試析無功補償技術在輸配電網電氣自動化中的應用

崔小亮

（鄒平匯盛新材料科技有限公司，山東 鄒平256200）

在輸配電網中，消耗電能的同時將其轉換成另一形式的能，再將之作為電氣設備作功必要基礎條件，并持續在電網中與電能進行周期式轉換，就是無功功率。補償無功功率不僅可以提升電力設備利用率,還是節約用電環節中重要的一項技術措施。

1 無功補償技術概述

通常輸配電網中無功補償方式為三種，通過在高低壓配電網中安裝并聯電容器組實現集中式無功補償；在配電變壓低壓側與用電戶配電屏上安裝并聯補償電容器，為分組式無功補償；在單臺電動機安裝并聯電容器，則為就地式無功補償。同時，利用靈活柔性交流輸電系統技術、定制電力技術等與無功補償技術相結合誕生的靜止無功發生器，是現代化無功補償技術的重要發展趨勢，通常簡稱為SVG。我國僅2018 年高壓SVG 市場規模就已經達約35 億元，全年生產2020 臺SVG，2011-2018 行業需求復合增長率約35%，且隨著我國智能電網建設三階段進入收尾，我國對SVG 與先進無功補償技術需求將持續、穩定增加，其行業潛力巨大。

而目前應用于輸配電網電氣自動化中的無功補償方面還存有一定問題。一方面，無功補償電容器外熔斷器在投切電容器組中、正常運行中會經常性熔斷，需要提升合閘涌流對熔斷器的沖擊，或提升熔斷器而定電流。另一方面，部分補償熔斷器損壞率較高，需要進一步研究諧波影響下的電壓等級選擇，提升所選電壓等級，降低補償電容器損壞率。此外，在輸電過程中，無功補償配置還存有不合理現象，反而容易加大電網損耗[1]。

2 無功補償技術在輸配電網電氣自動化中的應用

2.1 電氣自動化中應用無功補償技術作用

第一，將無功補償技術引用在輸配電網電氣自動化運行系統控制設備中，可有效減少電能量損耗，降低能源浪費率，并在一定程度上，保證輸配電網系統運行的穩定性。

第二，應用無功補償技術，可進一步提升整體輸配電氣運行功率，補償運行中產生的無功功率，確保輸配電網中用電戶所得實際電壓與額定電壓持平，保證了用電安全性。

第三，在輸配電網電氣運行系統中應用無功補償可減少線路中不必要的能量損失，從而控制相應成本。通常來說，功率增加過程中，對應系統中電容器容量隨之增加，易造成該設備損壞。而在功率因數增大時，利用無功補償技術降低輸電線路無功功率可減少電容器容量增加，可有效保證相應的設備使用壽命。

第四，應用無功功率補償技術可簡化配電網運行系統過程。一來，利用無功功率補償技術與峰值線路中，可減少相應主干線路功率消耗率，保證電氣自動化運行系統中無功耗損的控制效率。二來，利用變壓器數據、前期設施空載數據等可對損耗進行具體計算，可有效避免無功功率補償不足的問題，簡化整體運行過程。

2.2 電氣自動化中應用無功補償技術類型

2.2.1 配電線路無功補償

通常，在電氣運行系統中，線路的無功補償是通過線路桿搭載電容器，并通過電氣自動化系統來實現無功補償的。需要注意的是，線路補償點不宜過多，控制方式應簡便、科學，應減少分組投切式控制。補償電容器容量也不宜過大，減少過度補償現象發生率，且對電容器保護措施使用斷容器與避雷器進行過流、過壓保護即可。這種配電線補償方式主要是對供電線路與功用變壓器進行無功補償，具有投資成本低、回報迅速、管理與維護簡便等特點，通常適用于功率因數較低，但負荷較重的長線路。不過，這一方式適應性較差，重載情況下，會出現無功補償不足的問題。

同時，針對低壓三相四線類型的供電系統中，用電戶多為單項負荷、單相與三相符合混合的形式，且符合大小與用電時間并不固定，從而導致有功電流不平衡情況。這種不平衡現象，通常會造成配電網線路、變壓器的銅損、鐵損，甚至影響變壓器運行安全，嚴重降低三相電壓穩定性。而這種用電不平衡所導致的電流不平衡問題無法事先與之，自動化電氣系統也僅能夠在發生不平衡問題時發出警告信息。但是，隨著目前無功補償技術發展，針對這一問題可使用電流無功補償裝置來調整不平衡的有功電流，讓三相功率因數均補償至0.9 左右，將不平衡電流限制在額定電流10%左右范圍內，提升變壓器平衡性[2]。

