電氣自動化中無功補償技術的應用研究

王 玲

(西安鐵路職業技術學院，陜西 西安 710014)

電氣自動化中無功補償技術的應用研究

王 玲

(西安鐵路職業技術學院，陜西 西安 710014)

作為電氣自動化應用中的重要技術，無功補償技術對于節約能耗和降低自動化過程的無功功率具有重要的作用。本文介紹了電氣自動化無功補償技術的功能和意義，分析了無功補償技術應用的實現途徑；闡述了無功補償技術在電氣自動化中的應用策略，以期為相關技術人員提供參考。

電氣自動化；無功補償技術；應用

隨著電氣自動化水平的發展，電氣設備中的不穩定變化規律和非線性因素導致了輸電線路無功功率增大。無功補償技術的應用能夠有效提高電氣設備的節能效果，降低自動化過程中的無功功率，對于提升電氣設備運行的穩定性具有重要作用。加強電氣自動化無功補償技術的應用研究，對于開拓無功補償技術的應用范圍和完善其應用途徑具有重要的理論和現實意義。

1 電氣自動化無功補償技術的功能和意義

機電一體化的不斷推進和電氣自動化的應用，大幅度加快了電力系統的發展速度。電氣自動化無功補償技術的應用不但能夠提高電力系統運行的穩定性和安全性，還能大幅度提高電力系統的供電質量[1]。電氣自動化無功補償技術系統如圖1所示。

圖1 電氣自動化無功補償技術系統

該系統具有的功能和意義如下。

1)在三相負載出現不平衡條件時，無功補償技術能夠平衡三相視在功率，其對于改善電力系統的整體性能和抗干擾性具有重要作用。

2)由大量電力輸電線路組成的電力網可以分為高、中、低3種模式，大多數的情況下，高壓電網和低壓電網的流動電壓是非常不穩定的，使用無功補償技術能夠改善電氣自動化系統的穩定性和可靠性，使電力系統在更為安全的條件下運行，可大幅度提高輸電質量。在實際運用時，可以配備相應的調壓器，與無功補償技術共同配合提高系統運行的整體性能，且增強系統的抗干擾性。

3)無功補償技術在電氣自動化中的應用能夠改善電網及其負載的功率因數，盡可能減少各部分用電設備的電容量，從而節省運行成本和能耗。

4)無功補償技術還能為系統配置相應的靜止無功補償器，一方面可以調控電氣自動化運行中電網的電壓；另一方面還可以為電氣自動化運行中的電纜和電容器等設備提供安全保障，防止出現由于高次諧波造成的局部發熱故障。

2 無功補償技術應用的實現途徑

無功補償技術在電氣自動化應用中期的實現途徑各有不同，且每部分都有自己獨特的特點。

2.1 電抗器、電容器與固定濾波器

主要通過降低連接在低壓母線上的濾波器、電抗器或變壓器的電壓進行調節，最終目的是改變其無功出力過程，在調節時，可以通過分接開關的無載調節和晶閘管的通斷作用進行控制。該方案還能夠提供穩定的無功功率的和濾波。

2.2 晶閘管調節變壓器和固定濾波器

這2種設備主要利用高漏抗變壓器來運行，因其工作時產生的能耗較大，在無功補償技術方案中不經常用。

2.3 無源濾波器與有源濾波器

此種無功補償技術方案仍處于研究階段，其主要利用有源濾波器產生與負荷條件下諧波電流相反的諧波電流，讓兩者相互抵消，以滿足電源對無功電流和總諧波電流的要求。其具有能夠利用有源補償的可控性、靈活性和無源補償大容量的特點[2]。

2.4 真空熔斷器投切電容器

該無功補償技術的特點是成本較低，且運行過程簡單、快捷，缺點是合閘過程中電容器會在短時間內形成過高的電壓，極容易引起設備損壞；另外，由于在開關使用壽命內開關次數存在一定的限制，因此不能頻繁對開關進行投切，這在一定程度上影響了動態補償的效果。

2.5 有源濾波器

有源濾波器工作過程是在負荷條件下利用電力電子裝置產生與負序電流相反的諧波電流，使兩者之間充分抵消，以滿足電源對無功電流和總諧波電流的要求。其主要優勢是調節過程較快、補償方式多樣且不與系統發生諧振問題，主要缺點是電子電力裝置的成本較高。

2.6 可控飽和電抗器與固定濾波器

主要通過對飽和電抗器的磁飽和程度進行調整，以改變流入回路的感性電流，然后盡可能使并聯濾波器中剩余的容性無功功率與感性電流相互抵消，從而形成平衡狀態。其主要優勢是可以長期使用固定濾波器的并聯濾波支路，但是其形成的諧波會對設備造成一定影響，且運行中會產生較強的噪聲。

2.7 晶閘管調節電抗器與固定濾波器

將電抗器串聯至反并聯晶閘管上，抵消并聯濾波器中剩余的容性無功補償電流，從而使兩者之間達到平衡，以提高電網的功率因數。其主要優勢是可以長期使用固定濾波器，且其只需要較少的晶閘管數量，響應速度也相對較快，主要缺點是會形成諧波。

