深析無功補償技術應用于電氣自動化

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A 文章編號：1008-925X(2012)O8-0124-02

摘要：伴隨著我國電氣自動化行業快速發展，由于電氣自動化設備中單相負荷變化十分復雜，非線性因素也不斷增強，要求人們在電氣自動化的大前提下充分應用無功補償技術，無功補償技術是基于電氣化中功率因數偏低的現狀提出的，此技術可以有效的促進電氣自動化的開展。本文擬在介紹了無功補償技術的基礎上指出了應用中存在的問題，并且提出了改進此技術的意見，最后對于此技術的發展作出了展望。

關鍵詞：電氣自動化 補償技術 無功補償

近幾年來，科技的迅猛發展促使著更多的傳統型變電所逐漸的步入無人值班化改造的陣營。在自動化的發展過程中出現了一些影響因素，為了更好地解決安全用電、減少損耗，本文就工業企業自動化及其系統特點提出采用無功補償技術來解決當前問題。

1、無功補償技術

所謂的無功補償技術就是通過在用電設備或者變電站增設無功功率電源來改變系統中無功功率的流動，從而有效的降低損耗的技術。

1.1無功補償技術的研究現狀

引言中提到的無功功率大、諧波含量大以及注入電力系統的負序等問題不僅是困擾當前中國的難題，也是世界電氣自動化的難題。近年來國內外許多的國家為了克服這些問題進行了不懈的探索，也取得了許多的成果，其中較為有影響的是原蘇聯的1000-3—6IEC:1996、英國的ERG5／3和ERG5以IEEE Std 51。我國在結合外國的先進技術也制定了相關的標準，并且提出了多種無功補償的方案，其思路是通過提高功率因數，降低負序以及構建濾波通路，減少諧波成分。

1.2無功補償的作用

(1)首先也是最為重要的是提高電網以及負載的功率因數，從而減少不必要的電能損失;

(2)通過穩定電網的供電電壓而提高電網的質量。在較長距離的輸電線路中通過安裝動態的無功補償裝置可以提高系統的抗干擾能力以及系統的輸電力;

(3)針對于三相負載不平衡的情況可以起到平衡的作用;

(4)通過增設靜止無功補償器還可以實現改善電網電壓波、解決負序及減小諧波分量的功能。

1.3無功補償技術存在的問題

(1)無功補償的容量配置由于變電站不能根據負荷的變化而做出相應的調整，致使高負荷時的功率因數過低，而低負荷時又出現過補償的情況。

(2)無功向配電網倒送的現象致使電網的損耗增加、電壓偏高。

(3)電容器盡管可以抵消一部分的諧波，但是當諧波的成分較多就會影響電容的壽命。當電容器不能有效的減小諧波時，其自身的放大作用反而會增大諧波強度。

(4)大量的無功潮流從發電廠經過高壓變電站輸電站到達中低變壓站，致使大量無功功率的遠距離輸送。

1.4無功補償技術的實現途徑

常見的有真空斷路器投切電容器、有源濾波器、LC無源濾波器、并聯混合型有源濾波器以及下文將要提到的幾種，這里先不做論述。

2、無功補償技術在工業企業自動化中具體應用

2.1具體的應用方式

電能質量是供電設計及運行質量的評價標志，而電壓又是電能質量的重要標志。南京汽輪電機（集團）公司是一個大中型企業，以機械加工為主，大型數控機床設備比比皆是，變頻技術在大型機床上的運用已是現代工業自動化的趨勢。而變頻系統產生的后果是：引起電壓的嚴重的偏移與波動;出現大規模的非線性負荷，進而導致高次的諧波，使得當地的供電波形變形。具體解決辦法是：可以通過在大型機床上裝設無功補償濾波裝置，補償裝置由相互串聯的電容器與電抗器組成，然后接在機床的主回路中。合理地選用電抗器可以消除由變頻系統產生的高次諧波，采用無涌流電容投切器就地補償，可以提高功率因數。低壓補償裝置的運用可以降低成本（相對于6kV高壓補償裝置），就地補償可以提高補償的可靠性，有效改善線路損耗。

