深析无功补偿技术应用于电气自动化

中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2012)O8-0124-02

摘要：伴随着我国电气自动化行业快速发展，由于电气自动化设备中单相负荷变化十分复杂，非线性因素也不断增强，要求人们在电气自动化的大前提下充分应用无功补偿技术，无功补偿技术是基于电气化中功率因数偏低的现状提出的,此技术可以有效的促进电气自动化的开展。本文拟在介绍了无功补偿技术的基础上指出了应用中存在的问题,并且提出了改进此技术的意见,最后对于此技术的发展作出了展望。

关键词：电气自动化 补偿技术 无功补偿

近几年来，科技的迅猛发展促使着更多的传统型变电所逐渐的步入无人值班化改造的阵营。在自动化的发展过程中出现了一些影响因素,为了更好地解决安全用电、减少损耗,本文就工业企业自动化及其系统特点提出采用无功补偿技术来解决当前问题。

1、无功补偿技术

所谓的无功补偿技术就是通过在用电设备或者变电站增设无功功率电源来改变系统中无功功率的流动,从而有效的降低损耗的技术。

1.1无功补偿技术的研究现状

引言中提到的无功功率大、谐波含量大以及注入电力系统的负序等问题不仅是困扰当前中国的难题,也是世界电气自动化的难题。近年来国内外许多的国家为了克服这些问题进行了不懈的探索,也取得了许多的成果,其中较为有影响的是原苏联的1000-3—6IEC:1996、英国的ERG5／3和ERG5以IEEE Std 51。我国在结合外国的先进技术也制定了相关的标准,并且提出了多种无功补偿的方案,其思路是通过提高功率因数,降低负序以及构建滤波通路,减少谐波成分。

1.2无功补偿的作用

(1)首先也是最为重要的是提高电网以及负载的功率因数,从而减少不必要的电能损失;

(2)通过稳定电网的供电电压而提高电网的质量。在较长距离的输电线路中通过安装动态的无功补偿装置可以提高系统的抗干扰能力以及系统的输电力;

(3)针对于三相负载不平衡的情况可以起到平衡的作用;

(4)通过增设静止无功补偿器还可以实现改善电网电压波、解决负序及减小谐波分量的功能。

1.3无功补偿技术存在的问题

(1)无功补偿的容量配置由于变电站不能根据负荷的变化而做出相应的调整,致使高负荷时的功率因数过低,而低负荷时又出现过补偿的情况。

(2)无功向配电网倒送的现象致使电网的损耗增加、电压偏高。

(3)电容器尽管可以抵消一部分的谐波,但是当谐波的成分较多就会影响电容的寿命。当电容器不能有效的减小谐波时,其自身的放大作用反而会增大谐波强度。

(4)大量的无功潮流从发电厂经过高压变电站输电站到达中低变压站,致使大量无功功率的远距离输送。

1.4无功补偿技术的实现途径

常见的有真空断路器投切电容器、有源滤波器、LC无源滤波器、并联混合型有源滤波器以及下文将要提到的几种,这里先不做论述。

2、无功补偿技术在工业企业自动化中具体应用

2.1具体的应用方式

电能质量是供电设计及运行质量的评价标志,而电压又是电能质量的重要标志。南京汽轮电机（集团）公司是一个大中型企业，以机械加工为主，大型数控机床设备比比皆是，变频技术在大型机床上的运用已是现代工业自动化的趋势。而变频系统产生的后果是：引起电压的严重的偏移与波动;出现大规模的非线性负荷,进而导致高次的谐波,使得当地的供电波形变形。具体解决办法是：可以通过在大型机床上装设无功补偿滤波装置,补偿装置由相互串联的电容器与电抗器组成,然后接在机床的主回路中。合理地选用电抗器可以消除由变频系统产生的高次谐波，采用无涌流电容投切器就地补偿，可以提高功率因数。低压补偿装置的运用可以降低成本（相对于6kV高压补偿装置），就地补偿可以提高补偿的可靠性，有效改善线路损耗。

