浅析无功补偿技术在电气自动化中的应用

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【摘 要】我国电气自动化的跨越式发展，为无功补偿技术的应用拓展了领域，电气设备中的非线性因素，单相电力牵引变换等日渐繁杂，随着无功功率的持续加大，在电力系统中的负率和谐波等也进一步增加，这一系列问题也不容忽视。本文首先阐述无功补偿技术的概念、特点和设计方式，接着以变电站为案例，论述无功补偿技术在电气自动化的应用。

【关键词】无功补偿技术；应用；电气自动化；设计

随着电气自动化技术和设备在电力工业领域的广泛运用，动态无功补偿技术与谐波处置的问题日渐显著，在整个系统中也屡屡带有谐波。陈旧的静态无功补偿和静态无源滤波的相关配置早已无法满足使用需求，而动态无功补偿技术的出现和应用正好为这个难题的解决指明了方向。本文先阐释无功补偿技术的特点和设计的方法，再以实际案例描述无功补偿技术在电气自动化领域的应用策略。

1、无功补偿技术的特点

1.1无功补偿技术的概念

无功补偿技术的全称是无功功率补偿技术，在供电系统中发挥着提升电网功率因数的职能，降低输电过程中的电能耗费，改善供电的外部环境，提高供电效能，减少供电变压器的电能消耗。从这个角度来看，无功补偿的相关设备在电力供电系统中始终扮演非常关键的角色。科学的挑选补偿装置，自然而然会减少系统中电能的消耗，提升电网的质量。反之，假若选取的补偿设备不恰当或者不符合供电网络的需求，则会直接导致谐波增加、电压起伏明显等问题。

1.2无功补偿技术的特点

（1）感性无功技术

配电网中有不少电力设施是经由电磁感应来执行任务的。比如发电机组就是要依据电磁感应原理，又用于发电的线圈在强磁场中切割磁感线而出现交流电能，变压器也由电磁的交互感应使电压出现变化，进而传输到距离较为遥远的方位，这样就避免了线路传输过程中的电力损耗。电动机也电磁场里通入了电流，通电线圈在磁场中遭遇到力的作用而运动的，变压器和电动机均是在强磁场的作用下促进电和磁互相转化的，在这个转换途中，会逐渐形成一个巨变的磁场。电力机械设备在一个电磁周期内，所吸入的功率和放出来的功率是一样的，也就是说，在这中间并未出现任何电力的损失和消耗，像这一类自始至终无变化的功率就是感性无功功率。

（2）无功补偿技术的使用有利于维持电力系统的稳定

无功补偿技术实质上是一类无功电压控制服务技术，具体指的是发电机组往配电网里输出无功功率，用以保持电力系统能照常运营，确保连接点电压的波动数值在一个正常指标范围之内，并会取得良好的控制电力系统服务技术。当电力发生个别故障时，无功支持有利于防范整套电力系统陷入中断的困境。换言之，无功补偿技术在电网系统依照常规运行时，会吸收一定量的无功功率，在电力系统出现故障时，则最大限度地保证电网的安全、顺利运行。

（3）无功补偿技术可过滤掉一定量的谐波

通常意义上，设计电力设备时都装设了固定容抗和组织抗击的电感器，用于过滤掉一些单调滤波。这种设备在设计中需有电力领域的技术支撑才能完全实现，在这中间提高技术含量，有利于切实提高设备的功率因数，无功补偿技术的开发和应用给这项问题的解决提供了莫大的帮助，同时，电气自动化的迅速发展也为单调谐波的去除提供了不小的驱动力。在当今电力行业的经济发展方式转变的形势下，电力传输中的电能消耗问题制约了电力的可持续发展，面对电力中断性的缺失给电力维护和安全运行带来的难题，特别是电力设备的迅猛发展中对于电能需求的增加，无功补偿技术在弥补电力的匮乏给出了一些技术上的可行性举措，久而久之，对于电力系统的维护和顺利执行任务提供了不少的指导和帮助。

2、无功补偿技术的设计方法

2.1晶闸管调整电抗器与固定的滤波设备相结合的方法

采用这一项技术，调节饱和的电抗器的磁饱和程度会逐步让进入回路的感性电流受到波及和影响，使其与以并联方式连接的滤波器中额外的容性无功率实现均衡状态。这个方法的优势就在于能够使固定滤波器经常性的投入，所需的晶闸管的数量较少，系统处理的速率较高，缺点是会出现谐波。

2.2固定的滤波器加上电容器调整压力，再配以电容器的方法

这个方法首先调整变压器低压部分两侧的母线电压，用于连接在低压母线上面的滤波器或者电抗器上面的电压，致使无功功率得到变换。调整的时候使用晶闸管切断，电气的使用寿命在原则上是没有影响的。在电力领域的实际应用中，也能经由安装先进的电力设备达到平稳的无功功率，最终实现谐波被过滤掉的阶段性目标。不过，这项技术目前尚不成熟，还有诸多地方不完善，采用正负电荷互相抵消谐波的原理来满足电源总共所需谐波电流的要求，是目前仍在研究的重大课题。

2.3固定过滤谐波设备与可控制饱和电抗器相结合的方法

反并联的晶闸管与电抗器实现串联，这样有利于与并联滤波器中的额外的容性无功功率补偿电流平衡，满足功率的因数的需要。好的方面就是长期投入固定的滤波通路。这个方法在补偿过程中轻松灵活、容易实现、可行性和可操作性较强、调整的速率较快，与系统不会有谐振的现象发生。不过技术要求高，需要懂得无功补偿技术的人员来亲自实地操作，中途出现故障的风险也存在，所采用的电子设备的价格不菲。

3、无功补偿技术在电气自动化应用中存在的问题及解决对策

3.1存在的问题

为数不少的无功电流经由发电厂喷涌进入了高压变电站，在输电的线路上，由于要送到低压的变电站，致使许多无功电流在较远的地点传输、穿越。无功补偿容量的配置不尽科学，有大量变电站补偿的电容量是整组投切，无法依照负荷转变的需要实现就地均衡的状态，当变电站处于高负荷状态的时候，其功率因数过于低下，处在低负荷的状态时，又发生过补偿。

出现无功向配电网倒置传输的情况，无功倒立传送会显著增加电网的消耗与损失，与此同时也会给配电网线路传输带来不必要的麻烦，特别是对于那些运用固定的电容器补偿方式的客户而言，极有可能会在低负荷状态时导致无功回送。

3.2解决的对策