电气自动化中无功补偿技术的应用研究

王 玲

(西安铁路职业技术学院，陕西 西安 710014)

电气自动化中无功补偿技术的应用研究

王 玲

(西安铁路职业技术学院，陕西 西安 710014)

作为电气自动化应用中的重要技术，无功补偿技术对于节约能耗和降低自动化过程的无功功率具有重要的作用。本文介绍了电气自动化无功补偿技术的功能和意义，分析了无功补偿技术应用的实现途径；阐述了无功补偿技术在电气自动化中的应用策略，以期为相关技术人员提供参考。

电气自动化；无功补偿技术；应用

随着电气自动化水平的发展，电气设备中的不稳定变化规律和非线性因素导致了输电线路无功功率增大。无功补偿技术的应用能够有效提高电气设备的节能效果，降低自动化过程中的无功功率，对于提升电气设备运行的稳定性具有重要作用。加强电气自动化无功补偿技术的应用研究，对于开拓无功补偿技术的应用范围和完善其应用途径具有重要的理论和现实意义。

1 电气自动化无功补偿技术的功能和意义

机电一体化的不断推进和电气自动化的应用，大幅度加快了电力系统的发展速度。电气自动化无功补偿技术的应用不但能够提高电力系统运行的稳定性和安全性，还能大幅度提高电力系统的供电质量[1]。电气自动化无功补偿技术系统如图1所示。

图1 电气自动化无功补偿技术系统

该系统具有的功能和意义如下。

1)在三相负载出现不平衡条件时，无功补偿技术能够平衡三相视在功率，其对于改善电力系统的整体性能和抗干扰性具有重要作用。

2)由大量电力输电线路组成的电力网可以分为高、中、低3种模式，大多数的情况下，高压电网和低压电网的流动电压是非常不稳定的，使用无功补偿技术能够改善电气自动化系统的稳定性和可靠性，使电力系统在更为安全的条件下运行，可大幅度提高输电质量。在实际运用时，可以配备相应的调压器，与无功补偿技术共同配合提高系统运行的整体性能，且增强系统的抗干扰性。

3)无功补偿技术在电气自动化中的应用能够改善电网及其负载的功率因数，尽可能减少各部分用电设备的电容量，从而节省运行成本和能耗。

4)无功补偿技术还能为系统配置相应的静止无功补偿器，一方面可以调控电气自动化运行中电网的电压；另一方面还可以为电气自动化运行中的电缆和电容器等设备提供安全保障，防止出现由于高次谐波造成的局部发热故障。

2 无功补偿技术应用的实现途径

无功补偿技术在电气自动化应用中期的实现途径各有不同，且每部分都有自己独特的特点。

2.1 电抗器、电容器与固定滤波器

主要通过降低连接在低压母线上的滤波器、电抗器或变压器的电压进行调节，最终目的是改变其无功出力过程，在调节时，可以通过分接开关的无载调节和晶闸管的通断作用进行控制。该方案还能够提供稳定的无功功率的和滤波。

2.2 晶闸管调节变压器和固定滤波器

这2种设备主要利用高漏抗变压器来运行，因其工作时产生的能耗较大，在无功补偿技术方案中不经常用。

2.3 无源滤波器与有源滤波器

此种无功补偿技术方案仍处于研究阶段，其主要利用有源滤波器产生与负荷条件下谐波电流相反的谐波电流，让两者相互抵消，以满足电源对无功电流和总谐波电流的要求。其具有能够利用有源补偿的可控性、灵活性和无源补偿大容量的特点[2]。

2.4 真空熔断器投切电容器

该无功补偿技术的特点是成本较低，且运行过程简单、快捷，缺点是合闸过程中电容器会在短时间内形成过高的电压，极容易引起设备损坏；另外，由于在开关使用寿命内开关次数存在一定的限制，因此不能频繁对开关进行投切，这在一定程度上影响了动态补偿的效果。

2.5 有源滤波器

有源滤波器工作过程是在负荷条件下利用电力电子装置产生与负序电流相反的谐波电流，使两者之间充分抵消，以满足电源对无功电流和总谐波电流的要求。其主要优势是调节过程较快、补偿方式多样且不与系统发生谐振问题，主要缺点是电子电力装置的成本较高。

2.6 可控饱和电抗器与固定滤波器

主要通过对饱和电抗器的磁饱和程度进行调整，以改变流入回路的感性电流，然后尽可能使并联滤波器中剩余的容性无功功率与感性电流相互抵消，从而形成平衡状态。其主要优势是可以长期使用固定滤波器的并联滤波支路，但是其形成的谐波会对设备造成一定影响，且运行中会产生较强的噪声。

2.7 晶闸管调节电抗器与固定滤波器

将电抗器串联至反并联晶闸管上，抵消并联滤波器中剩余的容性无功补偿电流，从而使两者之间达到平衡，以提高电网的功率因数。其主要优势是可以长期使用固定滤波器，且其只需要较少的晶闸管数量，响应速度也相对较快，主要缺点是会形成谐波。

