感性無功電流相互作用，并抵消其中的一部分，換一種說法就是補(bǔ)償了一部分的無功電流。在電路中使用并聯(lián)電容器的方法之后，功率因數(shù)角同原來相比是變小了，因此功率因數(shù)就會變大，但是，這個(gè)過程并不會使感性的功率負(fù)載所產(chǎn)生的有功功率發(fā)生改變，只不過是如果想得到相同的有功功率，那么所需要的視在功率變少了。根據(jù)無功補(bǔ)償?shù)难b置我們可以看到，它把功率符合裝置同感性功率的負(fù)載裝置并聯(lián)在了一起，這樣就形成了統(tǒng)一的一個(gè)電路，并且兩者間可以進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，我們通常將這種形式稱作無功功率補(bǔ)償。

二、進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)谋匾?/p>

在電力系統(tǒng)中，異步電動機(jī)和變壓器等都是相對比較常用的設(shè)備，對于輸電線路，一大部分都是感性的負(fù)荷，因此在運(yùn)行的時(shí)候勢必要向這些設(shè)備提供無功功率。無功電源包括如發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器和靜止補(bǔ)償器等等。通常來說，產(chǎn)生無功功率基本上是不消耗能源的，然而，無功功率在沿著電力網(wǎng)傳輸?shù)倪^程中，勢必要產(chǎn)生電壓的損耗以及有功功率的損耗。假如讓發(fā)電的企業(yè)直接給用戶供應(yīng)其所需要的大量的無功功率，那么變壓器和輸電線路輸送如此大量的無功功率勢必會造成相當(dāng)?shù)碾娔艿膿p耗，這是不科學(xué)的也并不經(jīng)濟(jì)。為了能夠盡最大的努力來降低無功功率在傳輸?shù)倪^程中所造成的電能損耗，并且提高輸配電效率，那么無功補(bǔ)償設(shè)備必須要合理地分配和布局，我們采取的原則簡要概括為八個(gè)字：分級補(bǔ)償，就地平衡。

無功功率的補(bǔ)償容量如果得到合理的分配，就可以達(dá)到改變電力網(wǎng)的無功潮流的分布的目的，這樣就可以真正地實(shí)現(xiàn)減少電壓損耗以及有功功率的損耗，以此來改善電壓的質(zhì)量。在進(jìn)行補(bǔ)償裝置的設(shè)置過程中，應(yīng)該根據(jù)各種因素例如電網(wǎng)電壓、有功分配、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、無功平衡以及的、調(diào)相調(diào)壓等，來提出關(guān)于補(bǔ)償裝置的參數(shù)，例如設(shè)置地點(diǎn)、容量以及電壓的等級和形式種類等。

三、無功功率補(bǔ)償?shù)脑?/p>

電網(wǎng)的負(fù)荷由于傳輸了無功功率而被加重了，同時(shí)也增加了電網(wǎng)的損耗并造成系統(tǒng)電壓的下降。因此，我們可以采取就近、就地補(bǔ)償?shù)姆椒āＨ缜懊嫖覀兯v到的，并聯(lián)電容器可以補(bǔ)償感性無功功率，如果容性無功功率（QC）同感性無功功率（QL）相等，那么此時(shí)，電網(wǎng)傳輸?shù)膬H僅是有功功率（P）。根據(jù)我們國家對相關(guān)部分內(nèi)容的規(guī)定，高壓的用戶其功率因數(shù)必須要達(dá)0.9以上；而低壓的用戶其功率因數(shù)也需達(dá)0.85以上，無功補(bǔ)償，從本質(zhì)上來說它就是盡最大限度地減少無功功率的傳輸。因此，我們可以想辦法，就地安裝上無功的電源，以此來達(dá)到用戶和網(wǎng)絡(luò)元器件的需求。

四、無功功率補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>

從理論上來說，要想進(jìn)行無功補(bǔ)償，簡而言之就是就地?zé)o功，即無功需要在哪里，就在哪里進(jìn)行補(bǔ)償，使得整個(gè)系統(tǒng)都是沒有無功的流動的。但是我們深知，這在現(xiàn)實(shí)電網(wǎng)系統(tǒng)中是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此又理論聯(lián)系實(shí)際我們得出如下幾個(gè)可行的無功補(bǔ)償方式：（1）在變電所中的母線集中，裝上并聯(lián)電容器（組）。（2）在高壓配電線和低壓配電線中，分散地裝上并聯(lián)電容器（組）。（3）在配電變壓器的低壓一側(cè)以及用戶的車間配電屏分別裝上并聯(lián)電容器。

五、無功功率補(bǔ)償所能達(dá)到的效果

（一）提高功率因數(shù)。

（二）減低電力系統(tǒng)中的電能的損失以及功率的損耗。

（三）改善用戶端的電能的質(zhì)量，并降低輸電線路中的電壓損失。

（四）提高設(shè)備的供電能力，從而節(jié)省投資。

（五）減少用戶的電費(fèi)開支，降低了生產(chǎn)的成本。

六、總結(jié)

在整個(gè)電力系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償有著十分重要的意義和不可替代的作用。我們進(jìn)行無功補(bǔ)償所采取的原則是“全面規(guī)劃，合理布局，分級補(bǔ)償，就地平衡”。將無功補(bǔ)償容量的配置設(shè)定是變壓器的容量的0.1至0.15倍，并遵循只能欠補(bǔ)、不能過補(bǔ)原則，防止產(chǎn)生無功的導(dǎo)流現(xiàn)象。我們需要做的就是合理配置和管理無功補(bǔ)償?shù)难b置，繼而來獲得由于無功補(bǔ)償所產(chǎn)生的最大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]電力系統(tǒng)電壓和無功補(bǔ)償電力技術(shù)導(dǎo)則.SD325-89

[2]變壓器設(shè)計(jì)國家標(biāo)準(zhǔn).GB6451.2-86.