试析无功补偿技术在输配电网电气自动化中的应用

崔小亮

（邹平汇盛新材料科技有限公司，山东 邹平256200）

在输配电网中，消耗电能的同时将其转换成另一形式的能，再将之作为电气设备作功必要基础条件，并持续在电网中与电能进行周期式转换，就是无功功率。补偿无功功率不仅可以提升电力设备利用率,还是节约用电环节中重要的一项技术措施。

1 无功补偿技术概述

通常输配电网中无功补偿方式为三种，通过在高低压配电网中安装并联电容器组实现集中式无功补偿；在配电变压低压侧与用电户配电屏上安装并联补偿电容器，为分组式无功补偿；在单台电动机安装并联电容器，则为就地式无功补偿。同时，利用灵活柔性交流输电系统技术、定制电力技术等与无功补偿技术相结合诞生的静止无功发生器，是现代化无功补偿技术的重要发展趋势，通常简称为SVG。我国仅2018 年高压SVG 市场规模就已经达约35 亿元，全年生产2020 台SVG，2011-2018 行业需求复合增长率约35%，且随着我国智能电网建设三阶段进入收尾，我国对SVG 与先进无功补偿技术需求将持续、稳定增加，其行业潜力巨大。

而目前应用于输配电网电气自动化中的无功补偿方面还存有一定问题。一方面，无功补偿电容器外熔断器在投切电容器组中、正常运行中会经常性熔断，需要提升合闸涌流对熔断器的冲击，或提升熔断器而定电流。另一方面，部分补偿熔断器损坏率较高，需要进一步研究谐波影响下的电压等级选择，提升所选电压等级，降低补偿电容器损坏率。此外，在输电过程中，无功补偿配置还存有不合理现象，反而容易加大电网损耗[1]。

2 无功补偿技术在输配电网电气自动化中的应用

2.1 电气自动化中应用无功补偿技术作用

第一，将无功补偿技术引用在输配电网电气自动化运行系统控制设备中，可有效减少电能量损耗，降低能源浪费率，并在一定程度上，保证输配电网系统运行的稳定性。

第二，应用无功补偿技术，可进一步提升整体输配电气运行功率，补偿运行中产生的无功功率，确保输配电网中用电户所得实际电压与额定电压持平，保证了用电安全性。

第三，在输配电网电气运行系统中应用无功补偿可减少线路中不必要的能量损失，从而控制相应成本。通常来说，功率增加过程中，对应系统中电容器容量随之增加，易造成该设备损坏。而在功率因数增大时，利用无功补偿技术降低输电线路无功功率可减少电容器容量增加，可有效保证相应的设备使用寿命。

第四，应用无功功率补偿技术可简化配电网运行系统过程。一来，利用无功功率补偿技术与峰值线路中，可减少相应主干线路功率消耗率，保证电气自动化运行系统中无功耗损的控制效率。二来，利用变压器数据、前期设施空载数据等可对损耗进行具体计算，可有效避免无功功率补偿不足的问题，简化整体运行过程。

2.2 电气自动化中应用无功补偿技术类型

2.2.1 配电线路无功补偿

通常，在电气运行系统中，线路的无功补偿是通过线路杆搭载电容器，并通过电气自动化系统来实现无功补偿的。需要注意的是，线路补偿点不宜过多，控制方式应简便、科学，应减少分组投切式控制。补偿电容器容量也不宜过大，减少过度补偿现象发生率，且对电容器保护措施使用断容器与避雷器进行过流、过压保护即可。这种配电线补偿方式主要是对供电线路与功用变压器进行无功补偿，具有投资成本低、回报迅速、管理与维护简便等特点，通常适用于功率因数较低，但负荷较重的长线路。不过，这一方式适应性较差，重载情况下，会出现无功补偿不足的问题。

同时，针对低压三相四线类型的供电系统中，用电户多为单项负荷、单相与三相符合混合的形式，且符合大小与用电时间并不固定，从而导致有功电流不平衡情况。这种不平衡现象，通常会造成配电网线路、变压器的铜损、铁损，甚至影响变压器运行安全，严重降低三相电压稳定性。而这种用电不平衡所导致的电流不平衡问题无法事先与之，自动化电气系统也仅能够在发生不平衡问题时发出警告信息。但是，随着目前无功补偿技术发展，针对这一问题可使用电流无功补偿装置来调整不平衡的有功电流，让三相功率因数均补偿至0.9 左右，将不平衡电流限制在额定电流10%左右范围内，提升变压器平衡性[2]。

