電氣自動化系統中的無功補償技術分析

靳海洋　方輝

摘要：隨著社會經濟的快速發展與科學技術的不斷進步，我國電氣自動化系統也愈加完善。無功補償技術作為電氣自動化系統的重要技術之一，其技術水平的高低直接影響著電力事業的發展。為此，本文主要對無功補償的概況、裝置選擇方式及電氣自動化系統中無功補償技術的應用進行了分析與探究。

關鍵詞：電氣自動化系統；無功補償技術；概況；裝置選擇；應用；電網輸出功率；無功功率

中圖分類號TM7 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2015）12-0089-01

1.無功補償的概況

無功補償也被叫做無功功率補償，電力供電系統內無功補償能夠對電網功率因數進行有效提升，是減少供電變壓器與輸送線路損耗，供電效率提升與供電環境有效改善的重要途徑。其工作原理如下。

電網輸出功率：有功功率與無功功率為電網輸出功率的重要組成部分，有功功率電能消耗具有直接性，通過電能向機械能、熱能、化學能的轉換，可利用這些能作功，有功功率就是該部分的功率。無功功率具有電能無消耗的特點，可將電能向其他形式能轉換，該能為電氣設備作功的基礎前提，同時此類能夠可在電網內和電能進行周期性轉換，該類功率就是無功功率。

實現無功補償的具體方法：同一電路內并聯具備容性功率負荷的裝置和感性功率負荷，在以上2種負荷內能量相互交換，并通過容性負荷輸出的無功功率補償感性負荷所需的無功功率。

2.無功補償裝置的選擇

為建立與完善電氣自動化系統，降低用電消耗，提升線路運行質量，相關部門與用電單位必須重視無功補償裝置的合理選擇，具體方式如下。

1）msc裝置。設備不間斷運作的企業通常選msc裝置，要求用電單位具有負載穩定與功率因數變化小的特征，可選取安裝于低壓配電側的集中補償方法實現無功補償作用。

2）tsc裝置。該裝置對沖擊性負載具有靈敏的反應，可用于沖擊性負載較大與負荷電流瞬時改變較多的地方。

3）msc+tsc裝置。在高層居民樓、大型商場等地方可選取msc+tsc裝置。其原因為該建筑物內用電系統涵蓋大波動的單相負載，如電梯、中央空調等，通過該裝置其補償方式具有混合性特點，其補償效果最佳。

3.電氣自動化系統中無功補償技術的應用

3.1電力負荷的功率因數

作為電力系統的重要技術數據，功率因數是衡量電氣設備效率的主要系數。如電路無功功率用于交變磁場轉換較大，則表明功率因數低，進而加大線路供電損耗，基于此，必須嚴格控制功率因數。電氣自動化系統內，應確保功率因數最大化，只有這樣才能降低無功功率傳送，降低損耗有功功率量，才能將供電設備改善電壓質量的功能充分發揮出來。電壓和電流間的相位差（φ）的余弦在交流電路內被稱為功率因數，其表示符號為cos中，功率因數在數值上為有功功率與視在功率的比例。公式如下：COS中=P/s。

3.2并聯電容器補償無功功率的作用

并聯電容器能夠在工頻交流額定電壓下長期運行，具有承受相應過電壓的性能。作為節能用電的重要途徑，用電容器實施無功補償，可對用電負載功率因數、電壓質量進行有效提升，同時也能起到電網線損有效降低的作用。變壓器負載側電壓在投入與切除并聯補償電容器時都會出現相應改變，由此可見，可利用投入或切除電容器的方式對變壓器負載側電壓質量進行有效提升。

3.3真空斷路器投切電容器

此類補償方法中，電容器組通過對高壓母線內電壓互感器一次繞組電阻放電的充分利用，可達到良好的補償效果，通常不進行專門放電裝置的安裝。為避免高壓擊穿電容器，可將熔斷器安裝到電容器組內進行短路保護。為減少合閘時電容器組出現的沖擊涌流與避免串聯諧振現象出現于電容器組和線路電感內，可進行一定量電抗器串聯。其能充分補償高壓母線前主變壓器、高壓線路與電力系統無功功率，對功率因數提升、成本降低極為重要。

3.4固定濾波器和晶閘管調節電抗器

根據諧波規定進行固定濾波器的設計，利用晶閘管觸發角改變對流過電抗器的感性電流加以調節，并確保其平衡于并聯濾波器中剩余容性無功補償電流，以此與功率因數需求相符。其優勢包括長期投入固定濾波器，晶閘管應用少、具有較快的響應速度及良好的調節能力。

3.5變電站無功補償技術

作為供電區域的供電中心，變電站可通過不同等級電壓的配電線路供電給用戶。遵循“分級補償、就地平衡”的要求，確保配電線路無功功率平衡于電力用戶無功功率，無需變電站補償無功電力。主變壓器無功損耗為容性無功補償裝置的主體，并具備相應負荷側無功補償的功能。按照主變壓器容量進行容性無功補償裝置容量的確定，即遵循10%到30%主變壓器容量合理配置，并能與主變壓器（30到110kV）最大負荷相符，要求其高壓側功率因數在0.95以上。如40mva為主變壓器單臺最小容量，則每臺主變壓器需進行2組以上容性無功補償裝置的配備。

線路無功補償裝置安裝前，因變電站主變壓器將一定量無功功率輸送給線路，進而降低了主變壓器有功功率傳輸的能力。如安裝線路無功補償裝置，可降低主變壓器無功功率向外輸送的量，進而提升有功功率輸送量，這就是主變壓器增容。按照補償前后線路側功率因素與主變壓器額定容量可對主變壓器增容進行計算，公式如下：

3.6配電線路的無功補償

配電線路在電力網內用量較大，其中60%到70%為線損率。基于此，必須做好配電線路無功補償工作，充分減少配電線路功率損耗。因配網線路較為復雜，無法選取統一模式，根據具體情況，可選取分散、集中、固定與自動等相互結合的模式。具體過程如下：首先根據主變壓器容量15%在變電所內進行固定補償電容器組安裝；其次將固定補償電容器組安裝于線路負荷中心等相關位置；最后將自動補償電容器組安裝于線路負荷中心上側。

在補償分支線路無功消耗中，應以平衡分支路線無功功率為主，盡量降低分支線路向主干線進行無功功率索取，盡可能降低無功損耗。其要求如下：第一，分組補償容量通過分支線路具有的配電變壓器空載無功損耗確定；第二，補償點通過較大負荷分支線確定；第三，以用戶自主補償作為全部配電變壓器負載無功損耗的主體，如用戶補償不足或無補償，則需向主干線進行無功功率索取。由此可見，可通過配電變壓器空載無功損耗對線路補償容量進行確定。

4.結語

綜上所述，伴隨電氣自動化技術在多領域的大量運用，線形與非線性負載應用也逐漸增多，進而加重了電氣線路無功補償不足與諧波污染問題，并導致電氣自動化系統電能損耗增加，這給電氣自動化技術快速發展造成了嚴重制約。為有效提升電力線路運行質量與實現資源利用率最大化，可將無功補償裝置合理引入電氣自動化系統線路，以此提升電氣系統運行穩定性。endprint