无功补偿技术在电气自动化中的应用

刘田旭　宋洋　左海云

摘 要：随着社会的发展，电气自动化在众多领域被广泛应用。电气自动化技术的实现需要依托相应的电气自动化设备，无功补偿技术显得越来越重要。目前，科技发展日新月异，无功补偿技术也面临着创新与变革。无功补偿技术对于电气自动化的应用具有较大影响，需要明确其发展状况，不断完善技术要点。本文对无功补偿技术进行了概述，分析了无功补偿在电气自动化中的应用途径，提出了无功补偿技术在电气自动化中的应用策略。

关键词：无功补偿技术 电气自动化 应用

电气自动化在不断发展的过程中，尽管应用效果较为显著，但仍存在许多问题。影响电气自动化发展的非线性因素不断增加，并在发展过程中逐渐暴露出来，谐波含量较大、注入电力系统的负序、无功功率增大等因素对电气自动化的影响都较为显著，特别是单相电力牵引负荷变化，更是需要重点解决的问题，因而无功补偿技术需要被进一步研究，以确保电力系统安全、稳定运行。

一、无功补偿技术的概述

（一）无功补偿的基本概念

无功补偿具有非常重要的位置。在电力供电系统中，无功补偿能够将电网的功率因数提高，功率因数是设备中，有功功率和视在功率的比值，与电路的负荷性质有关。无功补偿是一种降低损耗、提高效率、改善供电环境的技术。电网中的常见无功补偿方式包括集中补偿、分组补偿、单台电动机就地补偿等。无功功率主要来源于异步电动机、供电线路、变压器等設备，通过改变电功率因素，实现设备的节能目的。

（二）无功补偿技术的作用

当今时代，经济与科技的发展都十分迅猛，在这样的大环境下，电气自动化技术的发展也较快，技术日新月异。电气自动化技术在各领域的应用范围较广，且应用模式日益成熟。在电气自动化发展的过程中，无功补偿技术的应用也随着越来越多，且意义重大[1]。电气自动化系统会出现谐波、无功、负序、单相电力牵引的负荷变化，威胁整个系统的安全，容易造成安全事故。合理选择无功补偿装置，可以实现电网损耗的降低，提高电力系统质量，挖掘发供电设备潜力，减少用户电费支出，从而提高供电水平。

（三）存在的问题

1. 电容器损坏频繁。在进行电压等级的选择时，若未能对谐波背景的影响进行考量，就会出现电压等级偏低的问题，电容器在长期的使用过程中，很容易受损。

2. 电容器外熔断器在投切电容器组及运行中常发生熔断。合闸涌流会对熔断器造成一定的冲击，同时，熔断器额定电流的选择偏小也会造成熔断问题。不同电抗率组别的电容器组需要根据一定的顺序进行投切，顺序不当，也容易出现熔断问题。

3. 电容器组经常投入使用率低。电容器容量的选择需要按照一定的标准进行，以实际需要为原则。电容器容量选择不当，或者分配不合理，都会造成容器组经常投入使用率低的问题。

二、无功补偿技术的应用途径分析

（一）真空断路器投切电容器

真空断路器投切电容器就有两大优点，也是其基本特点，其一是成本低廉，其二是使用简便，容易操作[2]。同时，真空断路器投切电容器也存在一定的缺陷性，合闸的时候，真空断路器投切电容器的过电压非常高，单次的过电压不会对电容器造成非常大的损失，但是经过长时间的积累，电容器本身就会受到极大的影响，损伤较大。真空断路器投切电容器的开关寿命也存在较大缺陷，难以进行频繁投切，对于动态补偿来说，真空断路器投切电容器存在一定的影响。

（二）固定滤波器和晶闸管调节电抗器

固定滤波器和晶闸管调节电抗器能够满足相关作业的需要，串联电抗器与反并联的晶闸管，为了将其抵消，可以利用并联滤波器中多余的无功补偿电流，实现平衡。固定滤波器和晶闸管调节电抗器的速度相对合适，能够满足一般的标准需求，且晶闸管的消耗数量也不高，最关键的是，滤波器使用寿命更长，能够长期投入使用。无论是使用成本还是使用质量，固定滤波器和晶闸管调节电抗器都具有良好的保障，综合性能较高。但固定滤波器和晶闸管调节电抗器也不是没有缺点，其主要问题就是谐波现象的产生，同样会在一定程度上影响无功补偿。

