电气自动化中无功补偿技术合理应用

电气自动化中无功补偿技术合理应用

陈家荣

佛山市南海区建筑工程质量监督站528200

摘要：随着我国经济社会的快速发展以及科学技术的不断更新，各行各业都呈现除了新形势，尤其是电气自动化受到了很大的影响。无功补偿技术属于电气自动化的一部分，它是针对电气系统运行中设备问题导致的性能减弱以及输电效率降低而产生的一种补偿装置，能够对整个电气系统起到积极作用。有鉴于此，本文在参考诸多专家学者研究成果的基础上对电气自动化中无功补偿技术的合理应用进行研究，希望能为相关人员研究及学习提供参考和帮助。

关键词：电气自动化；无功补偿技术；合理应用

引言

随着我国社会经济的不断发展，电气自动化及其设备作为一种提升效率并降低成本的装置已经被广泛运用到社会各个领域。无功补偿技术是电气节能技术的一种，其与电气自动化技术具有很好的相容性。顾名思义，无功补偿装置不需要对系统做功而通过减少电网运行中产生的谐波来降低能耗，为电气系统的安全可靠运行提供了保障，因此，如何实现无功补偿装置在电气自动化系统中的合理应用就成了一个值得研究的问题，其具有重要的现实意义，能够为经济社会的发展提供原动力。

1.无功补偿装置的作用及案例介绍

1.1无功补偿装置能够增强电气自动化系统的稳定性

我国现有的电网按照电压高低可以分为三种模式：低电压电网、中电压电网以及高电压电网。一般认为，高电眼和低电压电网中的电压都不具有很高的稳定性，因此往往造成电力用户用电中断以及电压出现波动。而无功补偿装置能够很好地解决这个问题，它能够根据电网电压的高低进行调节从而提升电网电压稳定性，不但提升了电网的质量，而且使得其供电安全性得到了很大提升。在具体运用中，无功补偿装置必须配置合适的调压器才能有效发挥作用，根据电网电压的具体变化进行调节，这无疑提升了电网的抗干扰性。

1.2无功补偿装置能够起到保护电力设备的作用

电网运行过程中会产生一定量的谐波，其不但会干扰电力系统自动化操作，而且会引起电网局部发热，这对于电力设备来说存在很大的危险性，电力设备因此容易出现烧毁甚至爆炸的危险。因此，无功补偿装置通过减少谐波而加强了电力设备使用安全性，延长了电缆、电容器等使用寿命。

1.3无功补偿装置能够减少电力设备电容量

无功补偿装置能够在一定范围内提升电网及负载的功率因数，而其直接表现是降低了电力设备的电容量。当然，这种减少是在保障电力用户正常需求之上实现的，因此，无功补偿装置通过减少电力设备电容量能够最终实现减少经济损失的目的。

1.4案例介绍

本世纪初，某钢铁集团公司在中型厂主轧机蒸馏变压器二次侧安装了一种无功补偿装置，即北京三义公司生产的TSC动态无功功率补偿装置。中型厂主轧机采用直流电机驱动以及西门子全控桥可逆传动系统，直流电动机的功率是2800千瓦，额定电流是3950安，额定电压达到768伏；整流变压器额定容量为4300千伏安，二次额定电压695伏，电网实际功电压在730至780伏之间。

2.无功补偿装置的实现途径

2.1电抗器与电容器相结合

无功补偿装置最终是通过减少谐波而实现作用的，因此，电抗器与电容器相结合能够建立一种比较简单的源滤波器，实现对电网产生的谐波的过滤及消除作用。在具体使用过程中，安装人员要综合考虑电容器、电抗器以及谐波大小来确定无功补偿装置的使用范围。这种无功补偿装置的最终功用是提高电网负载的功率因数并降低负序。

2.2真空断路器

在电气自动化装置中运用真空断路器也能实现无功补偿。与上述电容器、电抗器相结合的方法相比，真空断路器是一种比较廉价的方法，一般的真空断路器投资较小且操作简单，因此在实际使用过程中得到了技术工程人员的青睐。然而真空断路器实现无功补偿装置也有其明显的缺点，当工作人员合闸时，使用真空断路器的电气自动化设备中的电容器中往往会出现比较高的电压，这对整个系统的无功补偿效果有很大损害。

