电气自动化中的无功补偿技术

摘要:进入21世纪以来，随着科学技术不断的发展，电气自动化也得到了迅速的发展。在电气自动化技术和其设施设备在社会中得到广泛应用的同时，电气自动化所涉及的领域也在不断地扩展。在电气自动化技术和其设施设备中应用无功补偿技术，不仅能够有效地提高供电的质量，还能够最大程度上降低电能的损耗量。所以，无功补偿技术在应用的过程中备受青睐。文章分析了无功补偿技术的发展现状及特点分析对无功补偿技术概述，常用无功补偿装置介绍。

电气自动化技术及其设备在国民生产中各个部门和领域已得到了广泛应用，例如高速电气化铁路牵引系统、供电变电所等。但由于电气设备中的单相电力牵引负荷变化复杂和非线性因素增强，导致了无功功率增大、注入电力系统的负序、谐波含量较大，其涉及范围随着电气化程度的加深而日益扩展。突出地成为影响电气供电系统和电力系统安全经济运行的重要因素。因此，需要结合电气化技术及其设备的系统特点和负荷特点，寻求无功、负序和谐波的综合补偿方法。

1.无功补偿技术的发展现状及特点分析

近些年来，我国在电气自动化领域取得了非常显著的成绩。我国也从20世纪70年代就开始深入研究和开发无功补偿技术，经过了几十年的发展，经历了一个不断创新、发展和完善的过程。电气自动化程度的高低很大程度上依赖于电气化的高功率因素的提高，而其根本的解决途径就是要结合现有的滤波技术来抵消电气化中的谐波。我国在谐波治理与无功补偿技术方面去得了较好的成绩，利用无功补偿技术和其他先进技术相结合的方式来治理谐波，能够有效地提高功率因数，使得负序降低，同时，滤波技术还能够对电气化中的谐波进行过滤或抵消。虽然，我国在电气自动化和无功补偿技术方面取得了好的成效，但是，在我国电网建设的过程中，无功补偿容量不充足以及电网配置相对不合理不科学仍然是目前我国所面临的难题。利用无功补偿技术提供无功服务，对提高电网整个的安全性和稳定性具有非常重要的意义。相对有功服务来说，无功服务具有以下几个特点:

1.1分析相对较复杂。有功服务主要的费用是发电费用;无功服务主要的费用是投资费用。所以相关费用分析起来，无功服务明显较为复杂。

1.2获取手段相对具有多样性。有功只能够通过发电机获取，而无功不仅能够通过发电机获取，还能够通过相关的调相机、静止无功补偿器和输电线路所获得，所以，获取手段明显具有多样性。

1.3供应具有地域性的特点。由于远距离输送无功需要发电方和受电方之间有较大的电压差，而且还容易引起有功功率的损耗，这样在经济上就很不划算，因此，无功功率不适用于远距离的传输。所以，有功服务和无功服务的供应具有地域性。

2.无功补偿技术概述

2.1无功功率

无功功率从本质上讲较为抽象，其主要是用于各电路中电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立及维持磁场的功率。无功功率本身对外是不进行作功的，而是转化为其他的能量形式。一般情况下，只要电气设备中带有电磁线圈，并且要建立磁场的，就必然会消耗无功功率，通常用符号q来表示无功功率其单位是乏和千乏。所谓的无功功率并非无用的功率。以电动机为例:电动机工作过程中，需要建立及维持旋转磁场，以此来使转子转动，进而带动电动机内的机械运动，其中电动机的转子磁场主要是靠从电源中取得的无功功率而建立的;再如变压器，它在工作过程中也需要无功功率，从而使一次线圈产生磁场，并在二次线圈感应出电压。所以，如果没有无功功率，那么电动机不会转动，变压器则也无法变压。因此，在正常的情况下，用电设备不仅需要从电源中获得有功功率，而且还还需要从中获得无功功率。一旦电网中的无功功率出现供不应求时，便会导致用电设备因为缺少无功功率而无法建立正常的电磁场换言之，这些设备将无法维持在额定情况下的工作，此时便会造成设备端电压下降，从而影响正常运行。

2.2无功补偿工作原理

将具有感性功率负荷的装置与容性功率负荷的装置并联接于同一电路中，能量会在这两种负荷之间相互交换。在这样的前提下，感性负荷所需的无功功率便可由容性符合输出的无功功率来补偿。这一过程实质上就是将原本应该由变压器或电网提供的无功功率，改为由交流电力电容器来进行提供。

3.常用无功补偿装置介绍

采用并联电容器进行无功补偿是目前最常用也是最有效的手段之一，常常采用MSC无功补偿装置、TSC无功补偿装置或MSC+TSC无功补偿装置。

3.1 MSC装置以机械开关对电容器进行投切的无功补偿装置，就是控制器进行取样、将交流接触器对电容器进行投切控制的一种并联电容器补偿装置，可以手动投切或自动投切。投切时会产生非常大的合闸涌流。因为交流接触器无法在较短的时间进行频繁的投切，所以这种无功补偿的方式存在量级，通常补偿装置响应的时间超过过10秒，且投切的过度频繁会导致交流接触器触头由于电弧的作用损坏，增大运行维护工作量。

3.2 TSC装置是集机电、电子和微机为一体的新型的无功补偿装置，投切回路的控制有交流接触器转变为晶闸管。TSC无功补偿装置的原理是以自动控制器完成电网的无功电流快速检测，经对比、判定后向晶闸管发出编码工作方式的通断信号，完成投切控制的操作，在通断信号到达控制回路后以过零触发电路对电容器进行投切，理论上不会产生合闸涌流。在实际使用过程中用晶闸管投入电容器时其合闸涌流也都可以控制在3倍额定电流以内，其补偿装置的响应时间为100ms以内。

3.3 MSC+TSC投切装置是交流接触器与晶闸管组合而成的有触点的无功补偿装置。工作原理与TSC无功补偿装置的工作原理相同。工作方式有所区别:晶闸管与交流接触器以并联的方式组合，以过零触发电路进行投切。当晶闸管两端所施加的电压为零时，检测并发出触发信号，控制晶闸管完成导通;在晶闸管导通达10个周波之后，发信号通知交流接触器进行闭合操作;再10个周波之后完成晶闸管的断通。如果要对电容器进行切除时，先导通晶闸管，在10个周波之后以信号发送的方式实现交流接触器的断开，再10个周波之后断开晶闸管，将电容器完全地从回路中切除这种无功补偿装置即完成了使用TSC无功补偿装置时的发热问题，又解决交流接触器实现电容器投切所产生的合闸涌流问题。无功补偿的响应时间一般为0.5秒左右。

结束语

无功补偿是一项先进技术，但并不是一项新开发的技术。随着电力电子器件技术的发展，未来的功率器件容量，将逐步得到提高，应用有源滤波器进行谐波抑制，柔性交流输电系统技术，进行无功功率补偿，将成为电力自动化系统的发展方向。目前，世界上很多国家在设备出厂时，就加装了补偿电容器，但长期以来，我们的企业往往重视高、低压的集中补偿，而对企业内部电网的功率因数提高有所忽视，在工矿企业如此，在其他行业同样存在无功功率的就地补偿。在大宾馆、大饭店里，大量安装了大型空调系统、供水系统、供汽系统，这些设备所采用的电动机容量大、数量多，还大量使用荧光灯照明这些单位的自然功率因数也很低，况且当前这些单位的用电负荷并不亚于大中型企业的用电负荷。因此，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，具有十分重要的意义。

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