（三）固定滤波器、可控饱和电抗器

在无功补偿方面，固定滤波器、可控饱和电抗器时两个主要仪器之一，在应用过程中，首先要对饱和电抗器进行调节。磁饱和程度不同，能够对感性电流进行有效的改变。滤波器中存在多余容性，这些感性电流能够与之进行无功相抵，实现相对平衡，最终实现无功补偿。通过固定滤波器、可控饱和电抗器实现无功补偿，其出发点是滤波器的长期使用效能[3]。但是，固定滤波器、可控饱和电抗器存在的问题也比较多，这种方法难免会产生谐波，产生的噪音也很大，对于机械设备来说，固定滤波器、可控饱和电抗器会带来较大的生产损耗。

（四）有源滤波器

通过电力电子装置，有源滤波器能够制造一定的电流，这种电流是有一定的要求的，需要与负序电流、负荷终端谐波电流相位相反，实现彼此之间的抵消，以进行无功补偿。通过有源滤波器实现无功补偿的方式效果更为灵活。与其他方式相比，这种方法的灵活性更强，更为多变，可以避免谐波现象的产生，无功补偿的速度更快。在综合方面进行考量，有源滤波器能够满足相关作业的要求，整体效果较好。有源滤波器的主要不足就是成本较高，电力电子设备比较昂贵，造价较高，对于资金的需求较大，因而应用是需要考虑预算问题。

（五）固定滤波器、电容器和电抗器的调压

固定滤波器、电容器和电抗器的调压作为一种无功补偿方式，可以对变压器低压侧母线的电压进行调节，将无功出力现象改变。利用固定滤波器、电容器和电抗器进行调压的过程中，无功补偿效果需要分接开关的调节，更需要晶闸管的通断的保证。客观角度看，在理论上，固定滤波器、电容器和电抗器的调压不会被任何因素限制，但在实际应用过程中，相关研究发现，这种方式的无功功率也是可以提供的，这一目标可以通过加装来实现，从而实现滤波的目的。

三、无功补偿技术的应用策略

（一）研究无功补偿的方向和作用

供电系统优劣的重要衡量标准就是电能质量，决定电能质量的主要因素就是电压。从原因上分析，造成电气自动化系统无功状况的主要因素有两种，包括功率因数与阻抗。对于电力系统来说，无功效果的作用巨大，例如，牵引变压器与电网之间存在阻抗，会引起线路上出现整流非线形负荷与谐波，造成电网的波形变异，表现为电压发生偏移，影响电能的质量，也影响了电力系统的安全性。因而，在受电端安装无功补偿装置时，应降低线损耗，降低负荷无功功率，将功率因数增加，这种方法经济有效，能够达到节能目的。特别是公用变压器的负荷较大，需将电容器安装在配变低压侧，实现无功補偿。

（二）重视无功补偿的共性问题

无功补偿技术对于电气自动化系统的安全性、节约性有重要作用，且能够降低投入和事故处理费用，实现预算成本的节约，使得资源有效利用，为行业带来经济效益。我国的无功补偿技术在变电站等领域的应用更为广泛，向输电线路延展。无功流经变电站走向低压线路时，实现了远距离传输，造成的影响很大。220kV变电站的无功调节能力较强。同时，调节容量会因地而变，变电站要科学配置补偿容量，对变压器负荷、变低侧负荷进行无功补偿，防止出现无功倒送。无功补偿技术的应用还需在因地制宜方面进行协调，细化研究，调整方案，优化应用效果。

（三）运用先进滤波技术及管理方式

无功补偿的有效方式之一就是并联混合有缘滤波器，电力牵引负荷复杂变化会在一定程度上造成负面问题，包括电力滤波器补偿容量过高等，并联混合式有源滤波能够解决这一问题，这一补偿技术的协调工作适应于大型电气自动化系统。通过APF与LC的配合，实现谐波的无注入式功补偿。近几年，有些电厂利用FTFC晶闸管滤波装置实现无功补偿，这一方法能够降低电网损害程度，同时降低污染，成本较低，整体的性价比和效率都较高，因而在低压电网领域应用较广。

结束语

在电气自动化领域，无功补偿已经得到了广泛的应用，且应用效果较为显著。但目前的无功补偿技术还不够完善，相关的研究起步较晚，许多角度的研究还存在缺陷，诸如电力牵引负荷变化复杂方面等。目前，仍需对国外的先进理念和技术进行学习，结合我国的实际情况，促进无功补偿技术进一步发展。在应用无功补偿技术的过程中，还需结合实际情况，制定和完善相应的应用措施，以无功补偿技术提高电力系统的安全性、可靠性。

参考文献

[1] 邓显俊，明廷谦， 贺源，等. 智能无功补偿技术在电力自动化中的应用分析[J]. 科技资讯， 2017， 15（25）：38-38.

[2] 熊沁怡，徐驰.研究智能无功补偿技术在电力自动化中的应用[J]. 科技创新与应用， 2016（29）：171-171.

[3] 余洁，杨桢.智能无功补偿技术在电力自动化中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（22）：129.