浅析电气自动化中的无功补偿技术

浅析电气自动化中的无功补偿技术

陈英姿

（广东电网湛江雷州供电局）

摘要：随着国民经济及电子电气技术的提高，电气自动化行业得以快速发展，进行相应的无功补偿显得十分重要，本文针对电气自动化中的无功补偿技术进行论述分析。

近年来，电气自动化技术已经被广泛应用于各个领域，但电气线路的无功补偿不足和谐波污染问题也日益严峻，造成了大量的电能损耗，对电气自动化技术的正常发展造成极大的制约，为提高和改善电力线路的运行质量和资源利用，因此在电气自动化系统线路中引入了无功补偿装置，给供电系统和电气系统的安全性、经济性和稳定性提供了重要的可靠保障。有鉴于此，电力部门和用电企业对具有优越性能的无功补偿装置给予了高度重视，并在更深层次和领域对其加以推广和应用。本文阐述了无功功率技术的基本概念、工作原理以及运用意义，详细讨论其在电气自动化中的具体运用，并提出相关的建议，希望给电力部门、用电企业及相关工作人员提供一些参考作用。

一、无功补偿技术概述

1）基本概述。无功补偿技术主要是通过提高电力负载功率来有效减少线路电能损耗，是目前最为常见的电气节能稳定技术。伴随着先进技术的不断应用和电气化程度的日益推广，为了有效提高功率因数，有效降低负序，同时形成科学的滤波通路，抵消或滤除指定谐波，这些年来，因内根据国外技术制定出一系列国家标准，在电气化铁道变电所谐波综合治理和无功补偿方面设计了无功补偿的多种方案。

2）工作原理。许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递，为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率，就是无功功率。“无功”功率并非“无用”的电功率，只是其功率不能转化为机械能、热能，同时在供用电系统中还需要有功电源、无功电源，两者不可或缺。通过在电网中安装无功补偿设备，可以提供感性电抗所消耗的无功功率，减少电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率。由于在电网中减少了无功功率的流动，所以能够大力降低线路和变压器在输送无功功率时造成的电能损耗，这就是无功补偿。

3）应用意义。目前，国内电气自动化技术被运用到许多领域和产业。但是高速电气化技术的应用也存在单相电力牵引的负荷变化复杂的问题，这在一些特殊情况下可能导致注入电力系统的负序和谐波增加，同时提升无功功率，不仅会影响电力系统的安全性，还会影响系统电气自动化系统的资源利用率，造成经济损失。就目前电气自动化系统的研究来看，其中最为明显的三大问题就是无功、负序和谐波问题，对我国这样一个人口大国来说，变电所的电气自动化应用压力很大，非线性因素所带来的不可控问题更为严重，而无功补偿技术是最为适合解决电气自动化系统非线性问题的技术。

二、无功补偿技术在电气自动化中的应用

随着不断地借鉴和结合国内国外的先进科学技术，我国电气自动化铁道变电所通过多层次、多角度、多方法对无功补偿技术和谐波综合治理方法进行了深入研究，其中大部分都是力求在基波下补偿牵引负荷的感性无功功率，对于电气的功率因数提高、负荷降低以及构成有效的滤波通路、滤除、抵消指定谐波起到了十分重要的作用，不过由于在实现途径上各不相同，这些无功补偿技术也就具有各自的特点，其中主要如下：

1）真空断路器投切电容器。该补偿方式中电容器组利用高压母线上电压互感器的一次绕组电阻放电，一般不装设专门的放电装置。为防止电容器高压击穿，在电容器组中接有熔断器作为短路保护。为降低电容器组在合闸时产生的冲击涌流及防止电容器组与线路电感发生串联谐振，可串联适当的电抗器。它能有效地对高压母线前主变压器、高压线路及电力系统无功功率进行补偿，能有效地提高工厂的功率因数，而且总投资少。

2）固定滤波器和晶闸管调节电抗器。固定滤波器按谐波要求设计，反并联晶闸管与电抗器串联，使其与并联滤波器中多余的容性无功补偿电流相抵消，最终达到平衡，以满足其对功率因数的要求，其特点是固定滤波器可以长期投入使用，而所需要的晶闸管数量却比较少，响应的速度也较快，调节性能也好。缺点是会产生谐波现象。

3）固定滤波器、可控饱和电抗器。主要通过调节饱和电抗器的磁饱和程度来改变流入回路的感性电流，然后让感性电流与并联滤波器中的多余容性无功功率相抵消，最终达到一个平衡点。其优点为固定并联滤波的支路属于长期投入过程，在滤波器能够产生和负序电流、负荷中谐波电流相反的电流，通过相互抵消对无功电流、电源总谐波要求加以满足，补偿十分灵活，调节速度较快，但是不能和系统发生谐振现象，对于设备来说有一定的损耗，且电力电子设备的价格比较贵，噪声也相对较大。

4）有源滤波器。有源滤波器是使用电力电子装置产生与负荷中的谐波电流以及和负序电流相位相反的电流，让其得到相互抵消，最终满足电源对总谐波和无功电流的要求，其方案特点：补偿比较灵活，调节速度较快，而且不会和系统发生谐振现象，不过有一点要注意，那就是电力电子设备的价格比较昂贵。

5）固定滤波器、电容器和电抗器的调压。通过对降压变压器中低压侧母线电压进行调节以及对连接于低压母线上的电抗器和滤波器电压进行控制，从而使得无功出力得到改变。在调节的过程中应用晶闸管来进行通断，使得开关的分接，在电气的寿命理论上不会受到限制。在实际的应用过程中，还可以通过加装来确保无功功率的稳定性，以有效实现滤波。无缘过滤器、有源滤波器之间有效结合的技术当前还处于研究过程，使用有源滤波器所产生的谐波电流是和负荷中谐波电流相反的，通过相互之间的抵消来达到总谐波电流的基本要求。

6）有源滤波器和无源滤波器。无源滤波器是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，与谐波源并联使用时，即可补偿谐波，又可补偿无功功率。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。它们在采用有源滤波器产生和负荷中谐波电流相反的谐波电流的基础上，使得其相互抵消，从而满足电源对总谐波电流的要求，该无功补偿技术的特点是充分利用无源补偿大容量和有源补偿的灵活性、可控性的特性。

三、关于无功补偿技术的一些建议

在配网中应对无功补偿负荷电流通过变压器、线路时产生的电能损耗和功率加以重视，在对受电端进行无功补偿装置安装的过程中，应有效减少负荷无功功率的损耗，使得功率因数提高，线损耗降低，这是实现节能降损的最经济、最直接方法和手段。对于存在较大负荷的公用变压器而言，应在配变低压侧进行电容器的安装，以此来实现无功补偿。同时根据安装片区的实际情况来对变电站的无功补偿容量加以确定，对负荷较大的公用变压器，要全面考虑和高度重视配网中的无功补偿。加大对用户侧无功补偿管理以及节能降损的宣传力度，节约用电，有效达到系统费用降低的效果。

四、结束语

无功补偿技术是电气化自动中关键的技术之一，在电力系统中起着不可或缺的作用，对降低网络降损，提高节能有着非常重要的意义。它的发展前景十分广阔，一些电气自动的变电站已经在无功补偿技术和谐波综合治理方面提出了更多的无功补偿技术应用方案。因此需要我们对无功补偿技术不断地进行开发，发挥其应用潜能。

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