無功補償技術在電氣自動化領域的應用探析

周家駿

（佛山安宏電力建設有限公司，廣東 佛山 528100）

0 引言

在現代社會的發展進程中，人民群眾日常生產生活離不開電力支持，再加上當前社會經濟的飛速發展以及工業等行業領域的運營，對電力能源的需求明顯增長，如果電力供應不足或不穩定，不僅會直接影響正常生產生活，更有可能造成負面社會影響。當前電氣自動化領域中無功補償技術的應用尤為成熟，且應用覆蓋面廣闊，可以針對當前電網功率的變化進行專項補償處理，因此本文探討無功補償技術在電氣自動化領域中的應用有重要意義和價值。

1 無功補償技術概述

1.1 無功補償技術內涵

無功補償技術主要指的是在現有電力系統中針對電網功率因數提升需求選擇的相應處理方式，以降低供電網絡中變壓器及線路的供電損耗，改善供電環境，提升供電質量。電廠輸送電力能源時，電網的輸出功率中一部分為有功功率，一部分為無功功率，有功功率部分可以直接完成消耗或機械能化學能轉化，而無功功率則指的是電力能源運行中將能源轉化為另外一種能量表達形式，不損耗電能。對此能量轉換有周期性特點，無功補償技術則是在此基礎之上利用電氣能源減少無功電流對輸電網絡和變壓器造成的影響和破壞[1]。

1.2 無功補償技術類型

1.2.1 并聯電容器技術

在電氣自動化系統運轉過程中，如果容易發生電網線損問題，那么應用并聯電容器無功補償技術綜合優勢更為明顯，調控效果更高，有利于保障電氣自動化系統電壓始終保持標準穩定范圍之內，同時能夠有效抵抗各類不良因素的負面影響和干擾，這一類型無功補償技術的適用范圍最廣。應用并聯電容器技術時，需要在現有電氣自動化系統中以并聯形式將電容器裝置進行連接，讓其融入電路運行，提升電路功率因數，降低電網線損的發生概率。圖1 為低壓無功補償裝置——電容補償柜。

圖1 低壓無功補償裝置——電容補償柜

1.2.2 串聯無功補償技術

該技術可以對電氣自動化系統運行負載狀態進行優化，有效抵抗不良干擾元素，提高系統運行的穩定性。由于電氣自動化系統在整個運行期間，其電容量是可變動的，一旦發生電容量變化問題，那么與之相對應的傳輸功率也會發生變化，應用串聯無功補償技術就是針對此類狀況對傳輸功率進行合理管控，保障功率的合理性和穩定性。串聯無功補償技術需要對電容電感進行串聯，增加補償設備，讓其形成一個整體系統，避免對系統電壓造成影響，同時實現線路等效阻抗合理控制。

2 電氣自動化領域應用無功補償技術的優勢

2.1 提升電力系統運行的電壓穩定性

在電力系統運轉過程中，電壓的穩定性是直接影響電氣系統運行質量的核心要素，同樣也會影響電氣自動化運轉水平。如果當前電力系統電壓異?；虺霈F運行損傷情況，會直接降低整個電力系統的功能水平，在此期間可以應用無功補償技術進行優化，對當前電路中的無功功率進行充分控制，保證無功功率始終處于合理區間狀態，提升供電網絡電壓功率的穩定性，降低電壓損失，保障系統平穩運轉[2]。

2.2 提升電力能源的資源利用效率

近年來，我國電氣自動化應用水平全面提升，無功補償技術的應用有利于對當前電力系統中不同電路的負荷狀態實施合理調控，例如，對容性負荷裝置和感性功率負荷進行銜接，無功補償技術能夠進一步提升電力能源的資源利用效率，保障電氣設備在運轉過程中的損耗更低，始終保持良好設備性能。與此同時，可以對電氣自動化系統后期運行維護提供更多便利條件。以往很多電氣自動化系統中連接的設備和所應用的技術系統往往需要進行定期優化與維護管理，投入成本相對較高，而應用無功補償技術不僅能夠在原有電氣自動化系統運行水平的基礎之上進行可靠性提升和穩定性保障，也降低了維護管理的過渡成本投入，保障系統運行的高效率水平，極大降低電氣設備運行故障和運行電壓不穩定等問題的發生概率。