2.2无功补偿技术的实现途径和各自特点

(1)有源滤波器与无源滤波器结合:这一技术尽管处于研究阶段,但是它可以充分的利用无源补偿的大容量以及有源补偿的可控性、灵活性。

(2)由电容器、固定滤波器以及电抗器三者配合。其特点是使用的晶闸管通道使得电气寿命在理论上不受限制,具体的使用中也可以通过加装来提供稳定的无功功率以及实现滤波。

(3)真空断路器投切电容器。其突出的优势是投资小、工艺简单;其缺点也是显而易见的:电容器在合闸时产生较高的电压,致使设备受损,加上开关的寿命有限,从而影响了动态补偿功能。

(4)固定滤波器及晶闸管调节器结合。这种途径的优势是:晶闸管数量需求少、滤波器可以作为长期的投入、响应的速度较快。但是其缺点是会产生谐波。

(5)可控的饱和电容器与固定的滤波器。其优势是滤波支路可以作为长期的投入,但是要产生谐波、噪声以损耗。

3、对于无功功率补偿技术的几点意见

3.1高度重视配网无功补偿

由于负荷电流在通过线路或者变压器时候会产生一定的电能与功率损耗,线损随着功率因数的降低而增大。因此在受电端安装无功补偿装置可以实现提高功率因数、降低线损,达到节能、经济的目的。特别是碎语（什么意思，没看懂）负荷较大的变压器要进行全面的考虑,加装电容器组。

3.2结合具体情况确定变电站无功补偿容量

变电站的无功补偿要立足于变低侧与变压器的负荷的无功补偿,合理的设置补偿容量,避免无功的倒送现象。例如,我公司110kV变电所始建于上世纪八十年代，两台主变压器变比为110/6.3kV,无功补偿采用手动投切方式，投切固定的6.3kV高压电容器组，无功调节力可以使得高峰负荷的功率因数达到0.9以上,但是这一容量要根据具体的情况确定。当无功功率达到1800kVar，1200kVar，600kVar，可以实现有效的无功补偿。但是无功负荷通常是非理想状态的，所以，就地补偿就具有一定的实用性和必要性。

3.3加强用户侧管理

加强用户侧管理作为从小处着手的措施,在进行节能宣传的基础上使得用户认识到加强无功补偿可以相应的降低电费的开支。

4、无功补偿技术的发展趋势

4.1无涌流电容投切器

这是一种智能控制策略的无功补偿装置,其特点为:

(1)可以实现频繁的、无涌流的操作

(2)动态的跟踪时间短,相应的速度快

(3)由于使用了编码循环方式投切电容器,从而使得各电容器的使用率相同,延长了寿命

(4)具有多重的保护功能:缺相保护、过压保护、谐波分量超限保护

(5)在投切的瞬间耗电,而平时不耗电,从而有效的降低了使用的成本。

4.2静止无功发生器

此项技术将功率开关构成的三相桥式变流电直接的或者经由一个电抗器并联到电网,从而通过与之配合的电压源逆变技术提供滞后或者超前的无功功率,达到无功补偿的目的。

4.3综合潮流控制器

其原理是将晶闸管所产生的交流电压串于相电压上,从而可以改变其相角及幅值,达到有功与无功功率的调节。

4.4电力有源滤波器

综合潮流控制器与上一项技术不同,这是一项动态的一直谐波的技术,可以事项对于不断变化的谐波、无功进行补偿。目前此项技术仍面临着成本较高、单台容量低以及电流中存在高次谐波的问题。但随着技术的发展及电力半导体的发展,这项技术必将有着较好的使用前景。

5、结束语

总而言之，电气自动化的发展正在以不可阻挡的趋势进行,各方面的研发正使得技术区域成熟。应该大力宣传、推广使用无功功率的就地补偿对提高各行各业的经济效益，缓解供电紧张局面，尽管现实的应用中还有许多的不足与不完善之处,但是其蕴藏的潜力促使我们不断的探索、总结。

参考文献：

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