无功补偿在电气自动化中的应用

王 玲

(西安铁路职业技术学院，陕西 西安 710014)

无功补偿在电气自动化中的应用

王 玲

(西安铁路职业技术学院，陕西 西安 710014)

作为电力系统中的重要应用技术，无功补偿技术对于保证电力网络运行的稳定性和可靠性具有重要作用。对无功补偿技术进行了概述，探讨了无功补偿在电气自动化中的具体应用，以期为相关技术与研究人员提供参考。

无功补偿；电气自动化；应用

在供电系统中，无功补偿技术可有效降低输电过程中的电能消耗，还能供电外部环境，进而提高供电效能。在选用补偿设备时，如果根据工程要求标准合理选择，可有效改善电网运行质量。补偿装置若选用得不恰当或同供电网络不相适应，则会引发明显的电压起伏并增大谐波，严重影响电网运行的安全性和可靠性；因此，加强有关无功补偿在电气自动化中的应用探讨，对于改善无功补偿技术的应用质量具有重要的理论和现实意义。

1 无功补偿技术概述

1.1 无功补偿技术

1.1.1 并联电容器

并联补偿过程就是将电容器与被补偿设备共同并联到同一线路中，以改善功率因数。对于无功补偿中使用的电容器通常称为并联电容器，并联电容器技术在电力系统中应用十分广泛。

1)并联电容器无功补偿作用。在电网及负荷端安置电容器，利用无功补偿过程可有效降低无功功率比例，由此不但能减小电网线路能耗，且能保证电压稳定，是一种提高供电质量、节能环保的重要技术手段。增加功率因数一方面可减少电网有效功率损耗量和无功功率消耗量；另一方面还可改善变压器与电力线路容量利用率。

2)无功补偿电压调整。在安装电容器后，电容器的切断及接入会明显影响变压器的电压状况，所以在实际应用中，变压器电压质量可通过电容器的并联状况进行调整[1]。

1.1.2 电力负荷功率因数

功率因数为电网及变压器设备中有功功率占总功率的比例。一般而言，电网企业都希望增加功率因数。功率因数的提高主要通过降低有功功率损耗和减少传输设备无功功率比例来完成，科学有效地改善用户功率因数可最大限度发挥供电设备性能以改善电压质量。

1.2 无功补偿技术特点

无功补偿技术特点如下。

1)利用电磁感应进行无功补偿。在配电网内，通常存在较多的电磁感应工作装置，如发电机组，其基本原理便是电磁感应。在强磁场条件下，发电线圈会根据磁感线的切割产生交流电能，变压器在电磁相互感应状态下也会相应改变电压。在用电设备中，由磁铁和绕组组成的设备会在交流电路中形成电和磁的交变，能量转换时，部分磁能恢复到电能，此部分电流通常不会消耗有功功率，因此称为感性无功功率。在交流电路中，纯电阻负载电流与电压相位相同，纯电感负载电流滞后于电压，纯电容负载电流超前于电压。在电源向负载供电时，并联电容器能将感性负载释放的能量进行储存；在感性负载能量不足时，并联电容器便将能量再次释放，由此感性负载所需无功问题便有效解决。感性无功补偿技术可有效降低负载同电源间的能量交换范围，进而降低损耗。

2)提高电力系统稳定性。在电网系统中，利用无功补偿技术可使发电机组将无功功率输出至配电网内，并保证电力系统电压变动控制在合理范围内，从而改善系统电压控制服务水平。若电力系统内出现故障，无功支持可有效防止整个电力系统进入中断过程，即在系统运行时，无功补偿技术正常工作，部分无功功率会被完全吸收，在系统发生故障时，吸收的无功功率会重新被释放以保证电网的安全运行。

3)改善电力系统效益。在电网系统中采用无功补偿技术，可降低无功功率在电网运行中的流动性，减少变压器及线路运行中输送的无功功率，进而减小电气设备电能消耗，提高电力系统综合效益[2]。

2 无功补偿技术在电气自动化中的应用

2.1 无功补偿技术在电气自动化中的应用策略

2.1.1 稳定过滤谐波装置与可控制饱和电抗器相结合

将电抗器同反并联的晶闸管进行串联，可完成与并联滤波器中的额外容性无功功率的补偿电流平衡，进而使功率因数符合系统标准。此种方法的优点是稳定的滤波通路可被长期投入。在实际补偿过程中，此种方法的可操作性和可行性强，速度调整的效率相对较高，且不会与系统形成谐振。缺陷是需要无功补偿操作人员亲自进行，且技术要求严格，事故风险率高，相比其他电子装置的投资也较高。

2.1.2 固定滤波器与电容器结合

在采用此种方法的过程中，要先调控变压器低压部分两端的母线电压，然后将其与低压母线上的电抗器或滤波器连接，由此转换无功功率。在调整时，使用晶闸管实施切断，以避免对电气的使用寿命产生影响。在电力系统的实际运行过程中，还可安装功能先进的电力设备以稳定无功功率，由此完成过滤谐波的目标[3]。固定滤波器同电容器结合示意图如图1所示。

图1 固定滤波器同电容器相结合接线示意图

2.1.3 晶闸管固定滤波器与调节电抗器

将电抗器与反并联晶闸管并联，可有效消除滤波器中剩余的无功率补偿电流，进而保证整体平衡。该种处理方法的优势在于不但能明显促进固定滤波器长时间高效率，还能适当减少晶闸管的使用数量，提高响应速度，主要缺陷是容易形成谐波。

