浅析无功补偿技术在电气自动化中的应用

2015-03-15李忠文张文增

北极光 2015年10期

文/李忠文张文增

一、无功补偿的概况

无功功率补偿Reactive power compensation，简称无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少电网的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

无功补偿的基本原理:电网输出的功率包括两部分:一是有功功率:直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率;二是无功功率:不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换，这部分功率称为无功功率(如电磁元件建立磁场占用的电能，电容器建立电场所占的电能)。

二、电气自动化中无功补偿的特点

（1）功率因数是指电力网中通过线路、变压器的视在功率功率供给有功功率所占百分数。在电力网的运作过程中，功率因数的大小直接影响着有功功率的供给量，影响着有功功率的损耗情况。如功率因数越大，电力设备就能为有功功率提供大量的视在功率，就能减少无功功率的传送，极大地降低有功功率在电力运行中的电能消耗，就能提高用户当前的功率因数，充分发挥电力设备的功能提高电压的质量。

（2）在电气自动化无功补偿技术中并联电容器也占有重要地位。并联电容器无功补偿是为了更好地节约电能和提高供电的质量，主要方法是通过提高用电负载的功率因数，减少电力网的用电损耗，目前这种节电方式已经得到了人们的广泛认可。通过提高功率因数不仅能够减少有功功率的消耗量，还能减少无功功率的消耗量，同时还能增加变压器和电力线路容量的利用率，这就有利于并联补偿电容器与补偿设备之间的连接，提高电力功率因数。

（3）电气自动化的普及，不仅促进了市场经济的快速发展，增加了国民收入，还极大地降低了工作人员的操作难度，为企业生产减少了人力物力的成本投入，增加了企业的经济效益；同时还提高了电气自动化的安全性，为安全生产提供了有力的保障。随着电气自动化技术水平的不断提高，在电气自动化发展中呈现出了越来越多的问题，电气设备中电能资源的过度浪费，已经引起了社会的高度重视。电气自动化中无功补偿技术的大量应用，可以有效地降低电气设备的电能消耗情况，完善电气自动化体系，确保国民经济和社会主义现代化建设的健康发展。

目前电力系统中所有的用电设备都存有无功功率的现象，这种现象的产生主要是电压与用电设备的特性所决定的。电气设备运行中，设有额定的电压值，电压在这个值数范围内进行上下波动，这时电气设备的无功功率就会根据电压的波动幅度有所降低，在对电气设备进行无功功率补偿时使用无功电源无法做到及时补偿，无功补偿技术的应用可以合理有效地降低用电设备的电力消耗，确保电气自动化系统的正常运行，提高电气自动化系统的稳定性和可靠性。

三、电气自动化中无功补偿技术的应用

（1）真空断路器投切电容器。这种补偿方式中电容器组利用高压母线上电压互感器的一次绕组电阻放电，一般不装设专门的放电装置。为防止电容器高压击穿，在电容器组中接有熔断器fu作为短路保护。为降低电容器组在合闸时产生的冲击涌流及防止电容器组与线路电感发生串联谐振，可串联适当的电抗器。它能有效地对高压母线前主变压器、高压线路及电力系统无功功率进行补偿，能有效地提高工厂的功率因数，而且总投资少。

（2）固定滤波器和晶闸管调节电抗器。固定滤波器按谐波要求设计，反并联晶闸管与电抗器串联，通过改变晶闸管触发角来调节流过电抗器的感性电流，使其与并联滤波器中多余的容性无功补偿电流平衡，满足功率因数要求。优点是固定滤波器长期投人，需要的晶闸管数量少，响应速度快，调节性能好，缺点是tcr也产生谐波。

（3）变电站无功补偿技术变电站是一个供电区域的供电中心，用不同电压等级的配电线路向用户供电。按照“分级补偿，就地平衡”的原则，配电线路和电力用户应该基本达到无功功率平衡，不向变电站索取无功电力。容性无功补偿装置以补偿主变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧的无功补偿。容性无功补偿装置的容量可根据主变压器容量来确定，可按主变压器容量的10%～30%配置，并满足35～110kv主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95的要求。当主变压器单台容量为40mva及以上时，每台主变压器应配置不少于两组的容性无功补偿装置。

（4）配电线路的无功补偿电力网中，配电线路数量很多，其线损约占总线损的60%～70%。因此，对配电线路进行无功补偿，降低配电线路的功率损耗十分重要。对配电线路进行无功补偿，在美、英等发达国家得到了广泛应用。

分支线路补偿法的基本原则是以分支线路的无功功率平衡为主，对分支线路的无功消耗进行补偿，尽可能减少分支线路向主干线索取无功，从而减少无功损耗：①以分支线路所带配电变压器的空载无功损耗来确定分组补偿容量；②选择负荷较大的分支线确定补偿点。从以上分析可见，线路的补偿容量是按配电变压器的空载无功损耗来确定的。带上负载以后，如果用户补偿设备投人不足，线路就会处于欠补偿状态。这虽然不是最优补偿方式，但可以达到补偿无功需求量70%左右的水平，对于目前我国的配电线路来讲，能做到也不容易了。