3 無功補償技術在電氣自動化領域的應用

3.1 單調諧濾波器

單調諧濾波器主要指的是在電氣自動化系統中吸收單一次數諧波的濾波器，主要涵蓋了電容器、電抗器，此類設備均屬于無功補償設備器械，在應用過程中能夠抵消過濾對諧波。與此同時，如圖2 所示，單調諧濾波器調諧到該頻率條件時，那么濾波器的總阻抗對外表現為0，諧波會全面吸收，減少對電力系統的負面影響[3]。

圖2 單調諧濾波器阻抗頻率

3.2 真空斷路器

真空斷路器應用滅弧介質和滅弧后觸頭絕緣介質實現斷路，該電氣設備整體體積相對較小，重量負荷輕，有利于實現頻繁操作，與此同時滅弧可以減少后期檢修與維護，在配電網絡中應用頻率相對較高，可以應用于發電廠、工礦企業等諸多層面。真空斷路器屬于無功補償技術的一種，在操作運行時需要投切電容器應用零頭切技術，較短時間內，電容器容易在閉合連接點位置發生通流問題，與此同時體現為電容器電位差情況，使得線路阻抗值會大幅度提升，因此當電壓超出零的范圍時，可以應用真空斷路器進行投切，避免電容性電流對電氣自動化系統造成影響。另一方面，真空斷路器以及與之配套的無功補償技術應用成本投入相對較低，使用便捷，但是容易發生電容器電壓偏高、擊穿等情況，同樣不利于電氣系統設施的有效運作。另外真空斷路器的頻繁應用也會在一定程度上影響開關的正常使用周期，造成投切工作受到阻礙和影響[4]。

3.3 機械接觸器

當前我國廣泛應用的機械接觸器主要可以分為交流式接觸器和直流式接觸器，二者廣泛應用于電力系統和配電網絡中。機械接觸器從電工學角度來看，應用主接點實現電路的開啟閉合，以進一步實現控制負載的工作目標，對此機械接觸器的應用更好契合了電氣自動化系統運行的無功補償需求。為了讓并聯電容器能夠自動化啟動和運轉，可以應用機械接觸器進行設備連接，增加無功補償設備，避免電氣自動化系統運行期間電壓狀態出現不良波動。在電氣自動化系統中無功補償時，往往會導致電壓受補償影響而始終保持相對較低的區間范圍之內，對現有無功補償電容器進行核查之后，其電壓值會明顯上升，但也容易出現電容器涌流情況，涌流發生后同樣會造成電壓的下降，整個流程電壓值波動情況較大，容易引發電力系統短路等安全風險事故。因此可以應用機械接觸器，將其與無功補償電容器進行獨立設置與連接，發揮機械接觸器的自動化開關操作功能，限流電阻，減少電容器涌流等問題的發生，同時也能降低能源的不必要損耗情況。

3.4 無接觸式可控硅片

此類無功補償技術裝置的最大作用在于保護當前電氣自動化系統運行時，電網處于零伏狀態，可以發揮無接觸式可控硅片裝置的綜合作用，讓電網能夠自動關機保護發電機以及該自動化系統中的其他電氣設備，避免個別電氣設備出現過度運轉、燒焦粘合等多重不良問題。相比于電氣系統自身的保護裝置而言，此類無接觸式可控硅片的運行安全度和保護力更高，無功補償功能更為明顯，只要當前電力系統處于零電壓狀態或該硅片無電流通過，則會自動斷開連接，延長電網系統的運行周期。不容忽視的是，此類無接觸式可控硅片在應用期間仍舊存在缺陷問題，例如該裝置關閉之后，再次接通狀態下容易發生結壓下降情況，難以始終保持電力系統的穩定運行狀態，同樣也有可能發生電壓沖擊問題[5]。

