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            2023年溫室氣體排放核查報告


            社會責任報告

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            精解無功補償的原理、作用及術語大全

            一、功率的概念

            功率(英語:power)是單位時間內做功的大小或能量轉換的大小。

            1、視在功率:視在功率是指發電機發出的總功率,其中可以分為有功部分和無功部分。

            2、有功功率:有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率,也就是將電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。

            3、無功功率:是用于電路內電場與磁場的交換,并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率,它不對外作功,而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁線圈的電氣設備,建立磁場,就要消耗無功功率。無功功率不做功,但要有功功率的傳導先滿足電網的無功功率。


            二、需要無功補償的原因

            在正常情況下,用電設備不但要從電源取得有功功率,同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求,用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場,這些用電設備就不能維持在額定情況下工作,用電設備的端電壓就要下降,從而影響用電設備的正常運行。

            但是從發電機和高壓輸電線供給的無功功率遠遠滿足不了負荷的需要,所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率,以用戶對無功功率的需要,這樣用電設備才能在額定電壓下工作。無功補償是把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路,能量在兩種負荷之間相互交換,這樣,感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。


            三、無功補償的一般方法

            無功補償通常采用的方法主要有3種:低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。下面簡單介紹3種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優缺點。

            1、低壓個別補償

            低壓個別補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接,它與用電設備共用一套斷路器,通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連接運行(如大中型異步電動機)的無功消耗,以補勵磁無功為主。低壓個別補償的優點是:用電設備運行時,無功補償投入,用電設備停動時,補償設備也退出,因此不會造成無功倒送,具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。


            2、低壓集中補償

            低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側,以無功補償投切裝置作為控制保護裝置,根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切,電容器的投切是整組進行,做不到平滑的調節。低壓補償的優點:接線簡單、運行維護工作量小,使無功就地平衡,從而提高配變利用率,降低網損,具有較高的經濟性,是目前無功補償中常用的手段之一。


            3、高壓集中補償

            高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在變電所的6~10KV高壓母線上的補償方式。適用于用戶遠離變電所在供電線路的末端,用戶本身又有一定的高壓負荷時,可以減少對電力系統無功的消耗并可以起到一定的補償作用;補償裝置根據負荷的大小自動投切,補償效益高。


             四、無功補償裝置的分類

            從補償的范圍劃分可以分為負荷補償與線路補償,從補償的性質劃分可以分為感性與容性補償。下面將并聯容性補償的方法大致列舉:

            1、同步調相機

            調相機的基本原理與同步發電機沒有區別,它只輸出無功電流。因為不發電,因此不需要原動機拖動,沒有啟動電機的調相機沒有軸伸,實質就是相當于一臺在電網中空轉的同步發電機。

            調相機是電網中使用的無功補償裝置,當增加激磁電流時,其輸出的容性無功電流增大。當減少激磁電流時,其輸出的容性無功電流減少。當激磁電場減少到一定程度時,輸出無功電流為零,只有很小的有功電流用于彌補調相機的損耗,當激磁電流進一步減少時,輸出感性無功電流。

            調相機容量大、對諧波不敏感,并且具有當電網電壓下降時輸出無功電流自動增加的特點,因此調相機對于電網的無功安全具有不可替代的作用。

            由于調相機的價格高、效率低,運行成本高,因此已經逐漸被并聯電容器所替代。但是近年來出于對電網無功安全的重視,一些人主張重新啟用調相機。

            2、并聯電容器

            并聯電容器是目前主要的無功補償方法。其主要特點是價格低,效率高,運行成本低,在保護完善的情況下可靠性也很高。

            在高壓及中壓系統中主要使用固定連接的并聯電容器組,而在低壓配電系統中則主要使用自動控制電容器投切的自動無功補償裝置。自動無功補償裝置的結構則多種多樣形形色色,適用于各種不同的負荷呢況。對于低壓自動無功補償裝置將另文詳細介紹。

