无功补偿技术在电气自动化中的应用分析范小田

无功补偿技术在电气自动化中的应用分析范小田

范小田

(中铁一局陕西西安713200)

摘要：电气自动化技术在社会经济发展中的作用越来越突出，而无功补偿是电气自动化领域的重要技术之一，其主要通过无功、谐波等技术对系统进行补偿，以达到减少电力损耗、提高电力系统运行可靠性的目的。电网调度及运行中，交流电通过纯电阻时电能会转换为热能，无能量消耗即无功功率，在纯电容负载状态下电流通过负载组合时，部分工作功率因数<1，此时需通过无功补偿来提高电力系统工作效率。文章主要针对电气自动化中无功补偿技术的应用进行探讨。

关键词：无功补偿；电气自动化；应用

一、电气自动化中无功补偿的主要作用

在电气自动化系统中无功补偿的作用主要体现在以下几个方面：首先，提高电压质量。电压损失量是评价电压质量的重要指标，电压损失越少证明电压质量越高。采用无功补偿技术可以减少电路中无功功率的传输，提高功率因数，电压损失也会随之减少，因此可以有效提高电压质量。其次，降低电气自动化系统投入成本。无功补偿技术可以降低电路中的无功功率，电路功率转化率得到改善，功率因数也会得到提升，从而达到提高变压器运行效率的目的，最终输变电设备的投入成本会大幅降低。再次，降低电力系统用户端应用成本。我国针对功率因数有相关规定，用户端功率因数低于规定值则会对其进行一定的处罚，因此用户端要保持适当的功率因数才能有效降低损耗，减少用电成本。无功补偿则可以提高电路中的功率因数，减少电路损耗。最后提高电路传输能力。在一定有功功率下功率因数反比于电路中的传输电力功率及视在功率即电路传输能力，使用无功补偿可增加功率因数，实际功率下降，则电路传输能力就会得到提升。

二、电气自动化无功补偿的关键技术

电力无功补偿的关键技术主要包括两个方面：

（一）功率因素

功率因素主要是指电网中通过变压器、线路的视在功能供给有功功率的比例，电网运动过程中功率越大，就越能够通过电力设备的视在功率将大部分供给有功功率，以降低有功功率的损耗，减少无功功率的传输，因此电网运行过程中要尽量提高功率因素。在合理范围内提高用户的功率因素可以提高供电设备的使用功能，改善电压质量，因此提高功率因素是减少用电设备无功功率需用量的重要措施。

（二）并联电容器无功补偿

并联电容器也称其为固定式电容器，是无功补偿的传统方法之一，其具有结构简单、操作方便、成本低等优点，故在电力自动化系统中的应用十分广泛，也是目前我国使用最多的无功补偿方法。电力系统中大部分负荷为阻感性，实际配电系统的负载可以等效为由电阻R与电感L串联连接的电路，可用下式表示其功率因数：

Cosφ=

式中：XL=ωL

采用电容器集中补偿时最关键的就是确定设备的补偿容量，可利用下式计算：

Qc=βavqcPc

式中：Pc：变电站月供电最大有功计算负载；

βav：月平均负载率，可取0.7-0.8

qc：电容器补偿率，即每千瓦有功负载与所需补偿的无功功率的比率；

确定设备的补偿容量后再根据不同的电容器联结方式选择每一相并联电容器的容量。

三、电气自动化系统中无功补偿技术的具体应用

（一）断路器投切电容器

断路器投切电容器具有成本低、运行便简、结构简单的优势，不过其在投切滤波支路在合闸时的暂态过程中会产生过电流过电压，影响电容器及串联电抗器的正常运行。不过需要注意一点，在切除滤波支路时由于触头上恢复电压较高，开关重燃的概率也会随之增加，可能会重复击穿而导致电容器上过电压较高损坏设备，因此实际应用中需要注意。

（二）晶闸管投切电容器

晶闸管投切电容器最大的优势在于其操作寿命极长，主要是因为晶闸管开关没有触点，但是可以将晶闸管的投切时刻控制在十分精确的范围，因此大大提高了操作的简易度，不仅电容器的投入速度得到改善，而且投切的冲击电流也有所下降。晶闸管投切电容器的动态响应时间在0.01-0.02，晶闸管可快速跟踪冲击负荷的突变，维持最佳馈电功率因数，使得无功补偿可以根据实际需求量的变化进行动态无功补偿，降低电压波动，提高电能质量。

（三）LC滤波器

LC滤波器包括电感、电容、电阻，其主要通过对主要次谐波构成低阻抗旁路达到滤除谐波的目的。不过LC滤波器仅能对确定频率谐波进行固定补偿及滤波，因此应用存在一定的局限性。LC滤波器分为单调谐滤波器、高通滤波器等多种，其中高通滤波器又分为一阶、二阶、三阶、C型4种，其中一阶高通滤波器对电容需求较高，基波损耗比较大，因此应用较少；二阶滤波器虽然具有较高的滤波性能，但其基波损耗高于三阶高通滤波器；三阶高通滤波器容量比小，可以提高滤波器对基波频率的阻抗，降低基波损耗；C型高通滤波器性能介于二阶与三阶之间，不过受基波频率失谐和元件参数漂移等因素的影响比较明显。

（四）有源滤波器

有源滤波器主要利用可关断电力电子器件产生的补偿电流使电源电流接近正弦波，其中补偿电流与负荷电流谐波分量相等、相位相反。有源滤波器最大的优势在于电源阻抗对其影响较小，不存在谐振现象，响应速度非常快，不过投入成本较大。根据其接入电力系统的方法不同，有源电力滤波器可分为并联型、串联型、混合型三种。在实际应用中，应当针对谐波源的性质差异，合理使用不同的拓扑结构的有源电力滤波器。

四、结语

总之，随着电气自动化技术的不断发展，无功补偿技术也越来越完善。无功补偿技术可有效提高电力系统运行的稳定性及安全性，减少电网电压能耗，具有较高的经济价值。当然，未来电气自动化设备负荷变化、系统结果越复杂，对无功补偿技术的应用深度及广度要求也越高，因此后续要进行更加深入的研究，不断进行技术创新，再结合当代高新技术及仪器，进一步发挥出无功补偿技术的应用价值。

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作者简介：范小田，出生于1980年10月14日，男，汉族，工程师职称，研究方向主要是机电工程、电力工程等。