2.2無功補償技術的實現途徑和各自特點

(1)有源濾波器與無源濾波器結合:這一技術盡管處于研究階段，但是它可以充分的利用無源補償的大容量以及有源補償的可控性、靈活性。

(2)由電容器、固定濾波器以及電抗器三者配合。其特點是使用的晶閘管通道使得電氣壽命在理論上不受限制，具體的使用中也可以通過加裝來提供穩定的無功功率以及實現濾波。

(3)真空斷路器投切電容器。其突出的優勢是投資小、工藝簡單;其缺點也是顯而易見的:電容器在合閘時產生較高的電壓，致使設備受損，加上開關的壽命有限，從而影響了動態補償功能。

(4)固定濾波器及晶閘管調節器結合。這種途徑的優勢是:晶閘管數量需求少、濾波器可以作為長期的投入、響應的速度較快。但是其缺點是會產生諧波。

(5)可控的飽和電容器與固定的濾波器。其優勢是濾波支路可以作為長期的投入，但是要產生諧波、噪聲以損耗。

3、對于無功功率補償技術的幾點意見

3.1高度重視配網無功補償

由于負荷電流在通過線路或者變壓器時候會產生一定的電能與功率損耗，線損隨著功率因數的降低而增大。因此在受電端安裝無功補償裝置可以實現提高功率因數、降低線損，達到節能、經濟的目的。特別是碎語（什么意思，沒看懂）負荷較大的變壓器要進行全面的考慮，加裝電容器組。

3.2結合具體情況確定變電站無功補償容量

變電站的無功補償要立足于變低側與變壓器的負荷的無功補償，合理的設置補償容量，避免無功的倒送現象。例如，我公司110kV變電所始建于上世紀八十年代，兩臺主變壓器變比為110/6.3kV，無功補償采用手動投切方式，投切固定的6.3kV高壓電容器組，無功調節力可以使得高峰負荷的功率因數達到0.9以上，但是這一容量要根據具體的情況確定。當無功功率達到1800kVar，1200kVar，600kVar，可以實現有效的無功補償。但是無功負荷通常是非理想狀態的，所以，就地補償就具有一定的實用性和必要性。

3.3加強用戶側管理

加強用戶側管理作為從小處著手的措施，在進行節能宣傳的基礎上使得用戶認識到加強無功補償可以相應的降低電費的開支。

4、無功補償技術的發展趨勢

4.1無涌流電容投切器

這是一種智能控制策略的無功補償裝置，其特點為:

(1)可以實現頻繁的、無涌流的操作

(2)動態的跟蹤時間短，相應的速度快

(3)由于使用了編碼循環方式投切電容器，從而使得各電容器的使用率相同，延長了壽命

(4)具有多重的保護功能:缺相保護、過壓保護、諧波分量超限保護

(5)在投切的瞬間耗電，而平時不耗電，從而有效的降低了使用的成本。

4.2靜止無功發生器

此項技術將功率開關構成的三相橋式變流電直接的或者經由一個電抗器并聯到電網，從而通過與之配合的電壓源逆變技術提供滯后或者超前的無功功率，達到無功補償的目的。

4.3綜合潮流控制器

其原理是將晶閘管所產生的交流電壓串于相電壓上，從而可以改變其相角及幅值，達到有功與無功功率的調節。

4.4電力有源濾波器

綜合潮流控制器與上一項技術不同，這是一項動態的一直諧波的技術，可以事項對于不斷變化的諧波、無功進行補償。目前此項技術仍面臨著成本較高、單臺容量低以及電流中存在高次諧波的問題。但隨著技術的發展及電力半導體的發展，這項技術必將有著較好的使用前景。

5、結束語

總而言之，電氣自動化的發展正在以不可阻擋的趨勢進行，各方面的研發正使得技術區域成熟。應該大力宣傳、推廣使用無功功率的就地補償對提高各行各業的經濟效益，緩解供電緊張局面，盡管現實的應用中還有許多的不足與不完善之處，但是其蘊藏的潛力促使我們不斷的探索、總結。

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