无功补偿技术在电气自动化中的应用

刘 俊

（贵州顶效开发区阳光电力有限公司，贵州兴义 562409）

0 引言

科学技术的不断发展在一定程度上促进了电气自动化技术的发展，与其有关的设备也已被广泛地应用在很多行业之中，对我国经济的发展起到了很大的促进作用，而无功补偿技术在电气自动化领域也得到了更为广泛的应用。无功补偿技术指的是通过对电气自动化技术的特点进行最大程度的应用，并借助无功、谐波等系统来完成补偿，在降低电力损耗的同时，保证电气系统的安全稳定运行。所以，分析、研究无功补偿技术在电气自动化中的应用具有重要意义。

1 无功补偿设计的基本要求与实现途径

1.1 基本要求

首先，在进行无功补偿设计时，要选取数量合适的电机、变压器和容量，尽量降低线路的感抗。如果工艺条件满足相关要求，可以考虑采用同步的电机或选用空歇工作制的设备等方式，促进用电单位自然效率因数的有效提升。

其次，若通过自然功率因数提升的方法对设备进行一定的处理之后，仍然不能满足设计要求时，可以考虑借助无功补偿装置并采用并联电力电容器的方式。如果10 kV 或35 kV 高压供电单位的功率因数超过0.9，低压供电单位的功率因数超过0.85，无功补偿时就需要考虑并联的电力电容器。

再次，通过低压补偿的方式对10 kV 或35 kV 高压供电单位进行处理，但需要注意的是，高压侧的功率因数要尽量符合供电部门的标准和要求。

最后，将电力电容器作为无功补偿设计的基础装置，并坚持平衡原则。通常情况下，对于补偿基本无功负荷的电容器组来说，比较适合在配变电所内部进行集中式的补偿。但在进行集中补偿的过程中，应采用自动调接式的补偿装置，避免出现无功负荷倒送问题的出现。同时，对于居住区的无功负荷，比较适合在小区变电所内的低压侧进行集中式补偿。

1.2 实现途径

首先，通过真空断路器来完成无功补偿。投入资金少、操作简单是真空断路器的优点，但是，如果工作人员在实际操作的过程中将闸刀合上，高压现象会瞬间出现在电容器上，从而影响到系统整体的补偿质量和最终补偿效果。

其次，通过电容器和电阻抗融合的方式来完成无功补偿。通过电阻抗和电容器共同组成谐滤波器，能实现电气自动化过程中的无功补偿技术。但是，在安装的过程中，需要对电抗器和电容器的实际功率进行充分考虑，在最大程度上确保提高功率因数的基础上负序电压功能的有效降低。

最后，通过电容器、电抗器、固定滤波器组合方式来完成无功补偿。通过调节变压器的方式实现对电抗器和固定滤波器的调节，从而实现电气自动化过程中的无功补偿技术。

2 无功补偿装置选择

在实际的工作中，需要对用户的具体用电负荷特性进行分析讨论，并以不同的用电负荷为基础选择不同的无功补偿装置（图1）。

（1）以连续工作制为主的工业企业比较适合使用MSC（Mechanically Switched Capacitor，机械式投切开关）装置，其中长期运行的只有最主要的用电设备。此时用电负荷特性较为平稳，且无功负荷的变化也最小。需要将MSC 装置安装在低压配电室中进行集中的补偿。

（2）含有大量冲击性负荷、容量较大且符合电流瞬时变化大、符合冲击强且无功负荷瞬时变化大的情况都比较适合使用TSC 装置。上述几种情况如果采取MSC 无功补偿装置，会造成电容器无法运行的问题，很容易烧毁交流接触器或完成电容损坏。此时若采用TSC（Thyristor Switch Capacitor，晶闸管投切电容器）无功补偿装置，则能取得较好的补偿效果。

图1 无功补偿装置示意

（3）大型商场、高层住宅区、写字楼等用电场所比较适合使用MSC+TSC 装置，此类场所既有空调、电梯等动力负荷，又包含很多单相负荷，MSC+TSC 混补的补偿方式可以有效补偿这类负荷。将无功补偿装置配置在受电端，不仅能促进功率因数和电气设备有效效率的增加，还能有效降低负荷无功功率的消耗。MSC+TSC 混补补偿方式能与电子电力技术的发展契合，以静止同步并联有源滤波装置和补偿器相结合的方式，取得更好的质量和效果。

3 无功补偿技术案例分析

某地区供电中心的位置建造一变电站，并按照电压等级的差异选取不同的配电线路输电方式将电能提供给用户。一般情况下，可以将其配电线路的输电、配电标准范围分级补偿和就地平衡，但是，在整个过程中需要保持配电线路和电力用户接收电量之间无功功率稳定与平衡。

补偿主变压器无功损耗是该变电站容性无功补偿装置的目的，并实现负荷侧最大程度的无功补偿。一般而言，要以主变压器容量的10%～30%为基础来进行容性无功补偿装置容量的配置，同时，还要尽量满足35～110 kV 主变压器的负荷要求及规定。通常在实际疏松的过程中，高压侧功率因素都会大于0.95。如果变电站中配置有单台容量大于40 MV·A 的主变压器，就必须配备两组甚至两组以上容性无功补偿装置，以保证在最大程度上补偿、抵消输电网络中产生的多余电流。

对变电站本身的无功损耗进行有效补偿是变电站补偿的最主要方式。下面是对变电站补偿容量进行确定的相关方式和依据。

首先，对于变电站而言，通常会选择补偿变压器来实现无功补偿，空载和负载情况下的无功损耗补偿都包括在其中。通常情况下，补偿35 kV、110 kV 变压器的容量分别按照主变压器容量的10%～15%和15%～20%进行配置。

其次，从我国目前的实际情况来看，很多变电站是在长时间轻负荷的状态下供电，这种情况下可以考虑取最小值的补偿容量，即主变压器容量的10%。如果变电站在后期的使用过程中出现供电负荷上涨的情况，则需要根据电网实际的用电情况适当地调整补偿容量，从而确保电网整体供电的安全性和可靠性。

再次，一般在冬夏季晚上这种用电的高峰期，变电站的供电负荷会有明显上涨，电压下降趋势也很明显，不能保证所有用户的正常用电。针对这种情况，不仅要及时对补偿容量进行有效调整，还要对实际情况进行综合考虑，并及时增添临时的设备，用在补偿容量超过正常容量的情况下，合理有效地转移多余的补偿容量。

最后，可以考虑采取减少无功补偿设备分组数量的方式节约成本。一般情况下，会考虑让二次负荷侧的母线进行分段运行，并将无功补偿的设备按照实际情况分成两组。这样不仅能很好地满足两台主变电器切除与投入的需求，也能最大程度上确保两台主变电器正常运行，避免某些浪费。

4 结论

电气自动化设备会受到很多复杂因素的影响，而这些因素又在不断发生改变，所以，深入研究和分析无功补偿技术已成为一种必然趋势和学术研究的重点。有学者提出，无功补偿技术能有效促进整个电力供应系统工作效率和质量的提高，并减少电力资源的损坏，降低设备故障率。基于此，政府相关部门要积极推进无功补偿的发展并对其给予足够的重视，同时还需要积极引进先进的管理经验和技术，从实际出发制定出具备可行性和适合现阶段及未来发展的无功补偿方案，将无功补偿技术在电气自动化中的作用最大程度地发挥出来。