2.1.4 有源滤波器

该装置的基本功能是使电力电子设备形成与负序电流和谐波电流相反的电流，以满足电源运行要求。该种方法的优点是补偿方式多样，调节效率高，且不会同电力系统形成谐振，主要缺陷是设备成本费用较高。

2.1.5 真空短路投切电容器

该装置的优点是操作简单、成本低。缺点主要是合闸过程中电容器的瞬间电压会升高，容易损坏设备；因开关使用年限的影响，无限制的投切过程是无法实现的，由此可能影响动态补偿效果。

2.2 无功补偿在配电线路中的应用

最大化平衡分支线路无功功率是对分支线路实施补偿的基本原则，补偿分支线路的无功功率可有效降低主干线路对分支线路实施无功功率补偿的压力。在对分支线路补偿时需注意：1)对于部分配电变压设备及较小的分支线路，可根据其在主干线上时的消耗符合量进行适当补偿；2)分支线路的补偿量可依据分支线路所安装的配单变压设备的空载无功损耗进行确定；3)所有的拍点变压设备损耗的负载无功都应由用户自行实施补偿，若用户未补偿或补偿量较低，则应向主干线汲取无功补偿；4)补偿点最好安设在拥有较大负荷的分支线路上。依据上述补偿要点分析可以发现，线路的补偿量主要由配电变压设备的空载无功损耗决定。在某些变电站中，配电电缆中负荷分布的不同范围内安装的无功补偿电容设备，其最佳安装地点及最优补偿量均由计算机计算得出；电容设备会分成可投切模式与固定模式2种，可投切电容装置是依据负荷大小，按照电压变化自动进行投入补偿或退出补偿，进而实现最佳补偿过程。

2.3 无功补偿在变电站中的应用

在变电站中，不同等级的配电电缆为用户提供不等电压的电。依据级别补偿、就地平衡的原则，电力用户获取的电能与配电线路中的无功功率应相对平衡，不会像变电站需求无功电力。容性无功补偿设备主要用于对主变压设备的无功损耗和负荷侧进行补偿，而其补偿量可依据主变压设备容量进行确定。另外其在高压下侧功率也应≥0.95 MPa，才能有效满足主变压设备最大负荷下的补偿标准。若主变压设备各台设备容量均>40 MVA，则主变压器设备应安装至少2台容性无功补偿装置[4]。

在变电站内采用无功补偿技术时，其主要工作便是补偿变电站自身消耗的无功功率。变电站补偿容量应按照下述原则进行确定。

1)对于变电站，无功补偿通常为补偿空载及负载无功损耗；按照此原理对于35 kV变电站补偿容量可根据主变压设备容量的10%～15%进行确定；对于110 kV变电站补偿容量可根据主变压设备容量的15%～20%进行确定。

2)在部分变电站中，大量的变压设备都会在负荷条件下进行工作，此时可将补偿量设置在最低值，大约为主变压设备容量的8%～10%，相比主变压设备空载时的无功损耗量要大些；若再增加负荷量，可对补偿容量进行相应调整。

3)对于部分电压降大、负荷量高、电压质量不高的变电站，可按照改善电压幅度的标准对补偿容量进行选择，但此种补偿容量通常会高于经济补偿容量，所以多余部分补偿容量可作临时性安置，以方便在某些情况下对其他位置进行调整。

2.4 无功补偿在电力用户中的应用

1)个别补偿。在单独用电设备周围安装电容器，利用电动机完成功率的同时投入与退出过程，由此补偿电动机自身的无功损耗，降低配电网络的无功损耗。

2)集中补偿。在用户变电站与配电变压器高压侧安装电容器组，利用集中补偿方式降低变压器无功功率，同时对变压器的无功损耗进行就地补偿。

3 结语

无功补偿的应用质量将直接关系着电力系统的供电质量和耗损率，因此，相关技术与研究人员应加强有关无功补偿技术在电气自动化中的应用研究，总结电气自动化中无功补偿技术的应用策略及关键技术处理措施，以逐步改善无功补偿技术的应用水平。

[1] 牛轶男,冯婷,汪扬,等.电力系统无功补偿技术发展现状[J].信息通信，2011(1):62-63.

[2] 于士国.电气自动化中的无功补偿技术分析[J].硅谷，2011(13):61-62.

[3] 彭永镇.浅谈无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].科学之友，2011(16):74-75.

[4] 王仓继.无功补偿技术应用于电气自动化分析[J].科技创新导报，2012(6):73.

责任编辑郑练

TheApplicationofReactivePowerCompensationinElectricalAutomation

WANG Ling

(Xi′an Railway Vocational Technial Institute, Xi′an 710014, China)

As an important technology in power system, reactive power compensation technology to assure the stability and reliability of power network operation plays an important role. This article firstly summerizes the reactive power compensation technology, and then detailed discuss the application of reactive power compensation in electric automation, so as to provide reference for related technology and research people.

reactive power compensation, electrical automation, application

TM 714.3

：B

王玲(1979-)，女，讲师，硕士研究生，主要从事电气工程等方面的研究。

2014-07-07