無功補償技術在電氣自動化中的應用

劉田旭　宋洋　左海云

摘 要：隨著社會的發展，電氣自動化在眾多領域被廣泛應用。電氣自動化技術的實現需要依托相應的電氣自動化設備，無功補償技術顯得越來越重要。目前，科技發展日新月異，無功補償技術也面臨著創新與變革。無功補償技術對于電氣自動化的應用具有較大影響，需要明確其發展狀況，不斷完善技術要點。本文對無功補償技術進行了概述，分析了無功補償在電氣自動化中的應用途徑，提出了無功補償技術在電氣自動化中的應用策略。

關鍵詞：無功補償技術 電氣自動化 應用

電氣自動化在不斷發展的過程中，盡管應用效果較為顯著，但仍存在許多問題。影響電氣自動化發展的非線性因素不斷增加，并在發展過程中逐漸暴露出來，諧波含量較大、注入電力系統的負序、無功功率增大等因素對電氣自動化的影響都較為顯著，特別是單相電力牽引負荷變化，更是需要重點解決的問題，因而無功補償技術需要被進一步研究，以確保電力系統安全、穩定運行。

一、無功補償技術的概述

（一）無功補償的基本概念

無功補償具有非常重要的位置。在電力供電系統中，無功補償能夠將電網的功率因數提高，功率因數是設備中，有功功率和視在功率的比值，與電路的負荷性質有關。無功補償是一種降低損耗、提高效率、改善供電環境的技術。電網中的常見無功補償方式包括集中補償、分組補償、單臺電動機就地補償等。無功功率主要來源于異步電動機、供電線路、變壓器等設備，通過改變電功率因素，實現設備的節能目的。

（二）無功補償技術的作用

當今時代，經濟與科技的發展都十分迅猛，在這樣的大環境下，電氣自動化技術的發展也較快，技術日新月異。電氣自動化技術在各領域的應用范圍較廣，且應用模式日益成熟。在電氣自動化發展的過程中，無功補償技術的應用也隨著越來越多，且意義重大[1]。電氣自動化系統會出現諧波、無功、負序、單相電力牽引的負荷變化，威脅整個系統的安全，容易造成安全事故。合理選擇無功補償裝置，可以實現電網損耗的降低，提高電力系統質量，挖掘發供電設備潛力，減少用戶電費支出，從而提高供電水平。

（三）存在的問題

1. 電容器損壞頻繁。在進行電壓等級的選擇時，若未能對諧波背景的影響進行考量，就會出現電壓等級偏低的問題，電容器在長期的使用過程中，很容易受損。

2. 電容器外熔斷器在投切電容器組及運行中常發生熔斷。合閘涌流會對熔斷器造成一定的沖擊，同時，熔斷器額定電流的選擇偏小也會造成熔斷問題。不同電抗率組別的電容器組需要根據一定的順序進行投切，順序不當，也容易出現熔斷問題。

3. 電容器組經常投入使用率低。電容器容量的選擇需要按照一定的標準進行，以實際需要為原則。電容器容量選擇不當，或者分配不合理，都會造成容器組經常投入使用率低的問題。

二、無功補償技術的應用途徑分析

（一）真空斷路器投切電容器

真空斷路器投切電容器就有兩大優點，也是其基本特點，其一是成本低廉，其二是使用簡便，容易操作[2]。同時，真空斷路器投切電容器也存在一定的缺陷性，合閘的時候，真空斷路器投切電容器的過電壓非常高，單次的過電壓不會對電容器造成非常大的損失，但是經過長時間的積累，電容器本身就會受到極大的影響，損傷較大。真空斷路器投切電容器的開關壽命也存在較大缺陷，難以進行頻繁投切，對于動態補償來說，真空斷路器投切電容器存在一定的影響。

（二）固定濾波器和晶閘管調節電抗器

固定濾波器和晶閘管調節電抗器能夠滿足相關作業的需要，串聯電抗器與反并聯的晶閘管，為了將其抵消，可以利用并聯濾波器中多余的無功補償電流，實現平衡。固定濾波器和晶閘管調節電抗器的速度相對合適，能夠滿足一般的標準需求，且晶閘管的消耗數量也不高，最關鍵的是，濾波器使用壽命更長，能夠長期投入使用。無論是使用成本還是使用質量，固定濾波器和晶閘管調節電抗器都具有良好的保障，綜合性能較高。但固定濾波器和晶閘管調節電抗器也不是沒有缺點，其主要問題就是諧波現象的產生，同樣會在一定程度上影響無功補償。

