電氣工程及其自動化無功補償技術的實際應用研究

湛偉越

摘 ? 要：在我國電氣工程自動化水平的逐步提高下，以無功補償技術為代表的各種先進電力技術也得到極大發展，為提高電力供給效率，控制供電設備損耗等均發揮了重要作用。在這一背景下，本文將在闡明無功補償技術基本內涵與主要技術特征的基礎上，以某變電站為例對電氣工程及其自動化無功補償技術的實際應用進行簡要分析研究。

關鍵詞：電氣工程 ?自動化 ?無功補償技術

中圖分類號：TM761 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）02（c）-0045-02

電氣工程在實現自動化發展的過程中，也伴隨出現了各種諧波問題以及動態補償等問題，而傳統的靜態無功補償技術顯然已經難以與現代化、智能化的電力行業發展需求相符合。為此有必要加強對動態無功補償技術及其實際應用的深入研究。本研究可為相關研究人員給予一定理論參考之余，也為自動化無功補償技術在電氣工程中的高效利用提供相關實踐指導與幫助。

1 ?無功補償技術的簡要概述

1.1 基本內涵

以無功補償理論為基礎的無功補償技術，指的就是一種在相同線路上實現感性功率負荷和有容性功率負荷裝置的有效并聯的技術。使得電能可在電網中任意進行兩種負荷交換，互相為對方補償無功功率，進而在有效提升供電系統電網功率因素的同時，達到控制供電設備、線路等對電能產生的損耗，實現供電效率最大化，切實保障電網安全、穩定運行[1]。具體來說，電網中使用并聯的補償電容器時，變壓器負載電壓會因此受到一定影響而發生變化，故而為使得負載電壓始終具有較高質量水平，可根據實際情況對電容器進行無功補償的投入或切除。在電容器投入調整時，如果分別用和表示電容器投入前后，變壓器負載因數與負載側功率增加因數，用U20與U2+分別表示電容器投入前后，變壓器負載電壓與電壓增加值，則有：

在該公式當中，變壓器自身負載側額定電壓與電源側運行電壓分別用U2N和UX進行表示，變壓器運行時的電壓則用U1進行表示。在切除電容器的過程中，如果分別用和表示其負載側功率及其減少因數，用U20與U2-分別表示電容器切除時其負載側電壓值及其電壓減少值，則有：

1.2 技術特征

當前在無功功率中較為常見的設備主要包括異步電動機以及變壓器等，其中異步電動機與變壓器在整體中的所占比重分別約為60%和20%，另外還有包括整流器和供電線路等在內的其他基礎設備。但整體來看，異步電動機設備上產生的無功功率消耗最大，而無功功率在線路、整流器等基礎設備以及變壓器當中的消耗量基本相同。供電企業通過根據自身實際情況靈活運用無功補償技術，可使得供電效率以及用戶用電因數得到明顯提升，在保障電網整體實現安全穩定運行的同時，有效增強電網運行的經濟性，控制電能損耗。

