關(guān)東城

（廣西南寧市 530000）

電氣自動化中無功補償技術(shù)淺析

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現(xiàn)如今，隨著城市化進程的不斷加快，城市建筑的數(shù)量越來越多，居民的用電量也隨之增加。基于此，人們對于電網(wǎng)的無功要求不斷的提高，單相電力牽引產(chǎn)生的負(fù)荷變化十分的復(fù)雜，且非線性的因素也越來越多，因此對于電氣自動化中無功補償技術(shù)的相關(guān)研究也要緊跟其后。本文就對電氣化鐵路背景下，探討了無功補償技術(shù)。

電氣自動化；無功補償；補償技術(shù)

1 引言

當(dāng)前，我國各部門各領(lǐng)域已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用到了電氣自動化技術(shù)及電氣自動化的相關(guān)設(shè)備，比如在高速電氣化鐵路牽引系統(tǒng)、供電變電所中。然而由于越來越多的單相電力牽引中出現(xiàn)了復(fù)雜的負(fù)荷，非線性因素也越來越多，使得無功功率越來越大，電力系統(tǒng)中注入越來越多的負(fù)序，諧波的含量也隨之增大，電氣自動化程度的日益加深，電力牽引負(fù)荷所涉及的范圍也在不斷的擴大，電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行以及電氣供電系統(tǒng)運行很大程度上取決于電氣自動化的程度。所以，要將電氣化技術(shù)以及設(shè)備系統(tǒng)的特點以及電力牽引負(fù)荷的特點相結(jié)合，找出綜合補償無功、負(fù)序以及諧波的方法。鐵路單相交直系統(tǒng)、供電變電所中固有的三大技術(shù)就是無功、負(fù)序和諧波。國內(nèi)外對這三項技術(shù)已經(jīng)展開了一定的研究，對其影響較大的要屬IEEEStd519，英國的ERG5/3和ERG5/4，原蘇聯(lián)的OCT-18/09-87，1000-3-6IEC：1996等，而我國在這方面也制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，然而，隨著電氣自動化程度的不斷加深，牽引變電所的容量也不斷增加，盡管這些措施具備一定的應(yīng)用價值，但非線性因素存在較高的不可預(yù)知性，很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，例如大同二電廠機組發(fā)生事故、河南信陽地區(qū)線路發(fā)生跳閘都是上述原因所致。基于此，為了對這些技術(shù)今后的發(fā)展方向進行分析，并提出新的無功補償技術(shù)，本文將對電氣化鐵路背景下的無功補償技術(shù)展開相應(yīng)的探討。

2 電氣化鐵路無功補償技術(shù)研究發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

近幾年，參照國外相關(guān)的先進技術(shù)，我國電氣化鐵道變電所在無功補償以及諧波綜合治理方面提出了很多無功補償?shù)姆桨?，主要都是在力求基波下對牽引?fù)荷的感性無功功率進行補償，使得功率因素有所提高，負(fù)序有所降低，從而構(gòu)成有效的濾波通路，濾除并抵消指定的諧波。實現(xiàn)這些補償技術(shù)的主要途徑以及各種的特點如下所述：

（1）將電容器以及電抗器進行固定安裝，使其組成單調(diào)諧濾波器。設(shè)計濾波器時要將指定的諧波濾除，同時要兼顧功率的提高，使得負(fù)序降低。

（2）在電容器內(nèi)投切真空斷路器。此方法具有簡單、投資小的優(yōu)點，缺點就是斷路器在合閘時，電容器上產(chǎn)生的過電壓較高，會損壞設(shè)備，并且由于電氣設(shè)備開關(guān)壽命有限，不能夠頻繁的進行投切，對于動態(tài)的補償效果會產(chǎn)生很大的影響。

（3）晶閘管調(diào)節(jié)電抗器即TCR+固定濾波器。晶閘管反并聯(lián)后再與電抗器進行串聯(lián)，使其能夠跟并聯(lián)濾波器中多出來的容性無功補償電流保持平衡，并且跟功率因素的相關(guān)要求相符，該設(shè)備具有投入時間長，不需要太多的金閘管，響應(yīng)速度較快的優(yōu)點，但卻會產(chǎn)生一定的諧波。

（4）晶閘管調(diào)節(jié)變壓器即TCT+固定濾波器。由于制造高漏抗變壓器比較麻煩，會損耗大量的功率，因而此種補償技術(shù)難以被廣泛的應(yīng)用。

（5）固定濾波器+可控飽和電抗器。流入回路中的感性電流可以通過調(diào)節(jié)飽和電抗器的磁飽和程度來實現(xiàn)，使其能夠跟并聯(lián)濾波器中多余的容性無功功率保持平衡。該補償技術(shù)具有固定并聯(lián)濾波支路長期投入的優(yōu)點，但需要產(chǎn)生諧波，損耗較多，噪聲也大。