2.8 靜止無功發生器

其運用了多重化技術和脈沖寬度調制技術，和傳統的交換虛擬電路以及電阻溫度系數相比，含有較低的諧波含量，不會造成電網的二次污染。在運行過程中，其被當作相應的電流源，因此不可能與系統阻抗發生諧振，擁有更高的安全性。靜止無功發生器還能夠完成補償負載不平衡、補償負載諧波和補償負載無功等多種補償功能。其響應時間通常<5 ms，能夠在較短的時間內，實現從額定容性無功功率到額定感性無功功率的轉換，其響應速度能夠迅速完成對沖擊性負荷的補償[3]。

3 無功補償技術在電氣自動化中的應用策略

3.1 運用并聯混合有源濾波器的補償技術和方案

并聯混合有源濾波器的無功補償技術方案是目前國內比較先進的混合式解決方案，該方案能夠克服由電力牽引負荷時不穩定變化引起的電力濾波器補償量超出額定值的問題，且其通過混合APF和LC技術，能夠完成協調調整大型電氣自動化系統的補償技術，對諧波開展注入式的無功補償。該方案可以有效節省成本，投資與效益性價比相對較高，在低壓電網中比較適用。

對電網的輸電線路部分進行電容器組的分散安裝是無功分散補償的實現途徑。其能夠克服農村電網中通常存在的無功補償問題。經過長時間的運行調試發現，分散補償技術具有維護與安裝過程簡單、成本較低以及運行過程安全可靠等優點，相比較高壓線路和變電站中使用的集中補償技術，其更接近于負荷的末端。實施步驟如下。

1)采取正確的補償方案。配網無功分散補償主要在配電變壓器等裝置上進行，因此應將電容器組安裝在配電變壓器的低壓引線處。由于電容器容量相對較小，所以可以不考慮保護裝置、過電壓和合閘通流等問題的影響，將電容器組與配電變壓器一起進行投、撤，然后經過變壓器低壓繞組完成相應的放電過程。在進行無功補償計算時，考慮到在配電變壓器處安裝了小型分散補償電容器，因此應參考變壓器空載時的無功功率Q0，盡量保證電容器容量QC≈Q0，可由電動機等設備形成的無功功率來確定用戶補償數值。

2)采取合理的安裝方法。通常情況下，低壓電容器安裝在配電變壓器、低壓出線桿的橫擔位置，當電容器后有較大的電壓時，可以另外安裝1個小型支架來固定低壓電容器。安裝完低壓電容器后，應將電容器的出線頭連接到配電變壓器的低壓引線處；然后通過分析相關補償線路的數據資料來控制電容器的安裝數量、輔助設備數量、規格、型號；最后進行總體預算[4]。

3.2 電氣自動化無功補償技術應用中的共性問題

無功補償技術不僅能夠改善電氣自動化運行的安全性和可靠性，還能有效避免資源浪費，提高電力企業經濟效益。現代無功補償技術主要應用在變電站中，從發電廠流出的無功電流會通過變電站進行流通，電流在變電站線路向低壓線路轉換的過程中，會形成無功電流的遠距離傳輸，此種條件下，可以分區對變電站開展無功補償。通常220 kV變電站都具有較強的分區調節功能，會根據區域的不同選擇恰當的調節容量，而負荷功率因素最大能夠達到0.98左右；所以，在變電站應用無功補償時，應根據不同的分區情況對變壓器進行恰當的補償和調整，并利用更加細化的技術方案來提高無功補償的實際效果。

3.3 分析電氣自動化中應用無功補償技術的方向和基本方式

電能質量是評價電網系統的一個非常重要的性能指標，大多數情況下電氣自動化系統發生的無功問題都是由功率因素和阻抗問題導致的。采用AT供電方式是我國電氣自動化無功補償應用的主要方式，領用晶閘管電子開關完成電容器的投切，并使用SCOTT變壓器，此種策略能夠有效減少較長輻射路線上存在的負序問題，提高了電能質量。

4 結語

無功補償技術的應用能夠大幅度提高電氣自動化運行的安全性和可靠性，并能最大化地節約能耗；因此，相關技術人員應加強無功補償技術的分析與研究，不斷拓展無功補償技術在電氣自動化系統中的應用范圍，提高無功補償技術應用的水平和能力，不斷改善電力系統工作整體穩定性和電網輸電質量。

[1] 魯俊生.電力網無功功率補償技術的現狀[J].企業技術開發， 2011,12(29):62-63.

[2] 王超.電氣自動化中的無功補償技術分析[J].廣西輕工業,2012,13(14):74-75.

[3] 唐山.對電力系統無功功率補償技術的探討[J].科技資訊, 2010,6(10):61-62.

[4] 明志新,陳劍.電氣自動化技術在火力發電中的應用[J].科技致富向導, 2013,5(35):57-58.

責任編輯李思文

ResearchonApplicationofReactivePowerCompensationTechnologyinElectricalAutomation

WANG Ling

(Xi’an Railway Vocational Technical Institute, Xi’an 710014, China)

As an important technology in electrical automation applications, reactive power compensation technology for saving energy consumption and reducing reactive power play an important role in the process of automation. The paper first introduced the electrical automation function and meaning of reactive compensation technology, then analyzed application of reactive power compensation technology, finally, the reactive power compensation technology in the application of electrical automation strategy was showed, and it was used to provide reference for relevant technical staff.

electrical automation, reactive power compensation technology, application

TM 76

：A

王玲(1979-)，女，講師，主要從事電氣控制等方面的研究。

2014-04-23