無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應用分析

單明輝

（秦皇島興業(yè)電力工程有限公司，河北秦皇島，066000 ）

1 無功補償技術(shù)概述

電網(wǎng)中電力設(shè)備大多依據(jù)電磁原理開展工作，原則上來說在能量交換中建立變的磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相同，但在實際的操作過程中，電源能量再通過純電感或純電容電路時并不會消耗能量，而只是在用電負荷與電源之間進行反復交換，這種不對外做功的交換功率稱之為無功功率。無功功率用符號 Q 表示，其單位為乏（var）、千乏（Kvar）、兆乏（Mvar）。與無功功率相對應的是有功功率，所謂有功功率是指將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量的電功率，即保持用電設(shè)備正常運行所需的電功率，有功功率用符號 P 表示，其單位為瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。

隨著電能應用領(lǐng)域的逐步拓展，居民生活水平的不斷提高，用戶對電能的需求量越來越大，對于電能質(zhì)量也提出了更高的要求。改善電能運行環(huán)境，減少損耗對于建設(shè)節(jié)約型社會，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著重大意義。在電力負荷中，有很大一部分屬于感性負載，這些負載投入運行后除了消耗大量的有用功率以外還有吸收大量的無用功。根據(jù)有關(guān)資料分析，電網(wǎng)中的無用功約是有用功的1.3倍。無功補償是指在電網(wǎng)和負荷端設(shè)置的注入電容器、調(diào)相機等無功電源，其目的是滿足電力網(wǎng)和負荷端電壓水平運行的要求。無功補償技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用可以實現(xiàn)系統(tǒng)的單位功率因數(shù)運行，保證高質(zhì)高效電力能源的提供。

2 無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應用

2.1 主要方案

無功補償技術(shù)的原理是統(tǒng)一的，但是需要根據(jù)設(shè)備的不同選擇不同的無功補償技術(shù)。無功補償裝置經(jīng)歷了電容器、同步調(diào)相機、靜止無功補償裝置（SVC）、靜止同步補償器(SVG)等階段。常用的無功補償設(shè)備有：電容器；真空斷路器投切電容器；晶閘管閥控制高阻抗變壓器；復合開關(guān)投切電容器；晶閘管控制電容器；磁控可調(diào)電抗器；靜止無功發(fā)生器。

電容器是補償無功功率的傳統(tǒng)方法之一，具有結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟方便的優(yōu)點。

真空斷路器投切電容器具有投資小、設(shè)備簡單的優(yōu)點，但在合閘的時候會產(chǎn)生過高的電壓，容易導致設(shè)備損壞；晶閘管閥控制高阻抗變壓器通過調(diào)整觸發(fā)角的大小來改變高阻抗變壓器所吸收的無功分量，達到調(diào)整無功功率的效果，具有經(jīng)濟效益高的優(yōu)勢，但是高阻抗變壓器制造復雜；復合開關(guān)投切電容器其工作流程是分級先由可控硅在電壓過零時投入電容，再由磁保持交流接觸器觸點并聯(lián)閉合，節(jié)能效益顯著，但適用壽命短、極易發(fā)生故障，經(jīng)常會出現(xiàn)漏電現(xiàn)象；晶閘管控制電容器將電抗器串聯(lián)至反并聯(lián)晶閘管上，采用同時選擇截止角β和導通角α的方式控制電容器電流，其優(yōu)勢是價格低廉，效益高，不足之處是在運行的過程中會產(chǎn)生諧波；磁控可調(diào)電抗器是采用直流勵磁原理，以投入的電抗器感性無功容量變化來補償系統(tǒng)容性無功，在運行的過程中不會產(chǎn)生諧波，具有可靠性高、維護簡便、使用壽命長的優(yōu)勢，適用于沖擊性負荷，如牽引變電站、電弧爐、軋鋼機等；靜止無功發(fā)生器是目前最先進的補償裝置，其基本工作原理就是通過適當?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，發(fā)出無功電流，實現(xiàn)無功補償?shù)哪康摹＞哂谐杀镜土㈦娙萘啃〉膬?yōu)勢，適用于中低壓系統(tǒng)，特別是在各大電網(wǎng)中有著廣泛的應用。

2.2 無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應用——以某變電站為例

某變電站是一個供電區(qū)域的供電中心，是該城區(qū)的主要變電站，近年來隨著城市化進程的加快，用電負荷大幅增長，為了維持電網(wǎng)無功平衡，保證電壓質(zhì)量，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，需要在變電所中裝設(shè)無功補償裝置。

無功功率在電網(wǎng)系統(tǒng)中是普遍存在的，尤以低壓配電系統(tǒng)中最為嚴重，為了提高配電設(shè)施功率，最大限度的降低損耗，無功補償要遵循以下原則：①分級補償，就地平衡；②分散補償與集中補償相結(jié)合，以分散補償為主；③在協(xié)調(diào)區(qū)域電網(wǎng)的同時確保全局電網(wǎng)優(yōu)化。

常用的無功補償方法大體上有三種低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償。低壓個別補償是目前最主要的無功補償方法，其工作原理是將個別用電設(shè)備同電容器進行并接，形成一個整體，二者共用一套斷路器，無功補償設(shè)備隨著用電設(shè)備的運行而發(fā)揮作用。低壓集中補償工作原理是通過分接開關(guān)的無載調(diào)節(jié)和晶閘管的通斷作用進行控制，最終改變無功出力的過程，具有接線簡單、運行維護工作量小、經(jīng)濟效益高的優(yōu)點，高壓集中補償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高壓母線上的補償方式，該方式適用于用戶離變電所較遠，且用戶本身就有一定的高壓負荷，使用高壓集中補償可以減少電力系統(tǒng)的無功消耗。該補償方法可以根據(jù)負荷的大小自動投切，提高了用戶的功率因數(shù)，具有便于運行維護、補償效益高的優(yōu)勢。

3 結(jié)語

無功補償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的重要組成部分，無功補償技術(shù)的應用，能夠有效的維持電壓水平，減少電網(wǎng)電源向感性負載提供無功功率，降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。