            并聯電容器的主要缺點是其對諧波的敏感性。當電網中含有諧波時,電容器的電流會急劇增大,還會與電網中的感性元件諧振使諧波放大,另外,并聯電容器屬于恒阻抗元件,在電網電壓下降時其輸出的無功電出下降,因此不利于電網的無功安全。

            3、SVC

            SVC的全稱是靜止式無功補償裝置,靜止兩個字是同步調相機的旋轉相對應的。


             國際大電網會議將SVC定義為7個子類:

            a、機械投切電容器(MSC)

            b、機械投切電抗器(MSR)

            c、自飽和電抗器(SR)

            d、晶閘管控制電抗器(TCR)

            e、晶閘管投切電容器(TCR)

            f、晶閘管投(TSC)

            g、自換向或電網換向轉換器(SCC/LCC)


            根據以上這些子類,我們可以看出:除調相機之外,用電感或電容進行無功補償的裝置幾乎均被定義為SVC。因此,目前一些資料或者廣告中大量出現"SVC"字樣,其原因不外乎兩條:其一是作者自已并不明白SVC的定義,其二就是以普通人不懂的字母組合故弄玄虛。


            目前國內市場上被宣傳 SVC的產品主工是晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)。對于TSC我們另文敘述,這里只簡要介紹一下晶閘管控制電抗器(TCR)。


            TCR的基本結構包括一組固定并聯連接在線路中的電容器和一組并聯連接在線路中用晶閘管控制的電抗器,通常將電抗器的容量設計成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控制的,其感性無功電流可以變化,當晶閘管關斷時,電抗器沒有電流,而電容器固定連接,因此整套裝置的補償量大,當調節晶閘管的導通角時,電抗器的感性電流就會抵消一部分電容器電流,因此補償量減少,導通角越大,電抗器的電流越大,補償量就越小,當晶閘管全通時,電抗器電流就會將電容器電流全部抵消,此時補償量為0。須將固定電容器組設計成濾波器形式或者配備另外的濾波器。


            綜上所述,可以看出TCR的結構復雜,損耗大,但其具有補償量連續可調的特點,在高壓系統中還有應用。


            4、STATCOM

            STATCOM是一種使用IGBT、GTO或者SIT等全控型高速電力電子器件作為開關控制電流的裝置中,其基本工作原理是:

            通過對系統電參數的檢測,預測出一個與電源電壓同相位的幅度適當的正弦電流波形。當系統瞬時電流大于預測電流的時候,STATCOM將大于預測電流的部分吸收進來,儲存在內部的儲能電容器中。當系統瞬時電流小于預測電流的時候,STATCOM將儲存在電容器中的能量釋放出來,填補小于預測電流的部分,從而使得補償后的電流變成與電壓同相位的正弦波。


            根據STATCOM的工作原理,理論上STATCOM可以實現真正的動態補償,不僅可以應用在感性負荷場合,還可以應用在容性負荷的場合。并且可以進行諧波濾除,起到濾波器的作用。但切是實際的STATCOM由于技術的原因不可能達到理論要求,而且由于開關操作頻率不夠高等原因,還會向電網輸出諧波。 STATCOM的結構十分復雜,價格昂貴,可靠性差,損耗大,目前仍處于研究試用階段,沒有實際應用價值。電抗器(TSR)償,從補償的方式劃分可以分為串聯補償與并聯補償。


            五、采用無功補償的優點

            1、根據用電設備的功率因數,可測算輸電線路的電能損失。通過現場技術改造,可使低于標準要求的功率因數達標,實現節電目的。
                   2、采用無功補償技術,提高低壓電網和用電設備的功率因數,是節電工作的一項重要措施。