2 ?電氣工程自動化中無功補償技術的實際應用

2.1 FC+TCR型補償設備

為有效說明電氣工程及其自動化無功補償技術的應用，本文以某變電站為例。該變電站負責為所在城市的中心區域供電，輸配電線路采用分級補償、就地平衡的方式進行輸電。需要配電線路內以及用電用戶在電量接收中，能夠有效平衡無功功率，變電站則基本不為其提供無功功率。因此在該變電站中，除了使用主變壓器作為無功補償設備之外，還在無功補償技術原理下，采用了FC+TCR型補償設備。即在電網當中以串聯形式分別接入一個電抗器與兩個反并聯晶閘管，其中TCR裝置等同于交流調壓器電路接電感性負載，電路在90°～180°之間可進行有效移相。在觸發角達到90°的情況下，晶閘管實現全導通，此時其導通角為180°，電抗器可吸收最大無功電流。鑒于TCR響應時間不超過半周波，能夠持續對無功功率進行吸收，但電流中容易存在諧波并出現較大功率損耗，因此該變電站通過將TCR與并聯電容器進行相互整合，利用TCR+FC型補償設備，即將一定數量的不可控電容器和TCR并聯接入同一電網中，電容器容量與負載所需無功總量相一致，電感為可變電感[2]。變電站工作人員通過對該補償設備的雙向晶閘管導通角的大小進行適當調整，進而達到有效控制補償器吸收的無功分量，實現對無功功率進行靈活調整的目的。在導通角為0°的情況下，晶閘管全導通，此時電感支路消耗無功功率最大，補償器向系統輸出的無功功率最小。當導通角逐漸增大并最終達到90°時，電感支路電流將會逐漸減小直至斷開，此時電感幾乎不吸收無功功率，補償器所輸出的無功功率將最大。

2.2 變電站無功補償應用

根據相關數據顯示，該變電站根據30%主體變壓器容量配置容性無功補償設備容量，要求其與35～110kV變壓器負荷相吻合，在輸電線路實際運行時，高壓電流側功率因數需至少達到0.95。如果變電站中單個變壓器容量在40MVA以上，則需為單個變壓器同時配置至少兩組無功補償裝置，以此有效達到無功補償的效用。15%和20%主變壓器容量分別為該變電站35kV以及110kV變電設備d 補償容量。由于變電站負責為市中心區域供電，其供電運行狀態基本以輕負荷形式為主，通常無功補償取最小值，即將10%主變壓器容量作為無功補償值[3]。使變電站在空載運行狀態下產生的無功損耗略低于無功補償值。為了能夠滿足變電站不斷增長的設備運行負荷需求，相關工作人員在充分結合變電站實際情況的基礎上，嚴格依照國家相關規定要求，建立了較為完善的補償調整制度，對無功補償調整方式、無功補償值等進行統一明確，使得供電穩定性得到了極大保障。

在夏季、冬季等用電高峰時期，變電站設備會出現較大負荷，此時電壓經常會出現明顯下降的情況，進而難以始終維持較高的供電質量水平。變電站工作人員通過認真遵循無功補償調整制的相關規定要求，合理選擇補償容量即可。而如果變電站所選補償容量比經濟補償容量要大，則在條件允許的情況下，變電站可臨時增加部分設備，將補償調整至各子變電站中，進而獲得更加理想的無功補償效果。另外，如果變電站區域內，電力用戶以及配電回路無功補償不理想，則變電站同樣需要根據實際情況，臨時增設相關設備，使得無功補償容量可以得到一定提升，變電站在有效承擔補償差額的同時，使得整體設備可以維持穩定、較高的運行效率。在此基礎上，相關工作人員對站內無功補償設備，使用兩次負荷側母線分段運行方式，將其分成兩組。用以對變電站中的各主變電器運行進行分別有效控制，同樣也可以在節約變電站無功補償成本的同時，使其能夠獲得良好的經濟效益。

3 ?結語

綜上，無功補償技術有助于供電企業與用戶提高供電效率及用電因數，將電網運行中的電能消耗減至最少，切實保障電網實現安全、穩定、經濟運行。為此相關工作人員需要在結合實際需要的基礎上，嚴格按照國家相關規定要求，合理運用無功補償技術，并依托該技術自主研發更多功能強大的自動化無功補償設備，從而在充分發揮其應有效用，自動調控補償容量下能夠獲得更加理想的電網運行效果。

參考文獻

[1] 范瑞云.淺談無功補償技術在電氣自動化中的應用[J].南方農機，2019，50（3）：252-253.

[2] 張歡歡.智能無功補償技術在電氣工程自動化中應用研究[J].科技風，2017（20）：150.

[3] 朱晶晶，曾龍，王善彪.智能無功補償技術在電氣工程自動化中應用[J].山東工業技術，2017（10）：160.