浅析无功补偿技术在电气自动化中的应用

肖金纯

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014）

浅析无功补偿技术在电气自动化中的应用

肖金纯

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014）

当前，我国国民经济发展迅速，电力行业内电气自动化也得到了长足的发展。在这个过程中，无功补偿技术越来越受到重视，并得到了广泛的应用，已然成为电力供电系统中一个不可缺失的组成装置。本文首先分析了无功补偿技术的原理及方式，其后探讨了无功补偿技术在电气自动化中的应用，并就具体的实例分析了无功补偿技术的应用效果。

无功补偿技术；电气自动化；实例分析

引言

电力系统运行的过程中，单相牵引负荷会发生较为复杂的变化，会升高电力系统中的无功功率，并且将负序和谐波注入到电网中，在较大程度上影响到电力系统的安全运行，同时，系统资源的利用率会降低，影响到电力企业的经济效益。因此，将无功补偿技术应用于电气自动化中具有十分重要的经济、社会意义。

1　无功补偿技术的原理及方式

1.1无功补偿的基本原理

无功功率补偿技术，简称为无功补偿技术。无功补偿技术的原理是将具有可容性功率符合的装置与感性功率符合同时接收到一个电路中，使电能在容性负荷装置和感性功率符合装置中来回运转，具体来讲，当容性负荷装置释放电能时，就由感性功率负荷装置吸收能量，反之则是由感性功率负荷装置释放能量，容性负荷装置吸收能量。在实际的电力系统中，大部分负载为电动机，包括异步电动机在内的绝大部分电器设备的等效电路可以看作电阻R与电感L串联的电路，其功率因数为：

式中：XL=ωL。给R、L电路并联接入电容C以后，等效电路如图1（a）所示。该电路的电流方程为：

I=IC+IRL

由图1（b）可以看出，并联电容后电压U与I的相位差变小了，即供电回路的功率因数提高了。

图1　并联电容器补偿无功功率的电路和向量图

1.2无功补偿方式

无功补偿方式，根据其安装位置与接线方法可以划分为三种类型：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中，补偿区域最大，效果也好的是低压就地补偿，但其电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。而高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。所以各自都有着优缺点，都有着相适应的应用范围，因此在选择的时候应结合实际情况、确定了使用场合和使用目的后，再进行取舍，使三种补偿类型可以恰当使用，各司其职。

2　无功补偿技术在电气自动化中的具体应用

2.1真空断路器投切电容器

电力系统的无功补偿可通过安装同步补偿机、安装电容器组等方式来提高电网功率。在投切电容器组中，真空断路器投切电容器有着很多的优点，可以很好地解决一些实际问题。首先，真空断路器有着上万次的机械动作寿命。在运行过程中，真空灭弧室触头无需维修，可经受高温，并且对环境无污染。但也存在着缺点，由于在合闸时，电容器上会产生很大的过电压，因此会对设备造成一定的损害。同时，它的开关使用寿命有限，所以对于动态补偿也造成了一定的影响。

2.2可控饱和电抗器

可控饱和电抗器装置的应用原理是通过对电抗器饱和程度的合理调节，改变电力回路中的电流，最终使得与之并联的滤波器中存在的多余的容性无功功率负荷可以被感性电流抵消，实现容性功率的平衡。可控饱和电抗器装置的优点在于可以装置使用寿命较长，可以在电气自动化设备中长时间的投入使用。但是可控饱和电抗器在运行过程中会产生一定的供电谐波，还会发出较大的噪音，对电气自动化设备的运行带来了一定的干扰，对安装装置的设备造成一定的损耗。

2.3固定滤波器

固定滤波器装置的工作原理是通过在低压母线上布设电抗器或者变压器等装备，对母线侧的电压进行调节，最终实现对感性容器无功功率的改变，为电气自动化系统提供稳定的无功功率。固定滤波器还可以对电气自动化系统中的电力系统的谐波提供滤波的功能。

2.4有源滤波器与无源滤波器结合

滤波器分为两种：①有源滤波器；②无源滤波器。其主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。有源滤波器和无缘滤波器的组合目前是作为电网谐波抑制课题研究的一个发展方向，还在进一步的探索之中。二者的结合，可以滤除电流的谐波，从而使配电网清洁高效，满足国家对配电网谐波的要求。电流中的谐波过多还会引起系统的不平衡，所以该项技术的应用还可以因谐波而产生的系统不平衡问题，进行适度的无功率补偿，抑制电网谐振。

2.5固定滤波器及晶闸管调和器的结合

固定滤波器的设计与实际所需的谐波有关，再按谐波要求设计的基础上反并联晶闸管调和器，串联电抗器。其工作原理是通过改变晶闸管的触发角来调节流过电抗器的感性电流，与并联滤波器中容性无功补偿电流平衡，从而满足对功率因素的要求。它们所具备的优点是需要的晶闸管数量上，并且固定滤波器可以长期投入使用，二者结合，反应时间短，速度快，调节效果也是非常乐观的。但是也存在着一定的缺点，那就是在运行的过程中也会产生一定量的谐波。

3　实例分析无功补偿技术的应用效果

3.1变电站概况某变电站为110kV标准变电站，其使用的是1台80MVA的变压器。10kV一侧有功功率为15MW，无功功率为7MVar。因为前期工程没有进行无功补偿，10kV一侧的功率因数较低，为

0.906。

3.2无功补偿技术应用原则

①以主变压器无功损耗补偿为主，包括空载、负载无功损耗，据相关资料表明，对于110kV变电站而言，主要按照主变容量的15～20%来确定补偿容量；②对于变电站出现负荷重、电电压质量不高的现状，可以根据提高电压幅度的要求来确定补偿容量，但选择的补偿容量通常要大于经济补偿容量。

3.3无功补偿技术的应用效果分析

该变电站对实际情况进行具体考察后，装设了一组5000kVar电容器组。由此可计算无功补偿后的功率因数为：

cosφ2=cos[arctg（Q1-Qc）/P]

式中：Q1-补偿前的无功功率；Qc-容性功率负荷输出的无功功率；P-有功功率；φ2-补偿后的功率因数角。

由Q1=7000kVar、Qc=5000kVar，P=15000kW可得功率因数cosφ2=0.991，可见，相应的功率因数增加了约0.085，这使长距离传输过程中的有功负载损耗得到了降低：

式中：φ1表示补偿前的功率因数角。

由上式可以得出有功负载损耗约降低16.42%。

综上所述，投入一组5000kVar的电容器进行无功补偿后，功率因数提高了约8.5%，相应的有功负载损耗降低了16.42%，这可为远距离供电节约相当大的成本。

4　结语

综上所述，无功补偿技术在电气自动化运行系统中的应用，是随着科技的进步而不断进步的，电力企业应该注重对无功补偿技术新技术的学习和研究，不断将适合自身电气自动化系统的技术装置应用在电气自动化系统中，从而有效地节约电力企业的经营成本，保证电气自动化系统的安全运行。

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TM761.1

A

1673-0038（2015）16-0175-02

2015-3-25

肖金纯（1982-），男，工程师，本科，主要从事电气工程设计工作。