            3、無功補償,它就是借助于無功補償設備提花必要的無功功率,以提高系統的功率因數,降低能耗,改善電網電壓質量,穩定設備運行。

            4、減少電力損失,一般工廠動力配線依據不同的線路及負載情況,其電力損耗約20%-30%左右,使用電容提高功率因數后,總電波降低,可降低供電流與用電端的電力損失。

            5、改善供電品質,提高功率因數,減少負載總電流及電壓降,于變壓器二次側加裝電容可改善功率因數提高二次側電壓。

            6、延長設備壽命,改善功率因數后線路總電流減少,使接近中已經飽和的變壓器、開關等機器設備和線路容量負荷降低,因此可以降低溫升增加壽命(溫度每降低10攝氏度,壽命可延長1倍)。

            7、滿足電力系統對無功補償的監測要求,消除因為功率因數過低而產生的罰款。

            8、無功補償可以改善電能質量、降低電能損耗、挖掘發供電設備潛力、無功補償減少用戶電費支出,是一項投資少、收效快的節能措施。

            9、無功補償技術對和電單位的低壓配電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益,確定無功功率的補償容量,確保補償技術經濟、合理、安全可靠,達到節約電能的目的。

            采用“絕緣桿+絕緣平臺”作業法除線路隱患

            2月20日,在烏魯木齊市南山水西溝,新疆烏魯木齊供電公司配電帶電檢修人員創新采用“絕緣桿+絕緣平臺”作業法,成功消除了10千伏旅水二線設備故障,為線路安全運行解除警報,確保了對沿線用戶的不間斷供電。

            19日,烏魯木齊公司工作人員在對10千伏旅水二線巡視時發現,52號支線53號桿由于桿頂支架角鐵撕裂,中相導線連帶絕緣子掉落,與邊線導線纏繞在一起。該 公司決定嘗試采用“絕緣桿+絕緣平臺”作業法來完成此次消缺任務。為確保作業安全可行,工作人員制定出專門的施工方案和嚴格的安全措施。20日,該公 司派出豐富經驗的作業人員到達現場,經過兩個多小時的工作,消除了線路隱患。

            據了解,“絕緣桿+絕緣平臺”作業法是烏魯木齊公司新拓展的一種綜合不停電作業法,適用于山區、農田、道路等不滿足絕緣斗臂車通行、作業空間不足和場地坡度 大條件下開展的帶電作業項目。該方法的推廣運用,可以進一步擴大配網帶電作業覆蓋面、提升帶電作業普及率,在更大范圍內減少用戶停電,提高供電可靠性。同 時擁有成本少、體積小,外出攜帶方便、安裝方法簡單,作業時無噪音、不耗油,不受作業現場周邊環境影響和地形條件的限制等特點。


            需求增長驅動輸配電企業轉型

                   “從電力裝備的安裝情況、投資規模來看,電力裝備分為兩部分,一部分是電源建設用設備,即發電設備,包括水、火、核、風、光等發電設備,另一部分是電網建設用設備,包括輸電、配電、用電設備等。2015年,發電設備產量的絕對值在增加,但是增速在逐漸放緩。而輸配電設備的產量增速在上升。”2月17日,在“東芝中國論壇2017”工業電氣分論壇上,中國電器工業協會會長助理、智能電網設備委員會秘書長王琨表示。

            近年來,在配網投資、農網改造、城鎮化建設、配電變壓器改造等一系列政策利好下,輸配電設備需求量上升趨勢明顯,同時經歷了高度發展的過程。這也要求輸配電企業要盡快轉型,以適應市場需求。


            電網設備需求量超過電源設備

                   日前,國家能源局公布了2016年全國電力工業數據。從電網投資來看,2016年1~12月,全國電網投資額達到5426億元,同比增長16.9%,占整個電力投資的60.8%。

            “可以看出,電網建設速度已經超過了電源建設速度。此外,據統計,110千伏以下的變電、配電設備的占有率已經超過了58%,同比增長35.9%,電網建設增速是16.9%,通過對比不難看出,低壓配電產品增速與電網建設的增速成倍數的關系。”王琨分析說,這說明一方面我國電網建設投資強度已經大于電源建設,另一方面在電網建設投資強度上,低壓配電設備的份額超過了一半,增速也大于110千伏以上的輸電設備。

