试论电气自动化中的无功补偿技术

黄晓燕

【摘要】随着我国经济的飞速发展，科技水平不断提高，电气自动化技术及设备在社会各个部门中的应用日益广泛。针对功率因数偏低的影响，无功补偿技术的应用，在提高电气自动化供电质量的同时，还能最大限度的降低电能损耗量，由此受到人们的青睐. 本文根据笔者工作经验，对无功补偿技术在电气自动化中的应用进行了探讨。

【关键词】无功补偿；电气；自动化；应用

引言：在我国科技与经济快速进步的同时，电气自动化领域也发生着日新月异的变化，供电、高铁等领域中都应用了电气自动化技术。无功补偿技术是电力系统重要的节能技术，通过降低电力网络和变压器的损耗，有助于达到节能减排的目

标。

一、无功补偿和特点

1.1 无功补偿的作用

无功补偿主要是通过在负荷端和电力网处安装电容器或调相机等无功电源来降低其运作能耗和维持其电压水平。

1.2 无功补偿的特点

电网中，產生无功功率量最大的设备主要是变压器和异步电动机，其中一部变压器的无功功率是运作功率的50%，而异步电动机是60%，其他设备如电抗器、供电线路和整流设备无功功率也占运作功率的20%。从上述数据可知，电网中的无功功率主要源于变压器、供电线路和异步电动机等设备。应用无功补偿技术，能够有效补偿耗费的大量无功功率，从而改善电网的电功率因素，确保诸多电力设备节能高效运作。

二、无功补偿技术

2.1 电力负荷的功率因数

功率因数的定义为变压器和电网等设备中有功功率占其可视功率的比例。通常来说，电网都期望高功率因数运行，高功率因数的实现主要通过降低传输设备无功功率的比例和减少有功功率的损失来实现的，科学合理地提高用户的功率因数，尽可能地发挥供电设备改善电压的质量。

2.2 并联电容器补偿无功功率的作用及方法

2.2.1 并联电容器无功补偿的作用

在电网和负荷端安装电容器，能够通过无功补偿有效的降低无功功率的比例，不仅能够减少电网线路的损耗，而且还能够确保电压稳定，是一项改善供电质量和节能环保的技术。提高功率因数不仅可以有效地降低电网有功功率的损耗量，可以有效地降低电网的无功功率的消耗量，而且又可以有效地提高了变压器与电线路容量利用率及减少电压降。所谓的并联补偿就是把被补偿设备和电容器直接并接到同一个电路上去，来不断地提高功率因数。通常将无功补偿技术中采用的电容器叫做并联电容器，此种无功补偿技术已经被广泛推广于电网行业。

2.2.2 无功补偿电压的调整

在电网和负载侧安装并联电容器，电容器的接入和切断极大程度的影响了变压器电压状况，因而在应用过程中，变压器电压质量能够借助电容器的接入和切断来进行改善。

三、无功补偿设计的基本要求

3.1 在设计中的变压器台数和容量、电动机选择要合适，降低线路的感抗。当工艺条件与要求相符合时，可以通过同步电动机的采用和空歇工作制设备的选用等措施，将用电单位的自然功率因数提高。

3.2 在以提高自然功率因数的方法进行处理后，仍然无法满足要求的时候，可以通过无功补偿装置达到目的，多采用并联电力电容器。如果10kV 或35kV 的高压电单位的功率因数在0.9以上，或低压供电单位的功率因数在0.85 以上，以并联电力电容器做为无功补偿。

3.3 以电力电容器做为无功补偿的装置，要将平衡原则做为主要原则。低压的无功负荷通过低压电容器进行补偿，高压部分的无功负荷通过高压电容器进行补偿。容量比较大且负荷平衡、使用频率较高的用电设备的无功计算负荷大于100Kvar 时，可在设备附近就地补偿。

四、无功补偿装置的选择

在实际工作中要认真分析用电负荷特性，根据不同用电负荷选用不同的无功补偿装置。

4.1 TSC 装置

适用于含有大量冲击性负荷的容量较大、负荷的电流瞬时变化很大，负荷冲击强、无功负荷瞬时变化大的场合。在这种情况下，若采用MSC 无功补偿装置，电容器根本无法投入运行，不是电容器损坏就是交流接触器烧毁。若选用TSC无功补偿装置，就可以取得很好的补偿效果。例如某压延厂，变压器容量为1000kV·A，自然功率因数在0.6 以下，负荷冲击强、无功量瞬时变化大，根据其负荷特性采用TSC无功补偿装置，在车间配电室内进行集中补偿，总补偿容量为330kvar，共分12组（1 组10kvar、1 组20kvar、10 组30kvar），采用编码投切方式。

4.2 MSC+TSC 装置

适用于高层住宅区、大型商场、写字楼等用电场所，这些场所既存在较多的单相负荷又有电梯、空调等动力负荷。这类负荷采用MSC+TSC 混合补偿方式可取得较好的补偿效果。例如某小区原有的无功补偿采用MSC 装置，白天照明负荷很小，主要是电梯负荷（启动频繁、运行时间短），MSC 无功补偿装置既不能满足补偿度的要求，又由于频繁投切使交流接触器故障率很高，运行维修量很大，所以就将补偿柜退出。

五、电气自动化中应用无功补偿的现状

近些年，我国对电气自动化中的无功补偿技术做了很多深入的研究，为了构成有效的滤波通路、滤除谐波、降低负荷、提高电气的功率因数，其中很多无功补偿技术的引用目的都是在基波下牵引负荷的感性无功功率，这些无功补偿技术主要有以下几种：

5.1 真空断路投切电容器此设备简单且投资小，但是在合闸的时候会产生过高的电压，容易导致设备发生损坏，而且对于这个设备，不能有过于频繁的投切。因为它受到开关寿命的限制。

5.2 可控饱和电抗器这个设备是通过对电抗器饱和程度的调节来改变整个回路的电流，主要让并联滤波器中的多余容性无功功率被感性电流抵消从而达到平衡点。此设备的特点是可以在电气自动化系统中长期投入；但是它会产生谐波、噪声较大、对设备来说也会产生一定的损耗。

六、电气自动化中合理应用无功补偿的策略

6.1 深入分析无功补偿在电气自动化中应用的基本方式和方向。在供电系统中，一个非常重要的评价标准是电能质量，而电压是电能质量的最核心的影响因素。常见的很多关于电气自动化系统出现无功状况多是受到阻抗问题和功率因素问题的影响。我国的电气化铁路对无功补偿的应用主要方式是AT 供电方式，用的是SCOTT变压器，用晶闸管电子开关来控制电容的投切。这个策略在我国铁路的现状上看来，能够很大程度上的降低较长辐射路线上存在的负序问题。

6.2 采用并联混合有源滤波器等先进技术和管理方式。目前国内较为先进的混合式解决方案主要是并联混合式有缘滤波的无功补偿方案。此方案能够解决由电力牵引负荷的不可控制的变化带来的电力滤波器补偿量过大的问题，这个方案同时也是对大型电气自动化系统的补偿技术的协调调整方案其主要通过LC和APF的混合，对谐波进行注入式的无功补偿。这种方案的成本相对比较低、效益与投资性价比高、适用于低压电网。

七、结语

无功补偿技术是电力系统重要的节能技术，通过降低电力网络和变压器的损耗，提高电力网络的功率因数，应用合理的补偿装置，减少电网电压波动和限制电网谐波的产生。将无功补偿技术应用到电气自动化当中时，应当时刻结合电气自动化系统的具体情况，对不同的系统进行对号人座，根据系统自身的特点和系统功能的要求选择恰当的无功补偿技术。

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