無功補償在電氣自動化中的應用

劉來紅

摘要：加強無功補償在電氣自動化中的應用的研究是十分必要的。本文作者根據多年來的工作經驗，對無功補償技術在電氣自動化應用中出現的問題及完善途徑進行了分析，具有一定的參考意義。

關鍵詞：無功補償;電氣自動化;補償技術

1、前言

隨著科技的不斷進步，電氣自動化相關技術的發展也日新月異。因單相電力牽引負荷在電氣自動化設備中的變化比較復雜，而且還受一些非線性因素的影響也不斷增大，從而使電氣自動化中的無功補償技術的相關研究成為一個重要研究方向。

近年來，電氣自動化技術及其設備在國內供電變電所、高速電氣化鐵路牽引系統等各行業的應用日益廣泛，在實際應用中，受單相電力牽引負荷在電氣自動化設備中的變化和一些非線性因素的影響會產生無功功率增大及負序、諧波注入電力系統的含量也不斷增大，并隨電氣自動化廣泛應用而逐漸成為電氣供電系統和電力系統安全運行的一個重要影響因素，因此可將電氣化技術及其設備系統特點、負荷特點相結合采取無功、負序與諧波的綜合補償措施進行解決，鐵路單相交直系統等一直存在著無功、負序和諧波這三個技術難題，國際上已研究成功ERG513和ERG5/4及IEEE Std 519等成果，對于促進電氣自動化技術的發展產生了較大影響。

隨著我國電氣自動化技術的廣泛應用及其牽引變電所的擴容趨勢，雖然采取的這些措施應用價值較高，但很可能因不可預見的一些非線性因素而導致出現如山西大同二電廠機組事故、河南信陽線路跳閘事故等不該發生的嚴重后果，據此提出基于研究無功補償技術在電氣自動化上的具體應用，對這些補償技術的發展進行分析，以促進更加完善的補償技術措施應用到電氣自動化領域的相關設備中。

2、無功補償技術

在電網中諸如變壓器、電動機等設備的大部分電力負荷屬感性負荷，需要在運行中向其提供無功功率。并聯電容器等無功補償設備在電網中安裝后，能夠為感性負載提供所耗的無功功率，從而使提供感性負荷的電網電源、輸送在線路中的無功功率明顯減少，因流動在電網中的無功功率減少，能夠使線路和變壓器中由于無功功率輸送而產生的電能損耗得到降低，這種技術被稱為無功補償技術，該技術中以電氣節能穩定技術最為常見。無功補償技術應遵循布局合理、分級補償的原則，主要方式采用節能降損，以保證電網功率因數明顯提高，同時降低網絡損耗。

3、無功補償技術在變電所電氣自動化設備上的應用

國內很多變電所近年來注重借鑒與結合國外先進技術，針對無功補償技術和諧波綜合治理方法系統地開展相關研究工作，基本上都是基于基波補償牽引負荷的感性無功功率對電氣功率因數進行提高、對負荷進行降低，從而形成有效的濾波通路，可以實現濾除、抵消指定諧波的作用，由于在實現途徑上無功補償技術各自具有不同的特點，而在以下幾個設備上的具有各不相同的應用效果。

3.1真空斷路器投切電容器

該設備具有結構簡單且投資較小的優點，但最主要的缺點之一就是電容器在合閘時會產生較高的過電壓，即有可能損壞設備，而且開關由于受到使用壽命的限制，不能頻繁對其投切，因而對動態補償效果將造成重要影響。

3.2晶閘管調節電抗器與固定濾波器

將晶閘管反并聯后再串聯電抗器，可抵消其與濾波器并聯中產生多余的容性無功補償電流，進而使對功率因數的要求得以滿足并實現平衡，其具有固定濾波器能長期使用的特點，只是需要較少的晶閘管，具有快速響應的優點，不足之處是會出現諧波現象。

3.3晶閘管調節變壓器與固定濾波器

這兩種設備主要由于受高漏抗變壓器影響而具有較大的有功損耗，這也是無功補償技術沒能得到廣泛應用的一個重要原因。

3.4可控飽和電抗器及固定濾波器

這兩種設備主要利用對飽和電抗器的磁飽和程度進行調節使流入回路的感性電流得到改變，再抵消相并聯的感性電流與濾波器中多余容性無功功率進而實現平衡，盡管固定濾波器的并聯濾波支路具有可長期投入的特點，但對于設備依然會形成具有一定損耗的諧波，而且也具有相對較大的噪聲。

3.5有源濾波器

有源濾波器主要通過電力電子裝置產生相互抵消的相位相反的負序電流和負荷中的諧波電流，進而實現電源對無功電流與總諧波的要求。具有補償靈活，調速快，不與系統產生諧振現象的特點，只是在價格上該設備較為昂貴。

3.6調壓固定濾波器、電抗器和電容器

這幾種設備主要是通過調節對降壓變壓器的低壓側母線電壓進行調節，與電抗器或低壓母線上的濾波器電壓相連接，實現對此設備無功出力進行改變的目標，利用分接開關的無載和晶閘管通斷進行必要的調節過程，在理論上來說其壽命是不會受到限制的，只是在實際的應用過程中，采用加裝使提供的無功功率穩定，從而起到濾波的作用。

3.7無源濾波器與有源濾波器

無功補償技術在這兩種設備上的應用還處于研究階段，相互抵消因有源濾波器形成的同負荷中的相反諧波電流，進而達到電源對總諧波電流的需要，充分利用無源對大容量的補償和有源補償所具有的靈活可控特點。

目前國內雖然有眾多的無功補償技術日益得到廣泛應用，但由于受到很多負荷不斷變化的設備和一些非線性因素的影響，對無功補償技術的應用也提出了更高的要求。

4、無功補償技術的應用效果

電氣自動化中無功補償技術近年來得到迅速發展，在實際應用中，隨著電氣自動化設備中變化復雜的負荷及不斷增加的非線性因素而需要進行深入研究。為使電氣功率因數提高、負序降低并形成有效濾波通路或將產生的諧波濾除或進行抵消，很多變電站已提出了很多技術方案用于實現無功補償并進行諧波治理。以諧波注入式為基礎與混合有源濾波器相并聯的無功補償技術在實際應用中由于其在設計方案中利用大容量進行無源補償、靈活可控的有源補償兩個優點，而具有很強的可行性。

5、結語

綜上，隨著大功率電力電子器件技術的不斷發展，功率器件容量的發展趨勢將不斷提高，諧波采用有源濾波器等設備抑制，運用適宜的柔性交流輸電系統技術實現無功功率補償，在某種程度上將會使整個配電系統所耗能量明顯降低，實現良好的節能效果，補償方式的具體措施會隨不同場合而進行靈活選用，并將在電氣自動化系統中日益得到廣泛應用。

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