电气工程及其自动化无功补偿技术的应用研究

摘要：为了减轻无功功率带来的线损增加、电能质量变差等问题，需要在电气工程及其自动化中应用无功补偿技术。首先，介绍了无功补偿的实现方式和应用价值。其次，分析了该技术在电气线路、变电站以及回路电流平衡等方面的具体应用。最后，从实践出发，总结了采用合理的无功补偿方案、做好无功补偿设备的选型等经验，为更好地应用无功补偿技术提供了借鉴，以期达到降低线损、提高电能质量的目的。

关键词：电气工程无功补偿变电站回路电流平衡

ResearchontheApplicationofReactivePowerCompensationTechnology

InElectricalEngineeringandItsAutomation

CHENYuchao

NingxiaPowerTransmissionandTransformationEngineeringCo.，Ltd.，Yinchuan，NingxiaHuiAutonomousRegion，750001China

Abstract：Inordertoreducethelinelossincreaseandpowerqualitydeteriorationcausedbyreactivepower，itisnecessary toapplyReactivePowerCompensationtechnologyinElectricalEngineeringanditsautomation.Firstly，theimplementationmethodandapplicationvalueofReactivePowerCompensationwereintroduced，andthenthespecificapplicationsofthistechnologyinelectricallines，substations，andcircuitcurrentbalancewereanalyzed.Finally，startingfrompractice，theexperiencesofadoptingreasonablereactivepowercompensationschemesandselectingappropriatereactivepowercompensationequipmentweresummarized，providingreferenceforbetterapplicationofreactivepowercompensationtechnology，inordertoachievethegoalofreducinglinelossesandimprovingpowerquality.

KeyWords：ElectricalEngineering;ReactivePowerCompensation;Substation;Circuitcurrentbalance

在“中国制造2025”战略的推动下，电气工程及其自动化获得了新的发展机遇。随着电气系统中电力设备数量与种类的不断增加，无功功率带来的线路中电能损失以及对电气设备带来的危害等问题不容忽视，探究无功补偿技术在电气工程及其自动化中的应用策略成为当下的热门研究课题。在应用无功补偿技术时，除了要合理选择无功补偿设备的容量与数量外，还要同步做好电气系统的检测与一线人员的培训，从技术层面与管理层面上提供双重保障，达到理想的无功补偿效果。

1无功补偿技术在电气工程自动化中的应用

1.1电气线路中无功补偿技术的应用

当电气系统中无功功率过大时，除了增加电压波动外，还会增大电气设备与线路的损耗，从而使电气系统的运行成本升高。将无功补偿技术应用到电气系统中，在线路中加装无功补偿装置实现就地平衡，从而解决无功功率的危害。考虑到电气工程及其自动化中线路分布错综复杂，因此在应用无功补偿技术时应把握两个基本原则。一是从简原则。线路上设置的补偿点不能太多，并且控制方式尽量简单，通常不会选择分组投切控制的补偿方案。在保护装置上，可以选择结构简单、性能可靠的熔断器作为过流和过压保护。二是适度原则。根据电气系统中电气设备的型号、数量等合理确定无功补偿设备的容量，既要达到预期的补偿效果，使电气系统的功率损耗保持在较低水平。同时，又要避免出现过度补偿情况。在无功补偿技术的实际应用中，可能会因为线路负载过大而出现补偿不足的现象，可以采取电阻抗和电容组合的无功补偿方案[1-2]。

1.2变电站中无功补偿技术的应用

变电站作为电气工程及其自动化中的核心设备之一，通过实行无功补偿可以达到提高终端变压所母线电压、改善电网功率因数的效果。变电站的无功补偿系统主要包含了并联电容器、同步调相机、静止补偿器等设备。一般来说，变电站所用无功补偿设备的容量至少要达到主变容量的30%，实际应用时还要综合考虑安装环境、设备价格等因素。例如：某变电站的主变压器容量为40MVA，要想达到理想的无功补偿效果，选用的无功补偿设备容量至少要达到12MVA，才能保证变电站在空载运行状态下的电力损耗最低。需要注意的是，由于用户端的电力消耗表现为明显的时间变化和季节变化，因此对无功补偿技术的应用也提出了严格要求。以季节变化为例，夏季和冬季的电力消耗明显高于春秋两季，由于变电设备的负荷较大、电压明显降低，变电站必须要及时调整无功补偿方案，选择合适的补偿容量，才能提高供电质量、满足用户的用电需求[3]。

1.3回路电流平衡中无功补偿技术的应用

在电气工程及其自动化中，由于电源输出电压或者系统负载的波动较大，会出现同步发电机定子绕组输出的三相电流存在幅值与相位不一致的情况，输出的电流即为不平衡电流，这种电流除了会损害电气系统中的电力设备外，还会降低电能利用率，增加电气系统的运行成本，为避免此类问题需要对回路中的不平衡电流采取补偿措施。基于无功补偿技术的回路电流平衡通常是加装分相补偿设备，简单来说就是在电气系统的相与相之间，以及相与零线之间加入一定数量的电容器，通过灵活控制电容器的投入数量达到补偿有功电流的目的。负荷电感也是回路电流平衡中的重要参数，投入电容器的数量越多，负荷功率因数越低，此时电气系统中可以利用的电感越多，相应的调整不平衡电流的能力越强。理论上来说，当负荷功率因数为0.7时，三相电流中最大相电流至少要达到最小相电流的2倍才能恢复平衡。因此，在应用无功补偿技术时要合理确定投入电容器的数量，才能使回路三相电流保持平衡。

