電氣自動化中無功補償技術的應用

李衛東

（中海油東方石化有限責任公司，海南 三亞 572600）

0 引 言

無功補償技術通過對電力負載功率變化進行相應調整，以降低電力線路耗損，提高電氣設備應用效率。因此，探究電氣自動化中無功補償技術的有效應用，有助于人們正確認識無功補償技術和靈活運用無功補償技術。

1 無功補償技術的簡要概述

1.1 基本內涵

無功補償技術在電氣自動化中的運用，主要是利用濾波技術構建起諧波補償體系，進而使負序得到相應降低。當前應用在電氣自動化中的無功補償技術類型眾多，主要包括源濾波器、固定濾波器以及真空短路投切電容器等。其中，有源濾波器可對電力裝置進行相應調控，進而形成滿足電源基礎需求且能有效抵制和諧波電流的負序電流；固定濾波器通過有效連接濾波器，能相應改善無功出力問題；真空短路投切電容器的無功補償技術通過靈活調節開關通斷，也有助于實現無功率濾波的穩定運行[1]。

1.2 重要作用

1.2.1 有助于提高功率因數

電氣自動化中，運用無功補償技術可在相同電路中實現容性與感性功率負荷裝置的有效并聯，從而使能量在這兩種不同負荷中實現自由轉換。運用無功補償技術，可使供電水準始終維持在一定水平，并能控制電氣設備能源損耗，實現資源與設備的充分利用，有助于控制電氣管理成本，使功率因數得到明顯提升。

1.2.2 提升系統的運行效率

基于電氣自動化的應用設備在運行中均會面臨功率受限的問題。例如，電力系統存在能源損耗的情況，電壓和負荷會有所增加，進而影響電力系統設備的正常使用。電氣自動化中，運用無功補償技術將無功功率在電網中進行科學分布，有助于提升電力系統的整體運行成效，防治出現損耗現象。無功補償技術的運用，可有效防止電力系統在供電狀態下因電網功率因數較低而導致輸電不穩定、變壓器損耗較大的情況，使電力系統能快速、高效地完成電力輸送。

2 無功補償技術在電氣自動化中的應用分析

2.1 應用于異步發電機

可使用實驗分析的方式探究無功補償技術在異步發電機中的應用過程。模擬操作實驗中，實驗人員選用的發電機和異步發電機分別為2.2kVA發電機和三組四極籠型異步發電機。圖1為實驗電路圖。

圖1 電路示意圖

此次實驗共使用11組補償電容，其中只有第11組利用的補償電容參數為500 V（AC）、50 Hz以及CBB60-2 μF，其他組利用的 補償電容參數則統一為500 V（AC）、50 Hz以及CBB60-4 μF。具體操作中，實驗人員通過對三相調壓器進行有效調節，從而真實模擬電網電壓的變化情況；對原本異步電動機的轉速進行相應調整，使異步電動機可完成差異化功率的有效輸出，確保整個無功補償技術在異步電動機中的應用實驗得以順利進行。額定電壓為100%的情況下，處于電動狀態的異步電動機，在電機轉速為1 490 r/min時，通過測量可知異步電動機表測量有功功率值為486 W，對應計算數值為489 W，兩者誤差為+0.61%；在電機轉速為1 485 r/min時，通過測量可知異步電動機表測量有功功率值為745 W，對應計算數值為749 W，兩者誤差為+0.53%；在電機轉速為1 479 r/min時，通過測量可知異步電動機表測量有功功率值為988 W，對應計算數值為992 W，兩者誤差為+0.40%。表1為額定電壓不變的情況下處于發電狀態的異步機有功功率數值統計表。

表1 基于發電狀態的異步機有功功率數值統計表

分別結合基于發電狀態和電動狀態的異步發電機有功功率，對各運行點異步電動機補償前的功率因數和補償后的功率因數進行集中統計和統一管理，可有效幫助工作人員集約化、高效化地管理異步電動機在補償前后的功率因數。根據相關實驗結果可知，當額定電壓為110%的情況下，電壓系統中的異步發電機吸收電網無功功率的效果顯著，此時勵磁電流有所增加，使功率因數出現下降。受此影響，補償電容器投入將會相應增加，進而使電壓數值持續上升，加大了相應磁通密度。當磁通密度增加至一定高度后，電機容易出現嚴重的損耗問題，從而大大降低電機效率，使異步發電機無法擁有充足的發電量[2]。隨著電網電壓的逐漸提高，異步發電機的運行性能將會越來越低。需使用專門的高性能異步發電機，以保障整個電力系統的安全穩定運行。

2.2 應用于電力用戶

現階段，無功補償技術在電力用戶領域也得到了相應使用。運用在電力用戶中的無功補償機制多種多樣，各補償機制具備的優勢也不盡相同。為使無功補償技術的優勢效用在電力用戶中得到充分發揮，需相關工作人員立足電力用戶實際情況，合理選用相應的補償機制。例如，運用于電力用戶的集中補償機制中，工作人員通常會采用將電容器組集體安裝于所有電力用戶變電裝置內部的方式，使變壓器無功功率損失量得到有效控制，從而達到節點效益最大化的目標。無功補償技術的運用使輸電線路損失明顯降低，在保障相應運行條件處于自動投切狀態下，工作人員適時補充調節無功負荷，既滿足了電力用戶的用電需求，又獲得了良好的節點效益。此外，可根據實際情況選擇使用分組補償機制。相關工作人員需要為電力用戶合理分配電容器，依照組別深入分析處理配電線的具體工序和實際配比要求等，以構建分組補償機制，從而使各組變壓器無功補償實現有效平衡。將上級線路無功功率降至最少，避免線路與變壓器出現大量損耗，有助于實現電力系統的安全穩定運行。運用于電力用戶的個別補償機制中，工作人員主要通過并聯電力用戶的具體用電設備以及電容器，從而及時補償各電氣設備的無功功率負載[3]。因單次補償屬于無功補償，單獨一臺電力設備電容基本和電機輸入與輸出狀態相同，故而能夠實現對電機無功損耗的及時補償。通常在大型或中型的異步電機中比較適合使用個別補償機制。

2.3 應用于配電線路

將無功補償技術運用于配電線路中，有助于電氣自動化獲得更高的運行性能和運行成效，實現分支線路的有效無功補償。配電線路中運用無功補償技術時，需借助配電變壓器詳細分析分支線路的具體無功損耗情況，全面了解無功損耗具體應用結構，以確定具體補償容量，使工作人員可選擇適宜的分支線路。補償設備正常運行狀態下，配電線路將處于欠補償狀態，相關工作人員應根據時間節點和具體電壓變化情況科學判定電容器投入過程和具體用量等，從而有效實現全面最優補償。

3 結 論

目前，無功補償技術有效應用于配電線路、電力用戶及異步電機等，極大地提高了電氣自動化的運行性能和運行效果。因此，需加大對無功補償技術的研發力度，進一步拓寬無功補償技術在電力自動化中的應用范圍，進而使我國真正實現電力自動化的可持續發展。