无功补偿技术在电气自动化中的应用分析

单明辉

（秦皇岛兴业电力工程有限公司，河北秦皇岛，066000 ）

1 无功补偿技术概述

电网中电力设备大多依据电磁原理开展工作，原则上来说在能量交换中建立变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相同，但在实际的操作过程中，电源能量再通过纯电感或纯电容电路时并不会消耗能量，而只是在用电负荷与电源之间进行反复交换，这种不对外做功的交换功率称之为无功功率。无功功率用符号 Q 表示，其单位为乏（var）、千乏（Kvar）、兆乏（Mvar）。与无功功率相对应的是有功功率，所谓有功功率是指将电能转换为其他形式能量的电功率，即保持用电设备正常运行所需的电功率，有功功率用符号 P 表示，其单位为瓦（W）、千瓦（KW）、兆瓦（MW）。

随着电能应用领域的逐步拓展，居民生活水平的不断提高，用户对电能的需求量越来越大，对于电能质量也提出了更高的要求。改善电能运行环境，减少损耗对于建设节约型社会，实现可持续发展有着重大意义。在电力负荷中，有很大一部分属于感性负载，这些负载投入运行后除了消耗大量的有用功率以外还有吸收大量的无用功。根据有关资料分析，电网中的无用功约是有用功的1.3倍。无功补偿是指在电网和负荷端设置的注入电容器、调相机等无功电源，其目的是满足电力网和负荷端电压水平运行的要求。无功补偿技术在电力系统中的应用可以实现系统的单位功率因数运行，保证高质高效电力能源的提供。

2 无功补偿技术在电气自动化中的应用

2.1 主要方案

无功补偿技术的原理是统一的，但是需要根据设备的不同选择不同的无功补偿技术。无功补偿装置经历了电容器、同步调相机、静止无功补偿装置（SVC）、静止同步补偿器(SVG)等阶段。常用的无功补偿设备有：电容器；真空断路器投切电容器；晶闸管阀控制高阻抗变压器；复合开关投切电容器；晶闸管控制电容器；磁控可调电抗器；静止无功发生器。

电容器是补偿无功功率的传统方法之一，具有结构简单，经济方便的优点。

真空断路器投切电容器具有投资小、设备简单的优点，但在合闸的时候会产生过高的电压，容易导致设备损坏；晶闸管阀控制高阻抗变压器通过调整触发角的大小来改变高阻抗变压器所吸收的无功分量，达到调整无功功率的效果，具有经济效益高的优势，但是高阻抗变压器制造复杂；复合开关投切电容器其工作流程是分级先由可控硅在电压过零时投入电容，再由磁保持交流接触器触点并联闭合，节能效益显著，但适用寿命短、极易发生故障，经常会出现漏电现象；晶闸管控制电容器将电抗器串联至反并联晶闸管上，采用同时选择截止角β和导通角α的方式控制电容器电流，其优势是价格低廉，效益高，不足之处是在运行的过程中会产生谐波；磁控可调电抗器是采用直流励磁原理，以投入的电抗器感性无功容量变化来补偿系统容性无功，在运行的过程中不会产生谐波，具有可靠性高、维护简便、使用寿命长的优势，适用于冲击性负荷，如牵引变电站、电弧炉、轧钢机等；静止无功发生器是目前最先进的补偿装置，其基本工作原理就是通过适当的调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，发出无功电流，实现无功补偿的目的。具有成本低廉、电容量小的优势，适用于中低压系统，特别是在各大电网中有着广泛的应用。

2.2 无功补偿技术在电气自动化中的应用——以某变电站为例

某变电站是一个供电区域的供电中心，是该城区的主要变电站，近年来随着城市化进程的加快，用电负荷大幅增长，为了维持电网无功平衡，保证电压质量，提高系统运行的稳定性，需要在变电所中装设无功补偿装置。

无功功率在电网系统中是普遍存在的，尤以低压配电系统中最为严重，为了提高配电设施功率，最大限度的降低损耗，无功补偿要遵循以下原则：①分级补偿，就地平衡；②分散补偿与集中补偿相结合，以分散补偿为主；③在协调区域电网的同时确保全局电网优化。

常用的无功补偿方法大体上有三种低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。低压个别补偿是目前最主要的无功补偿方法，其工作原理是将个别用电设备同电容器进行并接，形成一个整体，二者共用一套断路器，无功补偿设备随着用电设备的运行而发挥作用。低压集中补偿工作原理是通过分接开关的无载调节和晶闸管的通断作用进行控制，最终改变无功出力的过程，具有接线简单、运行维护工作量小、经济效益高的优点，高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式，该方式适用于用户离变电所较远，且用户本身就有一定的高压负荷，使用高压集中补偿可以减少电力系统的无功消耗。该补偿方法可以根据负荷的大小自动投切，提高了用户的功率因数，具有便于运行维护、补偿效益高的优势。

3 结语

无功补偿是电力系统安全经济运行的重要组成部分，无功补偿技术的应用，能够有效的维持电压水平，减少电网电源向感性负载提供无功功率，降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，提高电力系统运行的稳定性。