高压电网功率自动补偿试验中的问题及对策

李朋宇 荆林远 胡冰

摘要：基于无功功率容易造成的负面影响，分析了电网系统中无功补偿的作用，研究了电工电子技术在电力系统中的应用以及在无功补偿自动控制中的应用。

关键词：高压电网;无功补偿;自动控制

前言

无功功率会导致输变电设备的供电能力受到制约，增加电能损耗，不仅给电力企业带来了直接的经济损失，同时严重影响电网运行安全。无功功率补偿是电力企业采取的有效应对措施，在改善供电环境、保障电网安全和提高供电质量等方面发挥着重要作用。

1 无功补偿技术的基本原理及实现方式

1.1 电气自动化中无功补偿技术的基本原理

在无功补偿技术应用的过程中，要借助滤波技术建立谐波补偿体系，从而降低负序，也为电力系统优化管理奠定基础，并且对供电指令予以综合性分析，从而确保控制器操作工序和指令管理不能满足操作要点，结合动态补偿机制为电网频率变动和电网抗阻冲突的缩减奠定基础。也就是说，无功补偿技术作为无功电压控制系统的中间环节，要借助发电机组对无功功率展开系统化配送，以保证电网配置工作的合理性，也为电力系统维持工作的全面开展奠定基础，有效提高电网运行的安全性和稳定性。在电气工程中的相关设备运行过程中，通常用视在功率来表示电气相关设备的容量，这个容量一般是设备可以转换的最大功率，所有设备在进行功率输出过程中，不仅有有用功率，还有因为各种损耗产生的无功功率。在我国目前普遍发展的无功补偿技术中，就是通过对电网中产生的无用功率进行充分的利用，尽量减少无功功率的消耗。

1.2 电气自动化中无功补偿技术的实现方式

一般在电气设备的电路中，能量的转换主要是通过两种不同的容性功率的转换实现的，如果容性负荷输出无功功率，则能实现对感性负荷的补偿。一般在电力系统的相关设备中安装一些无功补偿的设备，就可以在一定程度上降低能耗、提升输出功率。我国现阶段电气自动化无功补偿的实现主要通过以下几种方式：①集中补偿，通过并联的方式把电容器安装在高压、低压输电线路之中;②分组补偿，在并联的电路中，把电容器装在车架电平或者变压器的低压一侧;③单台电动机补偿，通过将并联的电容器和单台的电动机相互连接的方式达到补偿的效果。

2 无功补偿技术应用的基本要求

2.1 变压器容量、数量与电动机的选择

在应用无功补偿技术的过程中，对变压器的数量、容量及电动机的选择需要符合系统的实际需要，此外，还需适当降低线路的感抗，以确保无功补偿技术可以较好地融合到电气自动化系统当中。当生产的工艺条件与系统的设计条件不符时，则可采取如下2种办法来提高用电单位电力系统的自然功率因数，一是利用同步电动机，二是选用间歇工作制设备。

2.2 电容器的使用条件

当提高了系统的自然功率因数后，若工艺条件仍与设计要求有较大差距，则需引入无功补偿装置，通常采用以并联形式连接的电容器。规定电容器的使用条件为：低压供电单位的功率因数小于等于0.85或高压供电单位的电压为10kV或35kV。此时，便可利用电容器降低损耗、提高输电效率，以使工艺条件符合系统的整体设计要求。

2.3 平衡性原则

平衡性原则在无功补偿技术中主要体现为两个方面，首先是低压电容器应用来补偿系统中的低压无功负荷，而高压电容器则可以用来补偿系统损失的高压无功电荷。其次，当用电设备所承担的负荷相对平衡、使用次数较多、容量较大且内部的无功计算负荷≥100kvar时，应对无功补偿装置和电气设备采取同时通电的措施。在电容器组无功补偿方面，在进行无功补偿的同时，还应引入自动调节式的补偿装置来达到防止无功负荷倒送的目的。

