無功補償技術在電氣自動化中的應用

劉 俊

（貴州頂效開發區陽光電力有限公司，貴州興義 562409）

0 引言

科學技術的不斷發展在一定程度上促進了電氣自動化技術的發展，與其有關的設備也已被廣泛地應用在很多行業之中，對我國經濟的發展起到了很大的促進作用，而無功補償技術在電氣自動化領域也得到了更為廣泛的應用。無功補償技術指的是通過對電氣自動化技術的特點進行最大程度的應用，并借助無功、諧波等系統來完成補償，在降低電力損耗的同時，保證電氣系統的安全穩定運行。所以，分析、研究無功補償技術在電氣自動化中的應用具有重要意義。

1 無功補償設計的基本要求與實現途徑

1.1 基本要求

首先，在進行無功補償設計時，要選取數量合適的電機、變壓器和容量，盡量降低線路的感抗。如果工藝條件滿足相關要求，可以考慮采用同步的電機或選用空歇工作制的設備等方式，促進用電單位自然效率因數的有效提升。

其次，若通過自然功率因數提升的方法對設備進行一定的處理之后，仍然不能滿足設計要求時，可以考慮借助無功補償裝置并采用并聯電力電容器的方式。如果10 kV 或35 kV 高壓供電單位的功率因數超過0.9，低壓供電單位的功率因數超過0.85，無功補償時就需要考慮并聯的電力電容器。

再次，通過低壓補償的方式對10 kV 或35 kV 高壓供電單位進行處理，但需要注意的是，高壓側的功率因數要盡量符合供電部門的標準和要求。

最后，將電力電容器作為無功補償設計的基礎裝置，并堅持平衡原則。通常情況下，對于補償基本無功負荷的電容器組來說，比較適合在配變電所內部進行集中式的補償。但在進行集中補償的過程中，應采用自動調接式的補償裝置，避免出現無功負荷倒送問題的出現。同時，對于居住區的無功負荷，比較適合在小區變電所內的低壓側進行集中式補償。

1.2 實現途徑

首先，通過真空斷路器來完成無功補償。投入資金少、操作簡單是真空斷路器的優點，但是，如果工作人員在實際操作的過程中將閘刀合上，高壓現象會瞬間出現在電容器上，從而影響到系統整體的補償質量和最終補償效果。

其次，通過電容器和電阻抗融合的方式來完成無功補償。通過電阻抗和電容器共同組成諧濾波器，能實現電氣自動化過程中的無功補償技術。但是，在安裝的過程中，需要對電抗器和電容器的實際功率進行充分考慮，在最大程度上確保提高功率因數的基礎上負序電壓功能的有效降低。

最后，通過電容器、電抗器、固定濾波器組合方式來完成無功補償。通過調節變壓器的方式實現對電抗器和固定濾波器的調節，從而實現電氣自動化過程中的無功補償技術。

2 無功補償裝置選擇

在實際的工作中，需要對用戶的具體用電負荷特性進行分析討論，并以不同的用電負荷為基礎選擇不同的無功補償裝置（圖1）。

（1）以連續工作制為主的工業企業比較適合使用MSC（Mechanically Switched Capacitor，機械式投切開關）裝置，其中長期運行的只有最主要的用電設備。此時用電負荷特性較為平穩，且無功負荷的變化也最小。需要將MSC 裝置安裝在低壓配電室中進行集中的補償。

（2）含有大量沖擊性負荷、容量較大且符合電流瞬時變化大、符合沖擊強且無功負荷瞬時變化大的情況都比較適合使用TSC 裝置。上述幾種情況如果采取MSC 無功補償裝置，會造成電容器無法運行的問題，很容易燒毀交流接觸器或完成電容損壞。此時若采用TSC（Thyristor Switch Capacitor，晶閘管投切電容器）無功補償裝置，則能取得較好的補償效果。

圖1 無功補償裝置示意

（3）大型商場、高層住宅區、寫字樓等用電場所比較適合使用MSC+TSC 裝置，此類場所既有空調、電梯等動力負荷，又包含很多單相負荷，MSC+TSC 混補的補償方式可以有效補償這類負荷。將無功補償裝置配置在受電端，不僅能促進功率因數和電氣設備有效效率的增加，還能有效降低負荷無功功率的消耗。MSC+TSC 混補補償方式能與電子電力技術的發展契合，以靜止同步并聯有源濾波裝置和補償器相結合的方式，取得更好的質量和效果。

3 無功補償技術案例分析

某地區供電中心的位置建造一變電站，并按照電壓等級的差異選取不同的配電線路輸電方式將電能提供給用戶。一般情況下，可以將其配電線路的輸電、配電標準范圍分級補償和就地平衡，但是，在整個過程中需要保持配電線路和電力用戶接收電量之間無功功率穩定與平衡。

補償主變壓器無功損耗是該變電站容性無功補償裝置的目的，并實現負荷側最大程度的無功補償。一般而言，要以主變壓器容量的10%～30%為基礎來進行容性無功補償裝置容量的配置，同時，還要盡量滿足35～110 kV 主變壓器的負荷要求及規定。通常在實際疏松的過程中，高壓側功率因素都會大于0.95。如果變電站中配置有單臺容量大于40 MV·A 的主變壓器，就必須配備兩組甚至兩組以上容性無功補償裝置，以保證在最大程度上補償、抵消輸電網絡中產生的多余電流。

對變電站本身的無功損耗進行有效補償是變電站補償的最主要方式。下面是對變電站補償容量進行確定的相關方式和依據。

首先，對于變電站而言，通常會選擇補償變壓器來實現無功補償，空載和負載情況下的無功損耗補償都包括在其中。通常情況下，補償35 kV、110 kV 變壓器的容量分別按照主變壓器容量的10%～15%和15%～20%進行配置。

其次，從我國目前的實際情況來看，很多變電站是在長時間輕負荷的狀態下供電，這種情況下可以考慮取最小值的補償容量，即主變壓器容量的10%。如果變電站在后期的使用過程中出現供電負荷上漲的情況，則需要根據電網實際的用電情況適當地調整補償容量，從而確保電網整體供電的安全性和可靠性。

再次，一般在冬夏季晚上這種用電的高峰期，變電站的供電負荷會有明顯上漲，電壓下降趨勢也很明顯，不能保證所有用戶的正常用電。針對這種情況，不僅要及時對補償容量進行有效調整，還要對實際情況進行綜合考慮，并及時增添臨時的設備，用在補償容量超過正常容量的情況下，合理有效地轉移多余的補償容量。

最后，可以考慮采取減少無功補償設備分組數量的方式節約成本。一般情況下，會考慮讓二次負荷側的母線進行分段運行，并將無功補償的設備按照實際情況分成兩組。這樣不僅能很好地滿足兩臺主變電器切除與投入的需求，也能最大程度上確保兩臺主變電器正常運行，避免某些浪費。

4 結論

電氣自動化設備會受到很多復雜因素的影響，而這些因素又在不斷發生改變，所以，深入研究和分析無功補償技術已成為一種必然趨勢和學術研究的重點。有學者提出，無功補償技術能有效促進整個電力供應系統工作效率和質量的提高，并減少電力資源的損壞，降低設備故障率。基于此，政府相關部門要積極推進無功補償的發展并對其給予足夠的重視，同時還需要積極引進先進的管理經驗和技術，從實際出發制定出具備可行性和適合現階段及未來發展的無功補償方案，將無功補償技術在電氣自動化中的作用最大程度地發揮出來。