電氣自動化中無功補償技術(shù)探析

戰(zhàn)蔭華

（大慶石化工程有限公司，黑龍江 大慶 163714）

伴隨著我國電氣自動化技術(shù)水平的不斷提升，在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，又新增了一項無功補償技術(shù)。通過這項技術(shù)的應(yīng)用，使我國電氣自動化水平又得到了進一步提升。然而，相對于日益提高社會生產(chǎn)需求而言，無功補償技術(shù)在提高供電質(zhì)量、減少電能損耗等方面還存在很大的開發(fā)價值。因此，有必要針對其技術(shù)的應(yīng)用方法進行全方位、系統(tǒng)化的研究。

1 無功補償技術(shù)概述

在很多電氣自動化設(shè)備中，都會帶有一個電磁線圈。要想讓這個電磁線圈運轉(zhuǎn)起來，必須為其先建立一個專用磁場。這也就意味著在電磁圈運轉(zhuǎn)的過程中會消耗掉功率，如果用字母Q 來表示無功功率，其單位則是“乏”或者“千乏”。具體說，就是在一臺電動機運行之前，需要事先為其建立一個專門的磁場，通過該磁場使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來，之后再帶動電動機進行同步運動。也就是說，在電動機運行的過程中，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁場幾乎都是通過電源里面的無功功率所形成的。當(dāng)電氣自動化中變壓器工作時，整個運行過程同樣離不開無功功率的支持。由此得知，通過一次線圈轉(zhuǎn)動會形成對應(yīng)的磁場，通過二次線圈轉(zhuǎn)動則會產(chǎn)生電壓。所以，如果缺少了無功功率的支持，電動機就無法運行，變壓器也無法正常執(zhí)行其工作任務(wù)。通常情況下，只要當(dāng)用電設(shè)備在電源中單獨得到有功功率之后，便可以獲得無功功率。但是，當(dāng)電網(wǎng)里面所提供的無功功率無法滿足實際需求時，就會導(dǎo)致電氣自動化設(shè)備得不到足夠的磁場供給，從而失去運行動力。也可以將其理解成如果缺少了穩(wěn)定無功功率的保障，大部分電氣自動化設(shè)備都無法正常地運行。

2 無功補償技術(shù)主要特點

在電氣自動化設(shè)計中應(yīng)用無功補償技術(shù)，主要是通過提高電力系統(tǒng)負載功率因數(shù)達到降低設(shè)備容量、減少功率損耗的目的。具體地說，其技術(shù)優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下三個方面：第一，使電網(wǎng)和受電兩端的電壓變得更加穩(wěn)定。在長距離輸送電能的過程中，通過動態(tài)無功補償裝置的合理設(shè)置，可以有效地提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進而提高輸電能力，確保整個配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行；第二，在電氣自動化設(shè)備運行的過程中，需要一個相對穩(wěn)定的電壓，但在其運行過程中，難免會發(fā)生一些電壓損耗，當(dāng)損耗程度越大時，電壓質(zhì)量受到的影響越大。而通過無功補償技術(shù)可以將這種損耗降至最低，確保輸送電壓的穩(wěn)定性能夠充分滿足電氣自動化設(shè)備的需要，從而使設(shè)備的運行功率得到保障；第三，當(dāng)電氣自動化設(shè)備遇到供電不足、電壓質(zhì)量較低等情況時，不但其運行效率會受到影響，還容易因為損耗程度過大而造成損毀。針對這一情況，通過應(yīng)用無功補償技術(shù)可以有效維持電壓穩(wěn)定性，進而延長電力設(shè)備的使用壽命。通過無功補償技術(shù)的上述特點可以看出，對于電力企業(yè)來說，在輸電過程中應(yīng)用這項新技術(shù)，可以大幅降低電氣設(shè)備的維護成本，使經(jīng)濟效益獲得顯著提升。

3 電氣自動化中無功補償技術(shù)應(yīng)用

3.1 維護電力用戶利益

現(xiàn)如今，無論是社會生產(chǎn)還是人們的日常生活，都離不開電力資源。因此，供電企業(yè)必須保證供電過程中的穩(wěn)定性與可靠性。但實際上，由于在交流電路中電抗器參與會產(chǎn)生一定的電源能量交換，也就是無功功率，這種情況雖然不會造成實質(zhì)上的電能耗損，但卻會對電網(wǎng)的供電效率造成不良影響。因為考慮到這一點，供電企業(yè)在設(shè)計變壓器時，基本上都是利用無功補償技術(shù)對電力用戶給予補償，為客戶利益提供保障。在對無功補償容量進行計算時，主要包括以下兩種方式：第一種，根據(jù)變壓器容量進行估算。通常情況下，補償容量為變壓器容量的30%，例如，當(dāng)變壓器容量為1000kva 時，其功補償量則為300kvar；當(dāng)變壓器容量為1600kva 時，無功補償量為500kvar；第二種，通過查詢“無功補償容量計算系數(shù)表”進行計算。在該系數(shù)表內(nèi)，載明了1kW 有功功率所需要補償?shù)臄?shù)值。如果設(shè)備負載的有功功率通過P 來表示，運行時的功率因數(shù)和需要補償?shù)哪繕斯β室驍?shù)分為cosφ1和cosφ2，其具體計算如下，當(dāng)有功功率為1000kW、運行功率因數(shù)為0.58、補償功率因數(shù)為0.7 時，通過查詢“無功補償容量計算系數(shù)表”可以得知，補償容量系數(shù)為0.39，補償容量則為1000×0.39=390kvar。通過以上兩種方式，都可以使用戶的利益得到有效保障。