3 电网系统中无功补偿自动控制技术的应用

3.1 机械式接触设备

利用电工电子技术实现无功补偿设备开关的自动化控制，有多种实现方法。本文介绍的基于并联电容器的开关完成无功补偿控制方式，具有两方面的应用优势：其一是在输入补偿阶段，电路中电压初始值不高，这样就方便进行低压操作，减少无功功率;其二是电容器很少出现涌流现象，无形中延长了设备使用寿命，经济效益明显提升。但是当电力系统中电压出现异常波动时，会出现涌流激增现象，可能会影响供电质量。为了解决这一问题，需要引入机械式接触设备，同时采用并联方式，在机械式接触设备之后增加电容组。这样通过组合控制，既可以达到控制涌流的目的，又能够减少电压波动影响，对提升无功补偿自动控制水平有积极作用。

3.2 无触点晶闸管

在以往无功补偿控制中，主要的措施是控制并联电容器组的涌流现象。但是在实际工作中，容易受到多种因素的影响，导致实际控制效果并不理想。一旦控制措施不到位，出现涌流问题，轻则导致电路中相关设备和线路烧毁，严重时还会造成局部电网瘫痪。基于电工电子技术的无功补偿自动控制，使用无触点晶闸管代替继电器，将无功补偿自动控制风险降到最低。通过实际观察，无触点晶闸管的优势在电路电压突降为0时，能够控制可控硅开关自动断开，这样就切断了电压突降对其他线路及设备的破坏影响，避免了拉弧问题。但是无触点晶闸管在应用中还存在一些不足之处，需要在无功补偿自动控制运用中加以改进。

3.3 复合开关

通常情况下，可控硅开关与交流接触器并不直接相连，在无功补偿自动控制中，复合开关则发挥了连接作用，实现了可控硅开关与交流接触器的并联。其作用是在电流过零时，能够确保可控硅开关可以第一时间断开，这样就达到了保护电网系统的目的，同时也间接了减少了无功损耗。但是大量的实验证明，复合开关在实际应用中，由于电网中涌流的存在，经常会出现无法有效或及时开关的情况，为了保证复合开关在无功补偿自动控制中发挥实际作用，需要对复合开关进行优化。首先，根据电力系统组成和无功补偿自动控制需要，科学选择复合开关。目前主流的复合开关有两种，分别是单相分补复合开关和三相共补复合开关。对于多数低压无功补偿来说，使用三相共补复合开关即可符合要求。但是对于三相负载不平衡的情况，就必须考虑使用单相分补复合开关。其次，无论使用哪种复合开关，都需要考虑经济成本问题，既要确保电路无功补偿达到预期效果，又要维护电力企业自身经济利益，实现两者的平衡。

3.4 電路仿真

电路设计是电工电子技术在电力系统中的一项重要应用，但在以往的电路设计中，电工电子技术只是发挥了辅助作用，完成设计任务后还是要按照设计图搭建实际电路。如果设计存在问题，仍需要完成电力系统安装后才能发现，无形中就造成了资源的浪费。随着电工电子技术的不断革新，电路仿真成为电力系统设计与检验的重要技术。在计算机虚拟环境下搭建电路，然后仿真运行，就可以提前发现电力系统中存在的问题，进而进行修改和完善，在确定不存在问题后，再进行电力系统的建设。电路仿真也可以应用到无功补偿自动控制中，对提升自动控制效果和降低线网损耗有显著作用。

结语

无功功率广泛出现在电力生产和运输过程中，为了降低无功功率带来的损害，电力企业在无功补偿方面的研究从未停止。当前无功补偿自动控制技术尚有一定缺陷，这就需要在今后的技术发展中，要不断进行技术与设备的创新，更好地发挥无功补偿自动控制的应用优势。

参考文献：

[1]贾权.电气自动化中无功补偿技术的应用[J].电子技术与软件工程.2018（21）.

[2]李小刚.电气自动化中无功补偿技术的应用[J].工程技术研究.2018（12）.