电气自动化系统中的无功补偿技术分析

靳海洋　方辉

摘要：随着社会经济的快速发展与科学技术的不断进步，我国电气自动化系统也愈加完善。无功补偿技术作为电气自动化系统的重要技术之一，其技术水平的高低直接影响着电力事业的发展。为此，本文主要对无功补偿的概况、装置选择方式及电气自动化系统中无功补偿技术的应用进行了分析与探究。

关键词：电气自动化系统；无功补偿技术；概况；装置选择；应用；电网输出功率；无功功率

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号2095-6363（2015）12-0089-01

1.无功补偿的概况

无功补偿也被叫做无功功率补偿，电力供电系统内无功补偿能够对电网功率因数进行有效提升，是减少供电变压器与输送线路损耗，供电效率提升与供电环境有效改善的重要途径。其工作原理如下。

电网输出功率：有功功率与无功功率为电网输出功率的重要组成部分，有功功率电能消耗具有直接性，通过电能向机械能、热能、化学能的转换，可利用这些能作功，有功功率就是该部分的功率。无功功率具有电能无消耗的特点，可将电能向其他形式能转换，该能为电气设备作功的基础前提，同时此类能够可在电网内和电能进行周期性转换，该类功率就是无功功率。

实现无功补偿的具体方法：同一电路内并联具备容性功率负荷的装置和感性功率负荷，在以上2种负荷内能量相互交换，并通过容性负荷输出的无功功率补偿感性负荷所需的无功功率。

2.无功补偿装置的选择

为建立与完善电气自动化系统，降低用电消耗，提升线路运行质量，相关部门与用电单位必须重视无功补偿装置的合理选择，具体方式如下。

1）msc装置。设备不间断运作的企业通常选msc装置，要求用电单位具有负载稳定与功率因数变化小的特征，可选取安装于低压配电侧的集中补偿方法实现无功补偿作用。

2）tsc装置。该装置对冲击性负载具有灵敏的反应，可用于冲击性负载较大与负荷电流瞬时改变较多的地方。

3）msc+tsc装置。在高层居民楼、大型商场等地方可选取msc+tsc装置。其原因为该建筑物内用电系统涵盖大波动的单相负载，如电梯、中央空调等，通过该装置其补偿方式具有混合性特点，其补偿效果最佳。

3.电气自动化系统中无功补偿技术的应用

3.1电力负荷的功率因数

作为电力系统的重要技术数据，功率因数是衡量电气设备效率的主要系数。如电路无功功率用于交变磁场转换较大，则表明功率因数低，进而加大线路供电损耗，基于此，必须严格控制功率因数。电气自动化系统内，应确保功率因数最大化，只有这样才能降低无功功率传送，降低损耗有功功率量，才能将供电设备改善电压质量的功能充分发挥出来。电压和电流间的相位差（φ）的余弦在交流电路内被称为功率因数，其表示符号为cos中，功率因数在数值上为有功功率与视在功率的比例。公式如下：COS中=P/s。

3.2并联电容器补偿无功功率的作用

并联电容器能够在工频交流额定电压下长期运行，具有承受相应过电压的性能。作为节能用电的重要途径，用电容器实施无功补偿，可对用电负载功率因数、电压质量进行有效提升，同时也能起到电网线损有效降低的作用。变压器负载侧电压在投入与切除并联补偿电容器时都会出现相应改变，由此可见，可利用投入或切除电容器的方式对变压器负载侧电压质量进行有效提升。

3.3真空断路器投切电容器

此类补偿方法中，电容器组通过对高压母线内电压互感器一次绕组电阻放电的充分利用，可达到良好的补偿效果，通常不进行专门放电装置的安装。为避免高压击穿电容器，可将熔断器安装到电容器组内进行短路保护。为减少合闸时电容器组出现的冲击涌流与避免串联谐振现象出现于电容器组和线路电感内，可进行一定量电抗器串联。其能充分补偿高压母线前主变压器、高压线路与电力系统无功功率，对功率因数提升、成本降低极为重要。

3.4固定滤波器和晶闸管调节电抗器

根据谐波规定进行固定滤波器的设计，利用晶闸管触发角改变对流过电抗器的感性电流加以调节，并确保其平衡于并联滤波器中剩余容性无功补偿电流，以此与功率因数需求相符。其优势包括长期投入固定滤波器，晶闸管应用少、具有较快的响应速度及良好的调节能力。

3.5变电站无功补偿技术

作为供电区域的供电中心，变电站可通过不同等级电压的配电线路供电给用户。遵循“分级补偿、就地平衡”的要求，确保配电线路无功功率平衡于电力用户无功功率，无需变电站补偿无功电力。主变压器无功损耗为容性无功补偿装置的主体，并具备相应负荷侧无功补偿的功能。按照主变压器容量进行容性无功补偿装置容量的确定，即遵循10%到30%主变压器容量合理配置，并能与主变压器（30到110kV）最大负荷相符，要求其高压侧功率因数在0.95以上。如40mva为主变压器单台最小容量，则每台主变压器需进行2组以上容性无功补偿装置的配备。

线路无功补偿装置安装前，因变电站主变压器将一定量无功功率输送给线路，进而降低了主变压器有功功率传输的能力。如安装线路无功补偿装置，可降低主变压器无功功率向外输送的量，进而提升有功功率输送量，这就是主变压器增容。按照补偿前后线路侧功率因素与主变压器额定容量可对主变压器增容进行计算，公式如下：

3.6配电线路的无功补偿

配电线路在电力网内用量较大，其中60%到70%为线损率。基于此，必须做好配电线路无功补偿工作，充分减少配电线路功率损耗。因配网线路较为复杂，无法选取统一模式，根据具体情况，可选取分散、集中、固定与自动等相互结合的模式。具体过程如下：首先根据主变压器容量15%在变电所内进行固定补偿电容器组安装；其次将固定补偿电容器组安装于线路负荷中心等相关位置；最后将自动补偿电容器组安装于线路负荷中心上侧。

在补偿分支线路无功消耗中，应以平衡分支路线无功功率为主，尽量降低分支线路向主干线进行无功功率索取，尽可能降低无功损耗。其要求如下：第一，分组补偿容量通过分支线路具有的配电变压器空载无功损耗确定；第二，补偿点通过较大负荷分支线确定；第三，以用户自主补偿作为全部配电变压器负载无功损耗的主体，如用户补偿不足或无补偿，则需向主干线进行无功功率索取。由此可见，可通过配电变压器空载无功损耗对线路补偿容量进行确定。

4.结语

综上所述，伴随电气自动化技术在多领域的大量运用，线形与非线性负载应用也逐渐增多，进而加重了电气线路无功补偿不足与谐波污染问题，并导致电气自动化系统电能损耗增加，这给电气自动化技术快速发展造成了严重制约。为有效提升电力线路运行质量与实现资源利用率最大化，可将无功补偿装置合理引入电气自动化系统线路，以此提升电气系统运行稳定性。endprint