电气自动化中的无功补偿技术分析

黄绍操

摘要：自动化电气设备中日益增强的非线性因素与变化规律日益复杂的单向电力牵引负荷增加了电网中负序、谐波的注入量和无功功率，对电力系统造成了危害。本文首先分析了在电气自动化中无功补偿技术的作用，进而简要阐述了无功补偿技术在电气自动化中的应用，以保护电网系统，提高电气自动化控制设备的稳定性。

关键词：电气自动化；无功补偿技术

1前言

所谓无功补偿，是指在电力网和负荷端设置无功电源，如电容器、调相机等，以保证电力网和负荷端电压水平处于正常运行范围内。由于电网系统中电气设备的负荷变化较为复杂，非线性影响因素多，导致系统中常常会出现谐波大、较高的无功功率等问题，大大影响了电气自动化水平的提高。而无功补偿技术的应用，恰恰可以在当电力系统的无功功率电源出现问题而无法向系统提供一定的无功功率时，可以对系统进行合适的无功补偿，这样就可以为电气系统提供负载所消耗的无功功率，降低了供电线路和变压器输送无功功率造成的电能损耗，保证了电能稳定运行。可以说，无功补偿技术已成为了电气自动化中重要的一部分。为此，本文着重就电气自动化的无功补偿技术做一探讨，以做抛砖引玉之用。

2无功补偿技术的作用

2.1提高电压质量

把线路中电流分为有功电流la和无功电流lr，则线路中的电压损失：

△U=3×（IRu+IXr）=3×（PR+QXl）/U

式中：P--有功功率，KW；

Q--无功公路，Kvar；

U--额定电压，KV；

R--线路总电阻，Ω；

XI--线路感抗，Ω。

因此，提高功率因素后可减少线路上传输的无功功率Q，若保持有功功率不变，而R、XI均为定值，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。

2.2提高了变压器的利用率，减少投资

功率因数由cosφ1提高到cosφ2，提高变压器利用率为：

△S%=（S1-S2）/S1×100%=[（1-cosΦ1/cosΦ2）×100%]

由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高△S%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。

2.3减少用户电费支出：1.可避免因功率因数低于规定值而受罚；2.可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。

2.4提高电力网传输能力。有功功率和视在功率的关系式为：P=Scosφ，可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因素越高，需要电网传输的功率越小。

3无功补偿技术在电气自动化中的应用

3.1主要方案

3.1.1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。 但这种方法仍存在一定的劣势，那就是当电容器合闸时，容易出现很强的过电压，这样就不能有效的多次进行投切，那么动态补偿效果也不那么好了。

3.1.2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，来对降压变压器中低压侧母线电压进行调节以及对连接于低压母线上的电抗器和滤波器进行控制，从而使无功出力得到改变。其优点是需要的晶闸管数量少，响应速度快，调节性能好。目前，对于无缘过滤器和有源滤波器相结合的技术还在研究中，使用有源滤波器所产生的谐波电流和负荷重的谐波电流是相反的，在应用时它们是通过相互之间抵消来达到总谐波电流的基本要求的。在实际的应用中，还可以通过加装来确保无功功率的稳定性，以有效实现滤波。

3.1.3可控饱和电抗器和固定滤波器相结合的模式

调节饱和电抗器通过磁饱和程度来对流入的感性电流加以改变，使其能够和并联滤波器中的无功功率保持平衡。其优点是固定滤波器的支路属于长期投入，在滤波器中能够产生和负序电流、负荷重谐波电流相反的电流，通过相互抵消对无功电流、电源总谐波要求加以满足。

3.2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。

3.3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。在配电线路中，主要是采用分支线路补偿法，即，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。在进行无功补偿时，主要注意以下幾点：（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；（3）对于小分支和个别的配电变压器，可视为主干线上的近似均匀负荷，可按需要确定补偿点和补偿容量（补偿空载无功损耗）；（4）所有配电变压器的负载无功损耗均以用户自主补偿为主，如果用户未进行补偿或补偿容量不足，仍需向主干线索取无功。

目前，对配电线路进行无功补偿，在美、英等发达国家已经得到了广泛应用，但在我国是近年来才开始逐渐应用。从目前的补偿方式和效果来看，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。这种方法还不是最优的补偿方法，因为一旦线路带上负载以后，如果用户补偿设备投入不足，线路就会处于欠补偿状态。但从当前我国配电线路无功补偿的应用来看，能达到这样的效果，已经不错了。

4结束语

总而言之，对电气自动化行业来说，无功补偿技术是非常重要的技术，它可提高功率因数及减少设备容量和功率损耗，稳定电压和提供供电质量。目前，无功补偿技术在电气自动化中得到了广泛应用，在电气功率的提高上起到了积极的作用。但尽管无功补偿技术的作用非常大，但也不能盲目地应用于电气自动化中。在实际的应用中，若配网中通过变压器、线路的电能损耗和功率较多时，应在对受电端安装无功补偿装置时，要有效减少负荷无功功率的损耗；在安装片区变电站的无功补偿装置时，要合理配置它的补偿容量，以防止出现无功倒送的现象。因此，需要我们对电气自动化和无功补偿技术的结合做更为深入的研究，以取得更大的经济效益，为推动我国经济发展的整体水平做出更大的贡献。

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