2.3电抗器、电容器以及固定滤波器组合使用

电抗器、电容器以及固定滤波器组合使用能够起到调节电压的效果。滤波器以及电抗器电压的调节是通过调节降压变压器低压一侧的母线电压来实现的。这种组合虽然比较复杂，然而调节电压的效果是最好的，能够实现很好的无功补偿效果。

3.无功补偿技术的前瞻分析

3.1无功补偿的主要方式

在无功补偿技术应用过程中存在一个问题，补偿量过大。理性来说，补偿量过大或者过小对电网系统都是没有好处的，因此，应该在发展无功补偿技术的过程中尽量多地使用有源滤波以解决补偿量过大的问题，从而节省投入的资金耗费。相对于其他方案而言，使用谐波补偿的方案不但成本小且能够得到比较高的利润，对于小电网尤其是农村电网尤其有利。另外，可以使用分散安装电容器的方式来实现分散性无功补偿，这样有效避免了补偿不平衡的问题。

3.2无功补偿的经济性

无功补偿装置主要有两个方面的作用，其一是降低输电过程中的能源损耗，其二是提升电力系统运行的安全性。不论从哪方面分析，无功不补偿装置的最终目的都是增加经济效益。从我国无功补偿装置的应用范围来看，变电站成为无功补偿装置发挥用武之地的主要场所。发电站的无功电流可以直接进入变电站，最终进入低压线路完成无功补偿。值得注意的是，在无功电流从发电站到变电站运输的过程中出现了一些损耗，可考虑的解决方法是减少发电站无功电流的长途运输。面对这种情况，可行的一种措施是实行分区补偿，在实际执行过程中应该根据各个分区的实际需要进行针对性调整，所用的补偿方案应该细化并具有操作性。

4.电气自动化无功补偿方案的比较

方案1：经测试发现，鞍山钢铁公司中型厂电网电压畸变率达到6.43%，注入上级电网达到5次、7次、11次以及13次谐波电流，这都超过国家规定的标准。因此，鞍山钢铁公司中型厂为了提升供电质量，决定采取北京三义公司声场的动态无功补偿装置进行无功功率补偿，一方面降低整流变压器的损耗，另一方面能够提升整个整流变压器的运行可靠性。根据公司事先制定的无功补偿标准，设计补偿装置额定电网电压为695伏时提供基波补偿量1400千乏，而在电网实际电压为750伏时则提供1630千乏的补偿量。预计引入补偿装置后最大负载供电功率因数会提高到0.9以上，实际最大供电功率会降到5000千伏安以下。

方案2：可以采用冶金自动化研究所研制的中压以及低压动态无功补偿装置并安装谐波滤波装置。使用这套装置后，经测定，电网运行功率从下降了2115千瓦，节约电能大约13.4%，而其负载功率因数达到0.97，从这一点上说要比方案1更好，各次谐波均低于国家规定标准。假设将鞍山钢铁公司中型厂平均轧钢时间算为1.397分钟，则补偿前后有功功率能够平均减少2013千瓦，平均到每吨钢材上则能够降低有功功率13.56%。

经比较可知，方案2由于在使用无功补偿装置的同时使用了谐波滤波装置，因此不但其节能效果更好，而且增加的负载功率因数更多，因此对电网的稳定性和可靠性有好处。因此，笔者建议选择方案2。

5.小结

电气自动化是一种比较复杂的系统，其中无功补偿装置只有借助电气自动化才能实现其节能目标。因此，无功补偿装置在使用过程中应该根据其类型考虑其与电气自动化系统的适应性。无功补偿装置可通过电容器、电压器、真空断路器以及固定滤波器等多种设备实现，其中也存在一些问题，尤其是我国无功补偿技术还没有形成自己的核心技术，这是以后研究过程中需要特别重视且妥善解决的问题。

参考文献：

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[2]童重远.无功补偿技术在电气自动化中的应用分析[J].电子技术与软件工程，2014，07：255.

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