电气自动化中无功补偿技术及其应用探究

电气自动化中无功补偿技术及其应用探究

刘广义

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摘要：当今，我国经济发展十分迅速，电气自动化，是我国的一项传统行业主要涉及电机学和自动化工程的一些理论和实践知识。该专业的应用性强，应用范围广，几乎涉及到现代工业生产的方方面面。是一门很实用，有更具有综合性的学科。长期以来，这门学科，不断得到国家的重视与支持，在新时期不断向前发展，铸就了很多辉煌事业，取得了大量的优秀成果。近年来，国家对电力系统的自动化和智能化建设要求不断提高，社会各界纷纷响应国家号召，并积极制定智能电网建设规划，进行了大量投资。其中，变电、配电和用电环节的自动化建设是智能电网建设的重中之重，然而我国配网自动化水平还十分落后，未来仍有巨大的发展空间。

关键词：电气自动化；无功补偿技术；应用

引言

近年来，随着中国电气技术水平的提高，供电能力与供电质量显著提升。与此同时，随着电力系统规模的扩大以及设备接入数量的增多，系统运行状态受到电压波动、谐波增大等因素的影响，稳定性较差。在这一背景下，无功补偿是改善供电环境与提高供电效率的重要技术举措，也为谐波治理等问题提供了可行的解决途径。

1无功功率补偿的特点

在电气自动化技术中，无功功率补偿器是重要的组成部分。无功功率补偿器具有保护低压、高压和稳定等优点，为了确保电气设备的安全性，可以在局部发热过程中降低温度。本技术主要是在负荷功率因数相对较低的情况下使用，让电气设备的静电容量达到最小，减少不必要的损失。针对电网而言，变压器与异步电动机为最大的无功功率设备。一个变压器的无功功率能够达到50%，而异步电动机为60%。基于这部分数据分析可知，变压器、异步电动机等设备是主要的无功功率设备。无功功率补偿技术的实际应用还可以合理补偿大量无功功率消耗，保障整体的功率因数满足高效工作的需求，进而满足设备的能效需求。一般情况下，所有设备都需要实现高功率因数运行，而要实现高功率因数运行，就要尽可能地减少设备的无功功率，降低有功功率损失。通过功率因数的改善作用，满足功率因数最大化的需求。

2无功补偿实现方式

在电气自动化系统中，常用的无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿、单台电动机就地补偿3种，具体如下。集中补偿。把并联电容器组在高压或是低压配电线路中进行布置，根据配电线路实时无功负荷来提供无功补偿。这一方式有着装置布置集中、易于维护、成本低廉的优势，但大功率电气设备的实际补偿效果有限，还有可能在设备断开时出现无功倒送现象，当前多用于小型电气自动化系统。分组补偿。在变压器低压侧端配置并联补偿电容器，按照负荷变化情况进行分组，在电气自动化系统运行期间，根据负荷实际变化情况来调整电容器投切组数，投入适当的电容容量，以此来维持无功平衡状态。此项补偿方法有着电容器自动跟踪负载变化、无人工干预条件下自投切补偿电容器的优势，但对分组数量有着较高要求，在分组数量过少时会形成过大容量变化梯度，进而影响到无功补偿效果，需要在条件允许的前提下，通过增加分组数量来减小容量变化梯度。单台电动机就地补偿。把并联电容器布置在单台电动机部位，保持电容器、电动机二者相互连接状态，负责吸收感性设备无功量并转化至有功能量后提供给电感设备。此项方式有着可随时启停补偿装置、装置易于安装、明显降低线损量的优势，但对控制器响应能力有着严格要求，补偿电容容量精度较低。

