无功补偿技术在电气自动化中的应用探讨

刘宇林

【摘要】近些年来，随着不断对国外先进技术的借鉴与结合，我国的电气自动化对于无功补偿技术和谐波综合治理方法进行了多种深入研究。本文通过总结归纳无功补偿技术在电气自动化中的应用，为深入研究提供理论参考价值。

【关键词】无功补偿；电气；影响

随着电气自动化技术及其设备在社会各部门和领域的广泛应用，电力电子设备在电网中广泛使用，使得动态无功补偿（快速跟踪无功补偿）与谐波治理的问题日益突出，系统中常常会出现含有谐波，且负荷变化较大的工况，传统的静态无功补偿及静态无源滤波装置无法满足这一需求。动态无功补偿技术的应用为这一问题的解决提供了可行的途径[1]。动态无功补偿装置可根据系统的负荷情况实时在线投切l-c滤波器组，实现实时快速跟踪补偿系统基波无功，同时滤除谐波无功。

一、无功补偿及其特点

1.1无功补偿及作用

无功补偿是指为满足电力网和负荷端电压水平及经济运行的要求必须在电力网和负荷端设置的无功电源如电容器、调相机等。

1.2无功补偿的特点

企业中的异步电动机、变压器等电感性负荷是取用无功功率最多的设备。取向电网的无功功率量，异步电动机占60%左右；变压器占20%左右；整流设备、电抗器及架空供电线路等占20%左右。因此，可以得出结论，企业的无功功率主要消耗在异步电动机、变压器和架空供电线路中。为了补偿企业供用电设备所需的无功功率，采用静态或动态无功补偿方式，提高企业的用电功率因数，使企业的供用设备经济合理运行。

二、电力无功补偿技术

2.1电力负荷的功率因数

功率因数是指电力网中通过线路、变压器的视在功率供给有功功率所占百分数。在电力网的运行中，希望功率因数越大越好，如能做到这一点，则通过电力设备的视在功率将大部分用来供给有功功率，以减少无功功率的传输，减少有功功率损耗。适当提高用户的功率因数，充分发挥供电设备改善电压质量。在这种情况下，当q为零时，则其功率因数为1。因此，提高功率因数实际上是减少用电设备的无功功率需要量[2]。

2.2并联电容器补偿无功功率的作用及方法

2.2.1并联电容器无功补偿的作用

用电容器进行无功补偿是提高用电负载的功率因数，既能降低电网线损，又能提高电压质量的一种普遍应用的重要的节电措施和优质供电的措施。因此无功补偿降低电网线损和降低电压损耗的计算方法具有普遍性。提高功率因数既能降低电网的有功功率损耗，又能降低电网的无功功率消耗，同时又提高了变压器和电力线路的容量利用率和减少电压降。并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以提高功率因数。这种补偿方法所用的电容器称作并联电容器，用电企业都是采用这种补偿方法。

2.2.2无功补偿电压的调整

并联补偿电容器的投入与切除都要引起变压器负载侧电压的变化，因此可以通过电容器投入与切除来提高变压器负载侧的电压质量，下面分别给出电容器的投入与切除对变容器进行电压调整的计算式。

①电容器投入对变压器负载侧电压的调整

在电容器投入前变压器负载侧功率因数为，负载侧电压值为u20，而当电容器投入后负载功率因数提高为，则电容器投入后负载侧电压值增加为u2+，其计算式：

式中：u2n——变压器负载侧额定电压，kv；

u1——变压器电源侧运行电压，kv；

ux——变压器电源侧运行电压分接头值，kv；

②电容器切除对变压器负载侧电压值的调整

在电容器切除前变压器负载侧功率因数为，负载侧电压值为u20，而当电容器切除后负载侧功率因数下降为，则电容器切除后负载侧电压值下降为，则电容器切除后负载侧电压值下降为u2-，其计算式：

三、无功补偿技术在电气自动化中的应用

3.1主要方案

3.1.1真空断路器投切电容器

这种补偿方式中电容器组利用高压母线上电压互感器的一次绕组电阻放电，一般不装设专门的放电装置。为防止电容器高压击穿，在电容器组中接有熔断器fu作为短路保护。为降低电容器组在合闸时产生的冲击涌流及防止电容器组与线路电感发生串联谐振，可串联适当的电抗器。它能有效地对高压母线前主变压器、高压线路及电力系统无功功率进行补偿，能有效地提高工厂的功率因数，而且总投资少。

3.1.2固定滤波器和晶闸管调节电抗器

固定滤波器按谐波要求设计，反并联晶闸管与电抗器串联，通过改变晶闸管触发角来调节流过电抗器的感性电流，使其与并联滤波器中多余的容性无功补偿电流平衡，满足功率因数要求。优点是固定滤波器长期投人，需要的晶闸管数量少，响应速度快，调节性能好，缺点是tcr也产生谐波[2]。

3.2变电站无功补偿技术

变电站是一个供电区域的供电中心，用不同电压等级的配电线路向用户供电。按照“分级补偿，就地平衡”的原则，配电线路和电力用户应该基本达到无功功率平衡，不向变电站索取无功电力。容性无功补偿装置以补偿主变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧的无功补偿。容性无功补偿装置的容量可根据主变压器容量来确定，可按主变压器容量的10%～30%配置，并满足35～110kv主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95的要求。当主变压器单台容量为40mva及以上时，每台主变压器应配置不少于两组的容性无功补偿装置。

3.3配电线路的无功补偿

电力网中，配电线路数量很多，其线损约占总线损的60%-70%。因此，对配电线路进行无功补偿，降低配电线路的功率损耗十分重要。對配电线路进行无功补偿，在美、英等发达国家得到了广泛应用[3]。

分支线路补偿法的基本原则是以分支线路的无功功率平衡为主，对分支线路的无功消耗进行补偿，尽可能减少分支线路向主干线索取无功，从而减少无功损耗：（1）以分支线路所带配电变压器的空载无功损耗来确定分组补偿容量；（2）选择负荷较大的分支线确定补偿点；（3）对于小分支和个别的配电变压器，可视为主干线上的近似均匀分佰负荷.可按需要确定补偿点和补偿容量（补偿空载无功损耗）；（4）所有配电变压器的负载无功损耗均以用户自主补偿为主，如果用户未进行补偿或补偿容量不足，仍需向主干线索取无功。

从以上分析可见，线路的补偿容量是按配电变压器的空载无功损耗来确定的。带上负载以后，如果用户补偿设备投人不足，线路就会处于欠补偿状态。这虽然不是最优补偿方式，但可以达到补偿无功需求量70%左右的水平，对于目前我国的配电线路来讲，能做到也不容易了。

四、结束语

总之，为进一步推进电气自动化行业的持续优质发展，我们应继续深入研究开发无功补偿处理技术。应基于各技术应用服务特征，行业系统工作现实需要，有效的明确无功补偿技术应用价值以及存在的缺陷，进而明确其今后研究发展方向，树立科学的研究目标，制定有效的技术方案，方能进一步消除技术瓶颈问题，提升电气自动化系统现实工作效率，确保安全可靠的服务运行，开创健康优质的工作环境，并真正实现可持续的全面发展。

参考文献：

[1]张振华.创新——电气自动化深化改革的灵魂[j].科技与生活，2010（14）.

[2]王亚云. 我国电气自动化行业的改革与发展研究[j].科技创新月刊，2010（8）.

[3]李群湛著. 牵引变电所供电分析及综合补偿技术[m].中国铁道出版社，2006年1月.