试析无功补偿技术在电气自动化中的应用

摘 要：近年来，我国单相电力负荷变化对电气自动化系统设备造成的影响越来越大，非线性因素的干扰也越来越强，大大增加了无功补偿和谐波治理的难度。在一定程度上限制了电气自动化的发展，可通过无功补偿技术来解决谐波治理难的问题。基于此，本文结合理论实践，对无功补偿技术在电气自动化中的应用进行了分析。

关键词：无功补偿技术；电气自动化；真空断路器；回路电流

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）36-0081-02

引 言

无功补偿技术的发明和应用，推动了电气自动化的持续发展，大量应用实例表明，合理应用无功补偿技术可有效解决系统中负序、谐波、无功功率等问题，而且还能降低电力资源的无故损耗量，节能效果非常明显。本文立足无功补偿技术的原理，以无功补偿技术实现方式为切入点，分析了无功补偿技术在电气自动化中的应用，希望对我国电气自动化持续发展提供一定的参考。

1 无功补偿技术原理

无功补偿技术应用原理图如图1所示。

众所周知，电力系统输出的功率可分为两部分：①有功功率，也是电气设备持续运行的主要动力来源，主要过程是电能转换机械能、热能等；②无功功率，并不会直接消耗电能，而是直接转变为另一种形式的能，是电气设备运行的基础条件之一，并且和电网中的电能进行周期交换。比如：电磁元件是电气设备的部件，自身会释放出磁场，从而占用部分电能，电容器建立的电场也会占用电能。电感元件在通电时，电流处于时刻做功的状态，此时，电流往往慢电压90°，电容元件在通电的状态下，电流也处于时刻做功的状态，此时电流比电压快90°。因此，由于在电力系统由电容元件和电感元件共同组成，在是实际运行中，则电流和电压互差180°。如果安装电容元件，则电流会相互抵消，从而达到节约电能损耗的目的。

2 电气自动化中无功补偿技术的实现方法

在同一个电力系统中，如果在线路既存在感性功率负荷，也存在容性功能负荷，就可以实现能量的相互转换。主要原理电力系统需要组成一个回路才能正常运行，如果在一个系统中同时存在两种负荷，则无功功率就可以实现相互补偿，也就实现了无功补偿[1]。大量实例表明，在电力系统中合理加装无功补偿设备，既能有效提升功率因子，降低功率的无故损耗，还能提升电气设备的输出功率。比如：配电变压器的功率因数如表1所示。

提升功率因数常用的方法在需要无功的用电设备上并联上一个无功补偿电容器，促使用电设备所需的无功功率由并联电容器来提供，从而补偿用电设备所需的功率因数，并联电容器容量的计算公式为：

通过应用此种电容补偿装置，就可以实现电力系统动态化无功功率补偿，降低电力损耗，提升电气自动化运行效率。此外，通过上述装置，还能有效解决电力系统中供电不稳定的问题，可有效改善供电质量，提升各项电力设备运行的可靠性和使用寿命。

3 无功补偿技术在电气自动化中的应用

3.1 选择合理的无功补偿装置

晶闸管是电力系统中比较常用的无功补偿装置，而且其应用性能比较稳定，被广泛应用在电气自动化无功功率补偿中，发展至今，各项技术愈发成熟，已经基本上取代了传统耗能大，补偿效率低的转自。最常用的无功补偿装置为TSC，由电容器、双向导通晶闸管和限流电抗器组成。TSC装置可有效控制人为误操作引起浪涌电流问题，避免烧坏电力设备。其运行原理图如图3所示。

TSC系统由若干组电容所组成，三相系统则由三个电容器构成。每一个电容组包含有若干个电容，每个电容的具体数值和每组电容的个数根据补偿容量和补偿精度来确定。TSC中每一个电容器，均由两个反并联的晶闸管相连，他们主要是起到无触点开关的作用。例如，当Ua相电流发生突变时，电流传感器和电压传感器将收到的信号，传到控制系统中。控制电路收到信息后，将会发出触发控制信号，使得与Ua相相连两个反并联晶闸管中其中一个触发导通，所在支路的电容将投入补偿运行。

在20世纪80年代中期，发明了一种并联无功补偿装置，装置依托于变换器，和电压源比较类似，主要原理是通过电压相位和赋值来达到合理控制无功功率大小的目的。此种无功补偿装置被称之为STATCOM装置，STATCOM控制系统框图如图4所示。

图4中，上位机的主要功能，在人为操作下发出控制指令，根据实际电力系统运行实际情况，进行合理调节，以便为用户提供更加高质量的供电服务。应用实例表明，此种无功补偿装置的响应速度是TSC响应速度的3～5倍，在15～20ms之间。STATCOM装置的输出功率运行电压和电流的乘积，当系统中发生故障时，电压会快速下降，通过合理控制电流，就可以维持系统无功功率处于平衡状态。虽然具有非常明显的优势，但控制方法相对比较复杂，需要大量GTO晶闸管、IGBT等控制件的支持才能正常运行[3]。

3.2 合理应用真空断路器

电气自动化系统在运行中，科学合理的应用无功补偿技术设计真空断路器，既能有效降低投资成本，而且结果比较简单便于操作，比如：把固定滤波器和晶闸管电抗器联合应用，建立起一种全新的无功补偿装置，可在保证电气自动化系统高效运行的基础上，确保无功补偿电流时刻处于平衡状态，从而满足电气自动化系统对较大功率因素的需求，在实现自动化运行的同时，降低能耗。

3.3 用电客户的无功补偿

在进行用电客户无功补偿时，常用的方法有两种：①通过并联电容器的方法，提升功率因数，确保电气自动化系统在运行时，各项参数和标准都能达到国家规范和标准的需求，从而最大限度上提升对用户无功补偿的效率，从而降低电能的无故损耗，缓解我国电力紧张局面。②在用户配电网中合理应用无功补偿技术，以降低无功消耗，减轻用户用电的经济压力。

4 应用前景分析

就我国目前电气自动化的发展现状而言，常用的无功补偿装置有两种：①TSC无功补偿装置；②STATCOM无功补偿装置。相比而言，TSC应用效果更加经济，在电气自动化系统中的应用也比较普遍。而STATCOM无功补偿装置则还处于研究阶段，只是应用在某些比较中重要而且贵重电气自动化无功补偿中。虽然STATCOM无功补偿装置的研究和应用还处于起步阶段，但就目前研究成果和研究进度而言，在未来10～15年内必然会取得重大突破，并广泛应用电气自动化系统无功补偿中，我国电气自动化水平也将会得到大幅度提升。

5 结束语

综上所述，本文结合理论实践，分析了无功补偿技术在电气自动化中的应用，得出以下几点结论：

（1）在电气自动化中科学合理无功补偿技术，既能提升系统运行的稳定性，还能节约电能的无故损耗，为电气自动化设备持续稳定性运行奠定坚实基础。

（2）不同的无功补偿技术在应用效果、成本等方面存在较大差距，在选择无功补偿装置和运行技术时，要根据电气自动化实际情况，选择与之相适的无功补偿装置，才能在保证经济性的基础上，提升运行效率。

（3）随着电气自动化技术应用的深度和广度不断增加，需要积极创新无功补偿技术，才能更好的发挥出应有的价值和作用。

参考文献

[1]顾 沛.试析无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（05）：140～141.

[2]姚景昆，郑 秀.无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].通信电源技术，2018，35（02）：107～108+110.

收稿日期：2018-11-13

作者简介：高治峰（1980-），男，汉族，陕西神木人，助理工程师，本科，主要从事电气检修方面的工作。