2.2.2 变电站无功补偿

变电站就是整体输配电网系统中，对电压、电流进行变换，同时集中电能、分配电能的场所。简单来说，就是利用无功补偿技术，提升用电户网络稳定性与使用效果，并保持整体输配电网系统无功功率的平衡状态。

变电站所用无功补偿技术主要包含并联电容器、静止补偿器等自动化补偿组件，如将电容租设备并联在6000-10000V 母线的首段与次段上，利用组件集中补偿无功功率与电压自动投切特性来对电容设备产生控制作用。从而简化变电站的维护过程，降低线路、电气资源的浪费，提升变电站运行效率，并进一步保证电气自动化运行的安全与稳定。

需要注意的是，应保持母线电压在可控范围内，同时利用无功补偿技术，有效规避变电站配电网出现超电压问题，优化配电网运行效率与运行环境，保证电气自动化系统的稳定运行，充分发挥变电站实际功用。

2.2.3 低压无功补偿装置

低压无功补偿装置主要有控制器、无触点开关组、并联电容器等部件共同组成整机，是机电一体化装置，可良好地应用于电子自动化系统。其工作内容是当出现装置外部故障、停电等情况下自动退出运行，电力重新输送后还可自动恢复运行。具体原理是通过控制器对系统电压变化、无功功率增减等进行即时检测，当电压低于供电标准、无功功率到达投切门限时，控制器会自动下达电容组投切指令，并利用电容器与系统之间的电压差触发无触点开关组中的晶闸管，从而实现无涌流投入或无涌流切除。对温度超限、过流、过压等现场具有保护与阻止的作用，通常被使用在用电户、电力企业等电气自动化系统中。

2.2.4 高压无功补偿装置

高压无功补偿装置更适用于无人值守单但需要远程监控的变电站、风电场等电气自动化运行系统中，或是谐波电压、电流满足国标规定等场所中。该装置通常可依据系统电压、无功缺额等因素进行综合测算，并依据测算结果同样会进行自动投切电容组的动作，改善功率因数的同时有效降低设备损耗。

高压无功补偿装置主要技术特征包括：

第一，当电压低于最低设定值时，可在保证不过载的前提下，逐一投入并联电容器，保证母线电压维持在规定范围内；而当电压超出最高设定值时，则同样会逐一切断关联电容器组，直至电压下降到达标准范围内。

第二，高压无功补偿装置还具备自动化功能，如当电容器控制回路继保动作拒动，控制器则会自动闭锁改组电容器，并进行异常警报；或是，自动发出动作指令前，具有先探询动作经过可能出现的问题，并相应增减动作次数，起到智能控制的作用。

2.3 电气自动化中智能化无功补偿技术

智能化无功补偿技术是未来配合电子自动化技术发展的重要研究方向之一。在以往的电气自动化系统中应用无功补偿技术需要进行编程建立控制模型，不仅需要投入大量的人力、物力，还会在一定程度上影响模型精确度。而智能化无功补偿技术不需要建立模型，即可进行自动化控制、设备与数据监控、故障诊断与分析等活动，可有效保证电子自动化控制系统的稳定、安全、精准。

在输配电网中变压器一旦发生故障，会造成行对较高的能源浪费、经济损失问题。因此，在变压器故障诊断方面，应用智能无功补偿技术，可对其渗油量进行自动分析，寻找故障原因，定位故障位置。同时，此技术对应电力系统中其他设备，如发动机等，同样具有快速解决故障问题、提高系统整体安全性的作用[3]。

结束语

总而言之，将无功补偿技术科学地运用于变电站、配电网等环境中，可最大限地提高电气自动化运行系统性能与使用效果。因此，随着无功补偿技术进一步的发展，将会拓展其在电气自动化领域中的应用范围，并提升整体电气工程系统的智能特性，从而推动我国电力领域的发展与进步。