淺析無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用

文/李忠文 張文增

一、無功補償?shù)母艣r

無功功率補償Reactive power compensation，簡稱無功補償，在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)的作用，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少電網(wǎng)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素。

無功補償?shù)幕驹?電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分:一是有功功率:直接消耗電能，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能、熱能、化學(xué)能或聲能，利用這些能作功，這部分功率稱為有功功率;二是無功功率:不消耗電能，只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能，這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件，并且，這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換，這部分功率稱為無功功率(如電磁元件建立磁場占用的電能，電容器建立電場所占的電能)。

二、電氣自動化中無功補償?shù)奶攸c

（1）功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中通過線路、變壓器的視在功率功率供給有功功率所占百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)的運作過程中，功率因數(shù)的大小直接影響著有功功率的供給量，影響著有功功率的損耗情況。如功率因數(shù)越大，電力設(shè)備就能為有功功率提供大量的視在功率，就能減少無功功率的傳送，極大地降低有功功率在電力運行中的電能消耗，就能提高用戶當(dāng)前的功率因數(shù)，充分發(fā)揮電力設(shè)備的功能提高電壓的質(zhì)量。

（2）在電氣自動化無功補償技術(shù)中并聯(lián)電容器也占有重要地位。并聯(lián)電容器無功補償是為了更好地節(jié)約電能和提高供電的質(zhì)量，主要方法是通過提高用電負(fù)載的功率因數(shù)，減少電力網(wǎng)的用電損耗，目前這種節(jié)電方式已經(jīng)得到了人們的廣泛認(rèn)可。通過提高功率因數(shù)不僅能夠減少有功功率的消耗量，還能減少無功功率的消耗量，同時還能增加變壓器和電力線路容量的利用率，這就有利于并聯(lián)補償電容器與補償設(shè)備之間的連接，提高電力功率因數(shù)。

（3）電氣自動化的普及，不僅促進(jìn)了市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，增加了國民收入，還極大地降低了工作人員的操作難度，為企業(yè)生產(chǎn)減少了人力物力的成本投入，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；同時還提高了電氣自動化的安全性，為安全生產(chǎn)提供了有力的保障。隨著電氣自動化技術(shù)水平的不斷提高，在電氣自動化發(fā)展中呈現(xiàn)出了越來越多的問題，電氣設(shè)備中電能資源的過度浪費，已經(jīng)引起了社會的高度重視。電氣自動化中無功補償技術(shù)的大量應(yīng)用，可以有效地降低電氣設(shè)備的電能消耗情況，完善電氣自動化體系，確保國民經(jīng)濟(jì)和社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的健康發(fā)展。

目前電力系統(tǒng)中所有的用電設(shè)備都存有無功功率的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是電壓與用電設(shè)備的特性所決定的。電氣設(shè)備運行中，設(shè)有額定的電壓值，電壓在這個值數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行上下波動，這時電氣設(shè)備的無功功率就會根據(jù)電壓的波動幅度有所降低，在對電氣設(shè)備進(jìn)行無功功率補償時使用無功電源無法做到及時補償，無功補償技術(shù)的應(yīng)用可以合理有效地降低用電設(shè)備的電力消耗，確保電氣自動化系統(tǒng)的正常運行，提高電氣自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

三、電氣自動化中無功補償技術(shù)的應(yīng)用

（1）真空斷路器投切電容器。這種補償方式中電容器組利用高壓母線上電壓互感器的一次繞組電阻放電，一般不裝設(shè)專門的放電裝置。為防止電容器高壓擊穿，在電容器組中接有熔斷器fu作為短路保護(hù)。為降低電容器組在合閘時產(chǎn)生的沖擊涌流及防止電容器組與線路電感發(fā)生串聯(lián)諧振，可串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娍蛊?。它能有效地對高壓母線前主變壓器、高壓線路及電力系統(tǒng)無功功率進(jìn)行補償，能有效地提高工廠的功率因數(shù)，而且總投資少。

（2）固定濾波器和晶閘管調(diào)節(jié)電抗器。固定濾波器按諧波要求設(shè)計，反并聯(lián)晶閘管與電抗器串聯(lián)，通過改變晶閘管觸發(fā)角來調(diào)節(jié)流過電抗器的感性電流，使其與并聯(lián)濾波器中多余的容性無功補償電流平衡，滿足功率因數(shù)要求。優(yōu)點是固定濾波器長期投人，需要的晶閘管數(shù)量少，響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)性能好，缺點是tcr也產(chǎn)生諧波。

（3）變電站無功補償技術(shù) 變電站是一個供電區(qū)域的供電中心，用不同電壓等級的配電線路向用戶供電。按照“分級補償，就地平衡”的原則，配電線路和電力用戶應(yīng)該基本達(dá)到無功功率平衡，不向變電站索取無功電力。容性無功補償裝置以補償主變壓器無功損耗為主，并適當(dāng)兼顧負(fù)荷側(cè)的無功補償。容性無功補償裝置的容量可根據(jù)主變壓器容量來確定，可按主變壓器容量的10%～30%配置，并滿足35～110kv主變壓器最大負(fù)荷時，其高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95的要求。當(dāng)主變壓器單臺容量為40mva及以上時，每臺主變壓器應(yīng)配置不少于兩組的容性無功補償裝置。

（4）配電線路的無功補償 電力網(wǎng)中，配電線路數(shù)量很多，其線損約占總線損的60%～70%。因此，對配電線路進(jìn)行無功補償，降低配電線路的功率損耗十分重要。對配電線路進(jìn)行無功補償，在美、英等發(fā)達(dá)國家得到了廣泛應(yīng)用。

分支線路補償法的基本原則是以分支線路的無功功率平衡為主，對分支線路的無功消耗進(jìn)行補償，盡可能減少分支線路向主干線索取無功，從而減少無功損耗：①以分支線路所帶配電變壓器的空載無功損耗來確定分組補償容量；②選擇負(fù)荷較大的分支線確定補償點。從以上分析可見，線路的補償容量是按配電變壓器的空載無功損耗來確定的。帶上負(fù)載以后，如果用戶補償設(shè)備投人不足，線路就會處于欠補償狀態(tài)。這雖然不是最優(yōu)補償方式，但可以達(dá)到補償無功需求量70%左右的水平，對于目前我國的配電線路來講，能做到也不容易了。

四、結(jié)束語

綜上所述，隨著電氣自動化技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴大，動態(tài)無功補償技術(shù)和諧波治理的問題越來越嚴(yán)重。系統(tǒng)運行過程中往往出現(xiàn)負(fù)荷變化大，帶有諧波的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的無功補償技術(shù)已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)運作的這一需求。無功補償技術(shù)是采用無功、負(fù)序及諧波的綜合補償方式，對電氣自動化系統(tǒng)的正常運行提供了有力的支撐。

[1]肖吉德，信息時代的電氣自動化技術(shù)——訪上海大學(xué)陳伯時教授[J].電工技術(shù)雜志，2003年04期.

[2]劉艷琳，供電無功補償節(jié)能技術(shù)在綜采工作面的應(yīng)用研究[J].科技資訊，2010年32期.