2电气工程中无功补偿技术的应用策略

2.1采用合理的无功补偿方案

在电气工程及其自动化中应用无功补偿技术，首先要开展调研了解电气系统的运行情况，其次围绕补偿需求制订合理的无功补偿方案，为下一步挑选合适容量、合适数量的无功补偿设备提供依据。这里以容量为例，准确计算无功补偿设备容量需要3个基本参数，即补偿前的功率功率因数Q1、期望补偿到的功率因数Q2，以及有功功率P，容量计算如图1所示。

假设某变电站的有功功率P=2000kW，补偿前的功率因数Q1=0.8（即cosθ1=0.8），在补偿后期望达到的功率因数Q2为0.9（即cosθ2=0.9），那么无功补偿量（QC）的计算公式如下：

QC=Q1-Q2=2000×0.75-2000×0.49=520kvar

除了确定无功补偿设备的容量与数量外，在实际应用中必须要考虑最低损耗和最佳运输方式，在优化补偿效果的同时，提高电气工程自动化控制水平。需要注意的是，随着电气系统中各类电气设备数量和种类的增加，系统功率也会发生相应的变化，只有定期更新和调整无功补偿方案，才能保证无功补偿效果契合电气系统的运行效果。

2.2做好无功补偿设备的选型

在电气工程中应用无功补偿技术时，如何选型与配置无功补偿设备是关键点。除了要遵循“就地平衡、分级补偿”的基本原则外，还要做到设备的合理选型。目前常用的无功补偿设备按照分类标准的不同可以分成若干类型。例如：按照补偿方式的不同可以分为集中补偿设备、分组补偿设备、就地补偿设备等；按照应用场景的不同可以分为随机补偿设备、跟踪补偿设备等，如图2所示。

不同类型的无功补偿设备在结构组成、适用范围、补偿效果等方面存在差异。例如：随机补偿是将电容器与电动机并联，使控制保护装置与电动机同时投切达到无功补偿效果，适用于年运行小时数在1000h以上的电动机，其优势在于投资少、安装灵活、故障率低；跟踪补偿则是将无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在用户配电变压器的低压侧进行补偿，适用于10kVA以上的配电变压器，其优势在于实时跟踪系统无功负荷变化，补偿效果更好。因此，在应用无功补偿技术时必须要根据实际需要，综合考虑设备造价、安装环境等因素合理选择无功补偿设备。

2.3开展无功补偿技术培训

无功补偿的专业性和复杂性决定了电力系统的技术人员必须要熟练掌握该技术的应用技巧，在满足电力系统无功补偿需要的基础上达到提高系统功率因数和电能利用效率的目的。另外，近年来新型无功补偿设备的功能更加多样，对操作水平也提出了更高要求，进一步体现了无功补偿技术培训的必要性和紧迫性。电力公司要建立常态化的培训机制，通过定期开展专项培训帮助一线人员了解无功补偿技术、熟悉无功补偿设备功能，掌握科学制订无功补偿方案的技能。如上文所述，现阶段电气工程中使用的无功补偿设备根据补偿方式、电压等级以及应用场景的不同可以分为若干类型，通过开展常态培训使一线人员保质保量地完成无功补偿设备的日常维护、定期检测和故障修理，使无功补偿设备得以正常运行，达到提高功率因数、降低电网损耗的目的[4]。

2.4避免无功补偿过补问题

在电气工程及其自动化中应用无功补偿技术能够发挥提高功率因数、降低线路损耗的作用，但是如果选用的无功补偿容量不合理，或者是投入的无功补偿设备数量过多，有较大概率出现系统的无功功率大于0的情况，即过度补偿。当出现无功补偿过补时，电气工程的运行稳定性降低，甚至会损害电气设备。因此，在应用无功补偿技术需要采取以下措施避免出现过度补偿问题：第一是结合电气系统的实际情况合理设置无功补偿设备，在确定设备型号的基础上，合理配置容量、数量等参数，既要满足无功补偿的需要，又要避免出现过度补偿的情况。第二是在电气系统的运行期间定期开展检测，做好日常维护，保证电力系统功率因数在安全范围内，对提高无功补偿效果和预防过度补偿也有一定帮助。在日常检测中如果发现有过补问题应及时处理，避免引起电力系统的谐波污染和造成电力设备的损害[5]。

3结语

无功补偿技术的应用在改善电气系统运行效率、延长电力设备使用寿命以及帮助电力用户节约电费等方面均发挥了重要作用。在电气工程及其自动化中应用无功补偿技术时，应围绕电气系统的运行情况和无功补偿需要，制订合理的补偿方案并确定无功补偿设备的最佳容量和最佳数量，以较低的投资取得理想的补偿效果，确保电气工程的可靠和稳定运行。

参考文献

[1]沈韦俊，谢伟，侯金彪.浅谈变压器试验过程应用高压无功补偿技术改造[J].中国设备工程，2023（S1）：3-4.

[2]毛彦伟，陈晓宇，吴佩莹.考虑无功补偿的中/高压配电网双层协调控制方法[J].自动化技术与应用，2022（1）：51-52.

[3]陈振业，林利明，雷嘉敏.智能无功补偿技术在电力自动化中的应用[J].电力设备管理，2023（11）：123-125.

[4]梁雪.地铁供电系统的电能质量扰动识别方法及无功补偿策略研究[D].西安：西安理工大学，2024.

[5]于金伟.柔性交流输电无功补偿装置CHB-STATCOM控制策略研究[D].石家庄：河北科技大学，2024.