浅谈电气自动化中无功补偿技术的应用

郭永辉

摘 要：随着电气自动化技术应用范围的不断扩大，动态无功补偿技术和谐波治理的问题越来越严重。系统运行过程中往往出现负荷变化大，带有谐波的现象，传统的无功补偿技术已经不能满足系统运作的这一需求。无功补偿技术是采用无功、负序及谐波的综合补偿方式，对电气自动化系统的正常运行提供了有力的支撑。本文主要对无功补偿的概况、电气自动化中无功补偿技术的作用及应用进行了分析与探究。

关键词：电气自动化；无功补偿技术；概况

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，电容器建立電场所占的电能）。

二、电气自动化中无功补偿技术的作用

近年来，我国电气自动化技术中的无功补偿技术的应用范围也越来越广，其作用可以分为以下几点：

（1）提供电气自动化系统的稳定性，稳定系统整体的电压，最大程度的提高电网的质量与安全，并为其配置适当的调节器，提高系统的整体输电能力，为系统的整体抗干扰性。

（2）由于高次谐波的存在经常会导致部分用电器产生局部过热的问题，通过在电气自动化系统中应用无功补偿技术则可以很好的避免该情况的发生。无功补偿技术通过在电气自动化系统中设置静止无功补偿器，来改善电网中的电压负荷，避免产生过热现象，从而可以达到保护电容器等用电器的目的。

（3）无功补偿技术不论对于提高电网负载的功率因数还是大幅度降低用电设备中所需的电容量都可以起到非常好的作用和效果，从而避免造成更多不必要的经济损失。

（4）无功补偿技术还可以在三相负载不平衡的场合对三相视起到平衡功率的作用。无功补偿技术在电气自动化技术中的合理运用对于提高整个电气系统的稳定性和抗干扰性可以起到非常好的效果。

三、电气自动化系统中无功补偿技术的应用

1、电力负荷的功率因数

作为电力系统的重要技术数据，功率因数是衡量电气设备效率的主要系数。如电路无功功率用于交变磁场转换较大，则表明功率因数低，进而加大线路供电损耗，基于此，必须严格控制功率因数。电气自动化系统内，应确保功率因数最大化，只有这样才能降低无功功率传送，降低损耗有功功率量，才能将供电设备改善电压质量的功能充分发挥出来。电压和电流间的相位差（Φ）的余弦在交流电路内被称为功率因数，其表示符号为cosΦ，功率因数在数值上为有功功率与视在功率的比例。公式如下：cosΦ=P/S。

2、并联电容器补偿无功功率的作用

并联电容器能够在工频交流额定电压下长期运行，具有承受相应过电压的性能。作为节能用电的重要途径，用电容器实施无功补偿，可对用电负载功率因数、电压质量进行有效提升，同时也能起到电网线损有效降低的作用。变压器负载侧电压在投入与切除并联补偿电容器时都会出现相应改变，由此可见，可利用投入或切除电容器的方式对变压器负载侧电压质量进行有效提升

3、真空断路器投切电容器

此类补偿方法中，电容器组通过对高压母线内电压互感器一次绕组电阻放电的充分充分利用，可达到良好的补偿效果，通常不进行专门放电装置的安装。为避免高压击穿电容器，可将熔断器安装到电容器组内进行短路保护。为减少合闸时电容器组出现的冲击涌流与避免串联谐振现象出现于电容器组和线路电感内，可进行一定量电抗器串联。其能充分补偿高压母线前主变压器、高压线路与电力系统无功功率，对功率因数提升、成本降低极为重要。

4、固定滤波器和晶闸管调节电抗器

根据谐波规定进行固定滤波器的设计，利用晶闸管触发角改变对流过电抗器的感性电流加以调节，并确保其平衡于并联滤波器中剩余容性无功补偿电流，以此与功率因数需求相符。其优势包括长期投入固定滤波器，晶闸管应用少、具有较快的响应速度及良好的调节能力。

5、变电站无功补偿技术

作为供电区域的供电中心，变电站可通过不同等级电压的配电线路供电给用户。遵循“分级补偿、就地平衡”的要求，确保配电线路无功功率平衡于电力用户无功功率，无需变电站补偿无功电力。主变压器无功损耗为容性无功补偿装置的主体，并具备相应负荷侧无功补偿的功能。按照主变压器容量进行容性无功补偿装置容量的确定，即遵循10%到30%主变压器容量合理配置，并能与主变压器（30到110KV）最大负荷相符，要求其高压侧功率因数在0.95以上。如40mva为主变压器单台最小容量，则每台主变压器需进行2组以上容性无功补偿装置的配备。

线路无功补偿装置安装前，因变电站主变压器将一定量无功功率输送给线路，进而降低了主变压器有功功率传输的能力。如安装线路无功补偿装置，可降低主变压器无功功率向外输送的量，进而提升有功功率输送量，这就是主变压器增容。按照补偿前后线路侧功率因素与主变压器额定容量可对主变压器增容进行计算，公式如下：

其中，主变压器增加的容量由△S表示；

主变压器额定容量由S表示。

6、配电线路的无功补偿

配电线路在电力网内用量较大，其中60%到70%为线损率。基于此，必须做好配电线路无功补偿工作，充分减少配电线路功率损耗。因配网线路较为复杂，无法选取统一模式，根据具体情况，可选取分散、集中、固定与自动等相互结合的模式。具体过程如下：首先根据主变压器容量15%在变电所内进行固定补偿电容器组安装；其次将固定补偿电容器组安装于线路负荷中心等相关位置；最后将自动补偿电容器组安装于线路负荷中心上侧。

在补偿分支线路无功消耗中，应以平衡分支路线无功功率为主，尽量降低分支线路向主干线进行无功功率索取，尽可能降低无功损耗。其要求如下：第一，分组补偿容量通过分支线路具有的配电变压器空载无功损耗确定；第二，补偿点通过较大负荷分支线确定；第三，以用户自主补偿作为全部配电变压器负载无功损耗的主体，如用户补偿不足或无补偿，则需向主干线进行无功功率索取。由此可见，可通过配电变压器空载无功损耗对线路补偿容量进行确定。

四、结束语

综上所述，伴随电气自动化技术在多领域的大量运用，线形与非线性负载应用也逐渐增多，进而加重了电气线路无功补偿不足与谐波污染问题，并导致电气自动化系统电能损耗增加，这给电气自动化技术快速发展造成了严重制约。为有效提升电力线路运行质量与实现资源利用率最大化，可将无功补偿装置合理引入电气自动化系统线路，以此提升电气系统运行稳定性。

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