2.2.2 變電站無功補償

變電站就是整體輸配電網系統中，對電壓、電流進行變換，同時集中電能、分配電能的場所。簡單來說，就是利用無功補償技術，提升用電戶網絡穩定性與使用效果，并保持整體輸配電網系統無功功率的平衡狀態。

變電站所用無功補償技術主要包含并聯電容器、靜止補償器等自動化補償組件，如將電容租設備并聯在6000-10000V 母線的首段與次段上，利用組件集中補償無功功率與電壓自動投切特性來對電容設備產生控制作用。從而簡化變電站的維護過程，降低線路、電氣資源的浪費，提升變電站運行效率，并進一步保證電氣自動化運行的安全與穩定。

需要注意的是，應保持母線電壓在可控范圍內，同時利用無功補償技術，有效規避變電站配電網出現超電壓問題，優化配電網運行效率與運行環境，保證電氣自動化系統的穩定運行，充分發揮變電站實際功用。

2.2.3 低壓無功補償裝置

低壓無功補償裝置主要有控制器、無觸點開關組、并聯電容器等部件共同組成整機，是機電一體化裝置，可良好地應用于電子自動化系統。其工作內容是當出現裝置外部故障、停電等情況下自動退出運行，電力重新輸送后還可自動恢復運行。具體原理是通過控制器對系統電壓變化、無功功率增減等進行即時檢測，當電壓低于供電標準、無功功率到達投切門限時，控制器會自動下達電容組投切指令，并利用電容器與系統之間的電壓差觸發無觸點開關組中的晶閘管，從而實現無涌流投入或無涌流切除。對溫度超限、過流、過壓等現場具有保護與阻止的作用，通常被使用在用電戶、電力企業等電氣自動化系統中。

2.2.4 高壓無功補償裝置

高壓無功補償裝置更適用于無人值守單但需要遠程監控的變電站、風電場等電氣自動化運行系統中，或是諧波電壓、電流滿足國標規定等場所中。該裝置通常可依據系統電壓、無功缺額等因素進行綜合測算，并依據測算結果同樣會進行自動投切電容組的動作，改善功率因數的同時有效降低設備損耗。

高壓無功補償裝置主要技術特征包括：

第一，當電壓低于最低設定值時，可在保證不過載的前提下，逐一投入并聯電容器，保證母線電壓維持在規定范圍內；而當電壓超出最高設定值時，則同樣會逐一切斷關聯電容器組，直至電壓下降到達標準范圍內。

第二，高壓無功補償裝置還具備自動化功能，如當電容器控制回路繼保動作拒動，控制器則會自動閉鎖改組電容器，并進行異常警報；或是，自動發出動作指令前，具有先探詢動作經過可能出現的問題，并相應增減動作次數，起到智能控制的作用。

2.3 電氣自動化中智能化無功補償技術

智能化無功補償技術是未來配合電子自動化技術發展的重要研究方向之一。在以往的電氣自動化系統中應用無功補償技術需要進行編程建立控制模型，不僅需要投入大量的人力、物力，還會在一定程度上影響模型精確度。而智能化無功補償技術不需要建立模型，即可進行自動化控制、設備與數據監控、故障診斷與分析等活動，可有效保證電子自動化控制系統的穩定、安全、精準。

在輸配電網中變壓器一旦發生故障，會造成行對較高的能源浪費、經濟損失問題。因此，在變壓器故障診斷方面，應用智能無功補償技術，可對其滲油量進行自動分析，尋找故障原因，定位故障位置。同時，此技術對應電力系統中其他設備，如發動機等，同樣具有快速解決故障問題、提高系統整體安全性的作用[3]。

結束語

總而言之，將無功補償技術科學地運用于變電站、配電網等環境中，可最大限地提高電氣自動化運行系統性能與使用效果。因此，隨著無功補償技術進一步的發展，將會拓展其在電氣自動化領域中的應用范圍，并提升整體電氣工程系統的智能特性，從而推動我國電力領域的發展與進步。