3无功补偿技术在电气自动化中的具体应用

3.1真空断路器投切电容器

此项方法属于自动补偿方式的一种，多用于向高压线路以及高压母线前主变压器提供无功补偿，在变压器低压侧端部位安装电容器组并接入FU熔断器。在系统运行期间，随着负荷变化，电容器组执行分闸等控制指令来调整电容投入量，利用电压互感器一次绕组电阻进行放电，实现无功补偿目的。此方法有着补偿过程简单、无需在系统中加装专门放电装置的优势。根据实际补偿情况来看，真空断路器投切电容器方法存在着明显局限性，包括短路器无法实现精确控制、无法在短时间内频繁投切开关、合闸时易出现串联谐振现象等，动态补偿效果有待改善，还有可能引发断路器炸裂、电容器损坏等电气故障。对此，需要采取额外串联电抗器、选用新型双动式真空断路器等措施来改善无功补偿效果。例如，对电抗器的串联，将起到预防串联谐振现象出现、减小合闸时电容器组形成冲击涌流等多重作用。

3.2静止无功发生器

静止无功发生器属于有源形补偿装置的一种，应用到脉冲宽度调制、电压电源逆变等新型技术，采取并联方式或经由电抗器把自换相桥式电路接入到系统当中，对电路交流侧端所输出的电压幅度、电压相位等参数进行调节控制，或是调整交流侧输出电流值，从而起到吸收以及提供无功功率的作用。根据实际情况来看，在电气自动化领域，静止无功发生器具备快速动态响应、双向补偿、占地面积小、无级调节、电容电抗容量要求宽泛的优点，可以跟踪负载冲击电流和跟踪补偿谐波电流，综合性能远超过传统无功补偿装置。例如，从无级补偿角度来看，传统补偿装置普遍采取有级补偿方法，设立3～10个级别，各级别的无功千伏安波动较大，每增减一级时变动数十无功千伏安，而静止无功发生器可以从0.1无功千伏安起进行补偿，在实质意义上做到了精确补偿。而从响应速度角度来看，静止无功发生器可以在5ms内完成响应动作，由额定容性无功迅速转换到额定感性无功。

3.3加大用户管理

社会生产、生活等各个领域，电力资源都有非常直观的应用，发挥着关键性作用。作为供电企业，务必要稳定供电过程。因为交流电路内的电抗器参与之后，会有电源能量交换现象产生，即无功功率，尽管不会带来实质性的电能耗损，却会降低电网供电效率。基于这样的情况，建议供电企业在变压器设计阶段，采用无功补偿技术补偿电力用户，维护电力用户的切身利益。计算无功补偿容量，可采用以下2种方法：①按照变压器容量可实施估算。一般补偿容量是变压器容量的30%左右，如果变压器容量是1000kVA，那么无功补偿量是300kVar。如果变压器容量是1500kVA，那么无功补偿量则是500kVar。②可以直接在无功补偿容量计算系数表中获取数值进行计算。系数表中有非常详细的有功功率需补偿数据，若设备负载有功功率以P为代表，那么在运行状态下的功率因数、需补偿目标功率因数可以分别用cosΦ1、cosΦ2表示。如果功率数值是1200kW，运行功率因数是0.56，补偿功率因数是0.6，在无功补偿容量计算系数表中便可以得到补偿容量系数，随之计算实际补偿容量，以此来维护电力用户权益。另外，作为施工单位利用无功补偿技术时，需要关注用户侧无功补偿管理，加大宣传节能降耗，确保用户意识到利用无功补偿技术能降低由于内部传输导致的有功功率亏损。伴随电气科学技术的发展，无功补偿技术得到了有效利用，这部分无功补偿装置能满足施工现场需求，确保系统无功补偿。

结语

新时期，我国提出了节能降耗的发展理念，将无功补偿技术用在电气自动化领域，十分契合以上理念。合理应用无功补偿技术，能显著提升电力系统的功率因数，减少供电变压器及输电线路的损耗，进而提升电能资源的利用效率，极大地改善了供电环境。后续发展中要不断完善无功补偿技术的应用过程，提升其发展水平及实际应用的稳定性，辅助增加电力系统运行效率，为社会经济发展做出更大的贡献。

参考文献

［1］李永泉.试析电气自动化中无功补偿技术要点［J］.工程技术（文摘版），2018（19）：112.

［2］杨有禄，兰吉宗，雒金环，等.浅析无功补偿技术在电气自动化中的应用［J］.中国新技术新产品，2019（6）：5.

［3］徐煜韬.浅谈无功补偿技术在电气自动化中的应用［J］.经营管理者，2018（18）：382.