3.5 復合開關

當前我國電力、工業生產等各領域廣泛應用的無功補償技術，最為直觀有效的設備措施為復合開關，此類復合開關應用周期長，功耗低，且無沖擊，能夠代替機械接觸器等開關類型，例如在電源、電壓缺陷保護以及自診斷故障保護、空載保護等方面有極為廣泛的應用特點。此類復合開關是保障接觸器或可控硅片，連接暢通的核心裝置，當電力系統通過的電流為過零狀態可以有可控硅開關裝置感應并進行系統斷開，配合應用復合開關，能夠保障整個斷開及連接流程更為穩定，解決電氣涌流問題，保護電網系統的運轉安全。從多年應用經驗來看，復合開關的單一應用難以真正滿足自動化操作需求，但是如果該電網系統已經發生了涌流問題，那么此類負荷開關有一定概率難以及時作出自動化開關動作，因此可以對現有負荷開關的實際應用功能進行專項優化，例如，增加單項分補或三項共補等多元化無功補償結構，維護電網及電路運行穩定狀態。圖3 為無功補償控制器原理。

圖3 無功補償控制器原理

3.6 電路仿真

電路仿真依靠現代信息技術手段，對電氣自動化系統運行各個參數和不同電氣設備設計內容進行專項仿真模擬，以進一步評估系統運行狀態，觀察不同設計模式和連接方式影響之下，該電網系統的運行水平是否存在矛盾或不良隱患情況，電網運行效率和質量是否達到預期標準，并在此基礎上實現優化升級與專項調整。此類電路仿真技術也在一定程度上反映了未來我國電氣自動化領域的發展前景，大幅度提升了電氣自動化系統運行安全性和穩定性。

4 無功補償技術在電氣自動化領域應用優化建議

現如今，我國電氣自動化發展越發成熟，除了各類無功補償技術之外，要大幅度提升該技術應用的安全性和實時性。以往很多無功補償裝置容易發生短暫過后容易對電網造成嚴重沖擊和影響，縮短電氣設備的使用周期壽命，因此為不斷提高電氣自動化運行水平，需強化無功補償技術的優化，積極推廣零過渡無功補償技術，避免投切過程中出現過電壓或過電流情況。另外也可以配合靜止同步補償器等相關技術有效客服和轉變傳統無功補償技術應用過程中的問題和弊端，例如靜止同步補償器可以應用并網電壓源逆變器進行專項控制，將電網濾波電抗值控制在標準范圍之內。

另一方面，要對現有電氣系統進行專項管理，并不斷提升管理智能化和精細化水平?？梢葬槍o功補償技術的應用原理和應用優勢進行廣泛宣傳與引導，并建立與之相適應的安全管理制度、人員操作制度，提升無功補償技術的應用水平，并充分實現用電管理的核心標準。無功補償技術應用期間需要同步注重節約用電的宣傳和引導，實現電力體系節能降耗工作目標。

為保障電氣自動化領域穩定發展，需要對現有無功補償線路進行全面保護，在滿足供電網絡功率需求的基礎之上，盡可能地降低電能損耗情況，提高自動化管理和規范化管理水平。與此同時，相關管理人員和電力系統運行維護人員要充分發揮主觀能動性，始終堅持高品質質量管理原則，不論是電氣設備安裝還是電力系統維修養護，均需要嚴格對照標準流程落實相關操作。除此之外，要進一步推進無功補償技術創新與升級，健全完善無功補償技術應用規范，實現電氣自動化系統的全方位發展。

5 結語

總而言之，在新時代發展背景下，我國電氣自動化領域的發展水平大幅度提升，其中無功補償技術對于保證電氣自動化系統安全穩定運行有重要意義。本文首先論述了無功補償技術概念及技術類型，其次探討了電氣自動化領域應用無功補償技術的優勢，重點探討無功補償技術在電氣自動化領域的實際應用，最后提出了提升無功補償技術應用水平的建議，希望能夠全面推進我國電力系統健康穩定運行。