2.8 静止无功发生器

其运用了多重化技术和脉冲宽度调制技术，和传统的交换虚拟电路以及电阻温度系数相比，含有较低的谐波含量，不会造成电网的二次污染。在运行过程中，其被当作相应的电流源，因此不可能与系统阻抗发生谐振，拥有更高的安全性。静止无功发生器还能够完成补偿负载不平衡、补偿负载谐波和补偿负载无功等多种补偿功能。其响应时间通常<5 ms，能够在较短的时间内，实现从额定容性无功功率到额定感性无功功率的转换，其响应速度能够迅速完成对冲击性负荷的补偿[3]。

3 无功补偿技术在电气自动化中的应用策略

3.1 运用并联混合有源滤波器的补偿技术和方案

并联混合有源滤波器的无功补偿技术方案是目前国内比较先进的混合式解决方案，该方案能够克服由电力牵引负荷时不稳定变化引起的电力滤波器补偿量超出额定值的问题，且其通过混合APF和LC技术，能够完成协调调整大型电气自动化系统的补偿技术，对谐波开展注入式的无功补偿。该方案可以有效节省成本，投资与效益性价比相对较高，在低压电网中比较适用。

对电网的输电线路部分进行电容器组的分散安装是无功分散补偿的实现途径。其能够克服农村电网中通常存在的无功补偿问题。经过长时间的运行调试发现，分散补偿技术具有维护与安装过程简单、成本较低以及运行过程安全可靠等优点，相比较高压线路和变电站中使用的集中补偿技术，其更接近于负荷的末端。实施步骤如下。

1)采取正确的补偿方案。配网无功分散补偿主要在配电变压器等装置上进行，因此应将电容器组安装在配电变压器的低压引线处。由于电容器容量相对较小，所以可以不考虑保护装置、过电压和合闸通流等问题的影响，将电容器组与配电变压器一起进行投、撤，然后经过变压器低压绕组完成相应的放电过程。在进行无功补偿计算时，考虑到在配电变压器处安装了小型分散补偿电容器，因此应参考变压器空载时的无功功率Q0，尽量保证电容器容量QC≈Q0，可由电动机等设备形成的无功功率来确定用户补偿数值。

2)采取合理的安装方法。通常情况下，低压电容器安装在配电变压器、低压出线杆的横担位置，当电容器后有较大的电压时，可以另外安装1个小型支架来固定低压电容器。安装完低压电容器后，应将电容器的出线头连接到配电变压器的低压引线处；然后通过分析相关补偿线路的数据资料来控制电容器的安装数量、辅助设备数量、规格、型号；最后进行总体预算[4]。

3.2 电气自动化无功补偿技术应用中的共性问题

无功补偿技术不仅能够改善电气自动化运行的安全性和可靠性，还能有效避免资源浪费，提高电力企业经济效益。现代无功补偿技术主要应用在变电站中，从发电厂流出的无功电流会通过变电站进行流通，电流在变电站线路向低压线路转换的过程中，会形成无功电流的远距离传输，此种条件下，可以分区对变电站开展无功补偿。通常220 kV变电站都具有较强的分区调节功能，会根据区域的不同选择恰当的调节容量，而负荷功率因素最大能够达到0.98左右；所以，在变电站应用无功补偿时，应根据不同的分区情况对变压器进行恰当的补偿和调整，并利用更加细化的技术方案来提高无功补偿的实际效果。

3.3 分析电气自动化中应用无功补偿技术的方向和基本方式

电能质量是评价电网系统的一个非常重要的性能指标，大多数情况下电气自动化系统发生的无功问题都是由功率因素和阻抗问题导致的。采用AT供电方式是我国电气自动化无功补偿应用的主要方式，领用晶闸管电子开关完成电容器的投切，并使用SCOTT变压器，此种策略能够有效减少较长辐射路线上存在的负序问题，提高了电能质量。

4 结语

无功补偿技术的应用能够大幅度提高电气自动化运行的安全性和可靠性，并能最大化地节约能耗；因此，相关技术人员应加强无功补偿技术的分析与研究，不断拓展无功补偿技术在电气自动化系统中的应用范围，提高无功补偿技术应用的水平和能力，不断改善电力系统工作整体稳定性和电网输电质量。

[1] 鲁俊生.电力网无功功率补偿技术的现状[J].企业技术开发， 2011,12(29):62-63.

[2] 王超.电气自动化中的无功补偿技术分析[J].广西轻工业,2012,13(14):74-75.

[3] 唐山.对电力系统无功功率补偿技术的探讨[J].科技资讯, 2010,6(10):61-62.

[4] 明志新,陈剑.电气自动化技术在火力发电中的应用[J].科技致富向导, 2013,5(35):57-58.

责任编辑李思文

ResearchonApplicationofReactivePowerCompensationTechnologyinElectricalAutomation

WANG Ling

(Xi’an Railway Vocational Technical Institute, Xi’an 710014, China)

As an important technology in electrical automation applications, reactive power compensation technology for saving energy consumption and reducing reactive power play an important role in the process of automation. The paper first introduced the electrical automation function and meaning of reactive compensation technology, then analyzed application of reactive power compensation technology, finally, the reactive power compensation technology in the application of electrical automation strategy was showed, and it was used to provide reference for relevant technical staff.

electrical automation, reactive power compensation technology, application

TM 76

：A

王玲(1979-)，女，讲师，主要从事电气控制等方面的研究。

2014-04-23