（三）固定濾波器、可控飽和電抗器

在無功補償方面，固定濾波器、可控飽和電抗器時兩個主要儀器之一，在應用過程中，首先要對飽和電抗器進行調節。磁飽和程度不同，能夠對感性電流進行有效的改變。濾波器中存在多余容性，這些感性電流能夠與之進行無功相抵，實現相對平衡，最終實現無功補償。通過固定濾波器、可控飽和電抗器實現無功補償，其出發點是濾波器的長期使用效能[3]。但是，固定濾波器、可控飽和電抗器存在的問題也比較多，這種方法難免會產生諧波，產生的噪音也很大，對于機械設備來說，固定濾波器、可控飽和電抗器會帶來較大的生產損耗。

（四）有源濾波器

通過電力電子裝置，有源濾波器能夠制造一定的電流，這種電流是有一定的要求的，需要與負序電流、負荷終端諧波電流相位相反，實現彼此之間的抵消，以進行無功補償。通過有源濾波器實現無功補償的方式效果更為靈活。與其他方式相比，這種方法的靈活性更強，更為多變，可以避免諧波現象的產生，無功補償的速度更快。在綜合方面進行考量，有源濾波器能夠滿足相關作業的要求，整體效果較好。有源濾波器的主要不足就是成本較高，電力電子設備比較昂貴，造價較高，對于資金的需求較大，因而應用是需要考慮預算問題。

（五）固定濾波器、電容器和電抗器的調壓

固定濾波器、電容器和電抗器的調壓作為一種無功補償方式，可以對變壓器低壓側母線的電壓進行調節，將無功出力現象改變。利用固定濾波器、電容器和電抗器進行調壓的過程中，無功補償效果需要分接開關的調節，更需要晶閘管的通斷的保證。客觀角度看，在理論上，固定濾波器、電容器和電抗器的調壓不會被任何因素限制，但在實際應用過程中，相關研究發現，這種方式的無功功率也是可以提供的，這一目標可以通過加裝來實現，從而實現濾波的目的。

三、無功補償技術的應用策略

（一）研究無功補償的方向和作用

供電系統優劣的重要衡量標準就是電能質量，決定電能質量的主要因素就是電壓。從原因上分析，造成電氣自動化系統無功狀況的主要因素有兩種，包括功率因數與阻抗。對于電力系統來說，無功效果的作用巨大，例如，牽引變壓器與電網之間存在阻抗，會引起線路上出現整流非線形負荷與諧波，造成電網的波形變異，表現為電壓發生偏移，影響電能的質量，也影響了電力系統的安全性。因而，在受電端安裝無功補償裝置時，應降低線損耗，降低負荷無功功率，將功率因數增加，這種方法經濟有效，能夠達到節能目的。特別是公用變壓器的負荷較大，需將電容器安裝在配變低壓側，實現無功補償。

（二）重視無功補償的共性問題

無功補償技術對于電氣自動化系統的安全性、節約性有重要作用，且能夠降低投入和事故處理費用，實現預算成本的節約，使得資源有效利用，為行業帶來經濟效益。我國的無功補償技術在變電站等領域的應用更為廣泛，向輸電線路延展。無功流經變電站走向低壓線路時，實現了遠距離傳輸，造成的影響很大。220kV變電站的無功調節能力較強。同時，調節容量會因地而變，變電站要科學配置補償容量，對變壓器負荷、變低側負荷進行無功補償，防止出現無功倒送。無功補償技術的應用還需在因地制宜方面進行協調，細化研究，調整方案，優化應用效果。

（三）運用先進濾波技術及管理方式

無功補償的有效方式之一就是并聯混合有緣濾波器，電力牽引負荷復雜變化會在一定程度上造成負面問題，包括電力濾波器補償容量過高等，并聯混合式有源濾波能夠解決這一問題，這一補償技術的協調工作適應于大型電氣自動化系統。通過APF與LC的配合，實現諧波的無注入式功補償。近幾年，有些電廠利用FTFC晶閘管濾波裝置實現無功補償，這一方法能夠降低電網損害程度，同時降低污染，成本較低，整體的性價比和效率都較高，因而在低壓電網領域應用較廣。

結束語

在電氣自動化領域，無功補償已經得到了廣泛的應用，且應用效果較為顯著。但目前的無功補償技術還不夠完善，相關的研究起步較晚，許多角度的研究還存在缺陷，諸如電力牽引負荷變化復雜方面等。目前，仍需對國外的先進理念和技術進行學習，結合我國的實際情況，促進無功補償技術進一步發展。在應用無功補償技術的過程中，還需結合實際情況，制定和完善相應的應用措施，以無功補償技術提高電力系統的安全性、可靠性。

參考文獻

[1] 鄧顯俊，明廷謙， 賀源，等. 智能無功補償技術在電力自動化中的應用分析[J]. 科技資訊， 2017， 15（25）：38-38.

[2] 熊沁怡，徐馳.研究智能無功補償技術在電力自動化中的應用[J]. 科技創新與應用， 2016（29）：171-171.

[3] 余潔，楊楨.智能無功補償技術在電力自動化中的應用[J].電子技術與軟件工程，2017（22）：129.