3.2 對回路電流進行無功補償

由于電流本身具有連續(xù)性，所以，在回路電路當(dāng)中必然存在回路電流，而電流也必然會產(chǎn)生一些電能損耗。因此，對回路電路進行無功補償，可以有效降低電能損耗，其補償方式主是要通過濾波器原理對回路電流進行無功補償。電源中的濾波器是一種由電容、電感和電阻共同組成的濾波電路，通過它可以濾除電路中的指定頻點，最終得到特定頻率的電源信號。因此，通過在電路中安裝濾波器，可以使濾波器頻率范圍得到優(yōu)化調(diào)整，并且使濾波器中的電容電流與回流電路中的感性電流互相抵消，最終使回流電流保持在一種相對穩(wěn)定的運行狀態(tài)中，不再持續(xù)做功。在電路穩(wěn)定運行狀態(tài)下，還可以同時串聯(lián)濾波器適量地降低電壓，從而對回流電路進行無功補償。

3.3 無功補償技術(shù)在變電站中的應(yīng)用

發(fā)電廠要想對電能進行遠距離的輸送，就必須采取有效措施減少傳輸過程中的電能損耗。首先，先將電壓轉(zhuǎn)換成高壓電，傳輸?shù)浇咏付ǖ攸c時，再將高壓電降低至用戶可以使用的數(shù)值，而這個電壓升降工作則需要領(lǐng)先變電站來完成。需求說明的是，當(dāng)電力用戶所使用的變壓器為無功功率變壓器時，就意味著該用戶已得到了無功補償，無須再提供無功補償服務(wù)。當(dāng)變電線路處于正常運行狀態(tài)時，代表供電效率良好，在這種情況下，也無須向用戶提供無功補償服務(wù)。而無功補償技術(shù)主要用于非無功功率變壓器中，其應(yīng)用方式與無功功率變壓器相同，需要通過變壓器容量進行計算。需要注意的是，容性無功補償設(shè)備的容量與無功功率變壓器存在一定的差異，所以，補償設(shè)備的最大容量值不能達到變壓器的最大容量值，否則，就會對整個電力系統(tǒng)造成重大安全隱患。

3.4 無功補償技術(shù)在真空斷路器設(shè)備中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)斷路器相比而言，真空斷路器具有體積小、重量輕、適用操作、不必經(jīng)常檢修等優(yōu)勢特點。因此，在電氣自動化設(shè)備中，真空斷路器是一種比較常見的保護裝置。但是，由于真空斷路器的型號較多，而每種型號的適用范圍和使用性能上又存在差異，導(dǎo)致將無功補償技術(shù)難以引用到真空斷路器的制造中。但是，如果在制造過程中引入無功補償技術(shù)，可以使真實斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化調(diào)整，進而使其制造成本得到大幅降低。此外，現(xiàn)有的真空斷路器在實際應(yīng)用的過程中，經(jīng)常會遇到型號不匹配或者兼容性較差等情況，通過無功補償技術(shù)可以將濾波器、電抗器等器件與真空濾波器結(jié)合起來，從而使電路電流處于一種平穩(wěn)運行的狀態(tài)下，電能損耗因此而得到有效控制。

4 無功補償技術(shù)發(fā)展前景

無功補償技術(shù)是伴隨著電氣自動化水平不斷發(fā)展而漸漸衍生出來的，它的誕生與應(yīng)用在很大程度上緩解了電氣自動化設(shè)備中由單相電力牽引負荷所引發(fā)的諸多問題。但是，從我國當(dāng)前電氣自動化設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，其還存在著比較突出的非線性問題，這就給無功補償技術(shù)提供了很大的發(fā)展空間。例如，最近發(fā)展起來的有源濾波器，就推動了無功補償技術(shù)的發(fā)展。這也在程度上說明了無功補償技術(shù)還將具有較大的發(fā)展空間，相信通過技術(shù)人員和研發(fā)人員的不懈努力，其發(fā)展速度還將獲得大幅提升。

綜上所述，對于無功補償技術(shù)而言，其最大優(yōu)勢在于能夠在電氣自動化設(shè)備運行的過程中降低電能損耗，使電路始終處于高效運行的狀態(tài)下。在供電過程中，通過無功補償技術(shù)可以使電力用戶的利益得到保障，提高供電企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量與經(jīng)濟效益。因此，有必要針對無功補償技術(shù)的應(yīng)用方法進行持續(xù)不斷的研究，使其發(fā)揮出更大的作用價值。