無功補償技術在電氣自動化中的應用探析

郭玉卓

摘 要：隨著電氣自動化技術應用范圍的不斷擴大，動態無功補償技術和諧波治理的問題越來越嚴重。系統運行過程中往往出現負荷變化大，帶有諧波的現象，傳統的無功補償技術已經不能滿足系統運作的這一需求。無功補償技術是采用無功、負序及諧波的綜合補償方式，對電氣自動化系統的正常運行提供了有力的支撐。本文主要對電氣自動化中無功補償的原理、意義及應用進行了分析與探究。

關鍵詞：無功補償；電氣自動化；基本原理；意義

1 無功補償的基本原理及意義

無功功率補償Reactive power compensation，簡稱無功補償，在電力供電系統中起提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少電網的損耗，使電網質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統，電壓波動，諧波增大等諸多因素。

無功補償的基本原理：電網輸出的功率包括兩部分：一是有功功率：直接消耗電能，把電能轉變為機械能、熱能、化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率；二是無功功率：不消耗電能，只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網中與電能進行周期性轉換，這部分功率稱為無功功率（如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能）。

無功補償的具體實現方式：把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。無功補償的意義：

⑴ 補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。

⑵ 減少發、供電設備的設計容量，減少投資，例如當功率因數cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95時，裝1Kvar電容器可節省設備容量0.52KW；反之，增加0.52KW對原有設備而言，相當于增大了發、供電設備容量。因此，對新建、改建工程，應充分考慮無功補償，便可以減少設計容量，從而減少投資。

⑶ 降低線損，由公式ΔΡ%=（1-cosθ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ為補償后的功率因數，cosθ為補償前的功率因數則：

cosΦ>cosθ，所以提高功率因數后，線損率也下降了，減少設計容量、減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業的經濟效益。所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標，規劃、實施無功補償勢在必行。

2 電氣自動化系統中無功補償技術的應用

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cosΦ，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：cosΦ=P/S。

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、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。

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。

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。

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。

3 結束語

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。

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