淺析無功補償技術在電氣自動化中的應用

文/李忠文 張文增

一、無功補償的概況

無功功率補償Reactive power compensation，簡稱無功補償，在電力供電系統中起提高電網的功率因數的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少電網的損耗，使電網質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統，電壓波動，諧波增大等諸多因素。

無功補償的基本原理:電網輸出的功率包括兩部分:一是有功功率:直接消耗電能，把電能轉變為機械能、熱能、化學能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率;二是無功功率:不消耗電能，只是把電能轉換為另一種形式的能，這種能作為電氣設備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網中與電能進行周期性轉換，這部分功率稱為無功功率(如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能)。

二、電氣自動化中無功補償的特點

（1）功率因數是指電力網中通過線路、變壓器的視在功率功率供給有功功率所占百分數。在電力網的運作過程中，功率因數的大小直接影響著有功功率的供給量，影響著有功功率的損耗情況。如功率因數越大，電力設備就能為有功功率提供大量的視在功率，就能減少無功功率的傳送，極大地降低有功功率在電力運行中的電能消耗，就能提高用戶當前的功率因數，充分發揮電力設備的功能提高電壓的質量。

（2）在電氣自動化無功補償技術中并聯電容器也占有重要地位。并聯電容器無功補償是為了更好地節約電能和提高供電的質量，主要方法是通過提高用電負載的功率因數，減少電力網的用電損耗，目前這種節電方式已經得到了人們的廣泛認可。通過提高功率因數不僅能夠減少有功功率的消耗量，還能減少無功功率的消耗量，同時還能增加變壓器和電力線路容量的利用率，這就有利于并聯補償電容器與補償設備之間的連接，提高電力功率因數。

（3）電氣自動化的普及，不僅促進了市場經濟的快速發展，增加了國民收入，還極大地降低了工作人員的操作難度，為企業生產減少了人力物力的成本投入，增加了企業的經濟效益；同時還提高了電氣自動化的安全性，為安全生產提供了有力的保障。隨著電氣自動化技術水平的不斷提高，在電氣自動化發展中呈現出了越來越多的問題，電氣設備中電能資源的過度浪費，已經引起了社會的高度重視。電氣自動化中無功補償技術的大量應用，可以有效地降低電氣設備的電能消耗情況，完善電氣自動化體系，確保國民經濟和社會主義現代化建設的健康發展。

目前電力系統中所有的用電設備都存有無功功率的現象，這種現象的產生主要是電壓與用電設備的特性所決定的。電氣設備運行中，設有額定的電壓值，電壓在這個值數范圍內進行上下波動，這時電氣設備的無功功率就會根據電壓的波動幅度有所降低，在對電氣設備進行無功功率補償時使用無功電源無法做到及時補償，無功補償技術的應用可以合理有效地降低用電設備的電力消耗，確保電氣自動化系統的正常運行，提高電氣自動化系統的穩定性和可靠性。

三、電氣自動化中無功補償技術的應用

（1）真空斷路器投切電容器。這種補償方式中電容器組利用高壓母線上電壓互感器的一次繞組電阻放電，一般不裝設專門的放電裝置。為防止電容器高壓擊穿，在電容器組中接有熔斷器fu作為短路保護。為降低電容器組在合閘時產生的沖擊涌流及防止電容器組與線路電感發生串聯諧振，可串聯適當的電抗器。它能有效地對高壓母線前主變壓器、高壓線路及電力系統無功功率進行補償，能有效地提高工廠的功率因數，而且總投資少。

（2）固定濾波器和晶閘管調節電抗器。固定濾波器按諧波要求設計，反并聯晶閘管與電抗器串聯，通過改變晶閘管觸發角來調節流過電抗器的感性電流，使其與并聯濾波器中多余的容性無功補償電流平衡，滿足功率因數要求。優點是固定濾波器長期投人，需要的晶閘管數量少，響應速度快，調節性能好，缺點是tcr也產生諧波。

（3）變電站無功補償技術 變電站是一個供電區域的供電中心，用不同電壓等級的配電線路向用戶供電。按照“分級補償，就地平衡”的原則，配電線路和電力用戶應該基本達到無功功率平衡，不向變電站索取無功電力。容性無功補償裝置以補償主變壓器無功損耗為主，并適當兼顧負荷側的無功補償。容性無功補償裝置的容量可根據主變壓器容量來確定，可按主變壓器容量的10%～30%配置，并滿足35～110kv主變壓器最大負荷時，其高壓側功率因數不低于0.95的要求。當主變壓器單臺容量為40mva及以上時，每臺主變壓器應配置不少于兩組的容性無功補償裝置。

（4）配電線路的無功補償 電力網中，配電線路數量很多，其線損約占總線損的60%～70%。因此，對配電線路進行無功補償，降低配電線路的功率損耗十分重要。對配電線路進行無功補償，在美、英等發達國家得到了廣泛應用。

分支線路補償法的基本原則是以分支線路的無功功率平衡為主，對分支線路的無功消耗進行補償，盡可能減少分支線路向主干線索取無功，從而減少無功損耗：①以分支線路所帶配電變壓器的空載無功損耗來確定分組補償容量；②選擇負荷較大的分支線確定補償點。從以上分析可見，線路的補償容量是按配電變壓器的空載無功損耗來確定的。帶上負載以后，如果用戶補償設備投人不足，線路就會處于欠補償狀態。這雖然不是最優補償方式，但可以達到補償無功需求量70%左右的水平，對于目前我國的配電線路來講，能做到也不容易了。

四、結束語

綜上所述，隨著電氣自動化技術應用范圍的不斷擴大，動態無功補償技術和諧波治理的問題越來越嚴重。系統運行過程中往往出現負荷變化大，帶有諧波的現象，傳統的無功補償技術已經不能滿足系統運作的這一需求。無功補償技術是采用無功、負序及諧波的綜合補償方式，對電氣自動化系統的正常運行提供了有力的支撐。

[1]肖吉德，信息時代的電氣自動化技術——訪上海大學陳伯時教授[J].電工技術雜志，2003年04期.

[2]劉艷琳，供電無功補償節能技術在綜采工作面的應用研究[J].科技資訊，2010年32期.