            在王琨看來,出現電網建設投資強度大于電源建設的情況實屬正常。他給出了原因。首先,電力系統中,有發出來的電就要進行輸出、配送,輸配電設備需求會隨著電源建設的增加而增加。其次,電網建設滯后于電源建設。滯后周期通常在2~4年之間。現在我國電源建設已經進入一個探底的過程,2015~2016年,我國輸變電設備經歷了高速發展的過程,但是未來2~4年之后,電網建設的增速也會隨之放緩,根本原因就是社會用電量需求在下降。

            但是以綠色、節能為特點的智能電網建設始終不變。因此,需要輸變電設備企業與時俱進,轉變觀念。“從裝備的角度而言,裝備是電網技術和電網新結構的承載體,沒有裝備的支撐,任何技術、政策、發展趨勢都是無源之水。”王琨表示。

            因此,在推進智能電網建設的過程中,我國出臺了一些輸變電設備相關的政策,如《關于配電網建設改造行動計劃(2015~2020年)》提出,“十三五”期間,我國配電網建設改造投資不低于1.7萬億元,并對配電變壓器升級改造提出了要求。又如《關于配電變壓器能效提升計劃(2015~2017年)》,其中提出到今年年底,配電變壓器在網運行比例提高14%,累計推廣配電變壓器6億千伏安。其中,新建增量推廣不低于3.5億千伏安。

            輸配電設備企業需以這些政策為導向,加快研發。王琨表示,未來電力裝備技術將有四個發展趨勢,一是經濟發展新常態要求電力裝備制造向質量效益型轉變。目前,配電、輸電設備行業產能過剩,隨著國家“三去一補一降”,去產能將會成為“十三五”的一個基調;二是新一輪科技革命與產業革命要求電力裝備制造業向智能化轉變;三是制造大國向強國轉變要求電力裝備制造業實施創新驅動戰略;四是“一帶一路”的戰略總體布局要求電力裝備制造業要加快實施“走出去”。


             智能制造成輸變電設備企業競爭優勢

                   “近期世界上主要國家都推出了智能制造國家發展戰略,將發展智能制造作為戰略核心。從目前來看,以智能制造為代表的新一代產業革命將是釋放未來競爭力的關鍵,也是行業洗牌的關鍵。”王琨指出了智能制造的重要性。

            對于輸變電設備,智能制造從廣義上講,包括產品制造部分,指設計、加工、裝配、實驗、檢測、運行等智能化,另一方面指的是設備本身的智能化功能,如智能變壓器、智能開關。

            “對于輸變電設備而言,目前核心部件的設計、制造難度大。使用環境復雜,現場遠程檢測運維需求較為迫切。對于高壓、超高壓輸變電設備制造企業,需要統一協調利用資源,實現統一技術管理,協同制造過程。”王琨表示。

            而對于配電設備,目前業內提出以柔性制造為特征智能制造系統設計,實現定制化的制造。目前,配電設備企業利潤率很低,受材料成本波動、用工成本上升、市場終端產品售價降低等因素的影響,現有產品的經營和制造模式不進行改變,那么利潤率降低會越來越明顯,對行業會造成較大沖擊。需要輸配電企業盡快實現智能化產品設計,柔性管理低壓配電設備智能制造,其中包括產品生命周期管理、數字化產品設計和生產布局仿真。

            那么,如何實現柔性制造?王琨提出,要以數字化的設計為前提,建立柔性自動化生產線,實現生產工藝、系統運行,物流布局以及生產節拍的均衡,并配套數字化車間透明信息過程管理系統。

            目前,國內很多輸配電設備企業都在走智能制造的道路。如天水長城開關廠有限公司實施的“中壓空氣絕緣開關設備制造數字化車間”、中天科技智能制造車間,浙江樂清低壓電器智能裝備產業集群等。

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