（6）有源濾波器（APF）。為了滿足電源的整體諧波以及無功電流的要求，需要使用電子裝置，使其能夠產(chǎn)生跟負(fù)荷中諧波電流、負(fù)序電流相位相反的電流。此補償方案具有補償靈活，調(diào)節(jié)迅速，不易與系統(tǒng)發(fā)生諧振的優(yōu)點，但電力電子設(shè)備的價格卻很昂貴。

（7）固定濾波器（FC）+電容器（TC）+電抗器（TL）調(diào)壓。為了對連接在低壓母線上的濾波器或電抗器的電壓進行調(diào)節(jié)，并改變其無功出力的狀況，需要對變壓器低壓的側(cè)的母線電壓進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時，用晶閘管通斷，分接開關(guān)無載調(diào)節(jié)，就理論而言，電氣的壽命是不需要受限制的，而在實際的應(yīng)用中，則可以加裝固定濾波器、電容器以及電抗器以便為其提供穩(wěn)定的無功功率以及實現(xiàn)濾波。

（8）有源濾波器（APF）+無源濾波器（LC）。該補償技術(shù)目前還在研究初期，使用的有源濾波器會產(chǎn)生跟負(fù)荷中諧波電流電位相反的諧波電流，這兩種電流會相互抵消，從而滿足電源的總諧波電流的相關(guān)要求。該技術(shù)具有能夠充分利用無源補償容量大的特點以及有源補償時靈活可控的優(yōu)點。

盡管現(xiàn)階段，實現(xiàn)無功補償?shù)耐緩蕉喾N多樣，但由于電氣自動化設(shè)備中的單相電力牽引負(fù)荷變化越來越復(fù)雜，非線性因素的不斷增多，需要進一步加強無功補償技術(shù)研究。

3 諧波注入式并聯(lián)混合有源濾波器的無功補償技術(shù)及方案

隨著電力牽引的負(fù)荷變化越來越復(fù)雜，非線性因素的不斷增多，有源電力濾波器補償?shù)娜萘枯^大，為了有效解決這些問題，則提出了將有源濾波器（即APF）與無源濾波器（即LC）相混合的方式，混合這兩種濾波器使用的是諧波注入式的無功補償技術(shù)。因為牽引負(fù)荷時非線性的負(fù)荷，基于此，可以借助于反無功控制比較好的LAMSC型低壓智能投切電容器動態(tài)無功補償成套裝置的方法，改電容C1為動態(tài)的補償型式，從而得到圖1所示的補償裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖1補償裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖1中，在經(jīng)過改進后的諧振注入式混合補償器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中：電容器C1的投入，需要按照負(fù)荷的大小，并在中央處理器的控制下完成；中央處理器會控制有源濾波器，并將與負(fù)荷諧波大小一致的諧波注入至牽引供電系統(tǒng)中。二相位相反的反向諧波則能夠?qū)崿F(xiàn)將諧波消除的目的；將C2與L2組合在一起，能夠形成基頻率濾波器，為電流通路提供基波，確保無功功率的補償能夠?qū)χC波形成一定的阻力，從而有效減小有源濾波器內(nèi)的容量以及體積，降低設(shè)備運行的成本。

4 無功補償技術(shù)在電氣自動化中的合理應(yīng)用

4.1 深入分析無功補償技術(shù)的使用需求

在評價供電系統(tǒng)時，最主要的一個評價指標(biāo)是電能的質(zhì)量，而在供電系統(tǒng)中對電能的質(zhì)量產(chǎn)生影響的最主要的一個因素就是電壓?，F(xiàn)階段，電氣自動化系統(tǒng)中，抗阻問題以及功率因素則會引發(fā)常見的無功問題，而無功狀況則會對電力系統(tǒng)的整體產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。不同的電氣自動化系統(tǒng)對于無功補償?shù)囊蟠嬖诓町?，在?yīng)用無功補償技術(shù)時，要根據(jù)實際情況合理選擇無功補償方案，確保電氣自動化系統(tǒng)運行的可靠性以及穩(wěn)定性。

4.2 加強對無功補償技術(shù)的共性問題的研究

在電氣自動化系統(tǒng)中使用無功補償技術(shù)不但能夠有效提高系統(tǒng)的運行安全性以及穩(wěn)定性，還會緩解資源浪費問題，直接或者間接的降低了電力企業(yè)各方面的資金投入。我國常在變電站中應(yīng)用無功補償技術(shù)，當(dāng)發(fā)電機在運行時，變電站中會有大量的無功流流動，這些無功流在經(jīng)過變電站后會傳輸至低壓線路，而一旦這條線路傳輸距離較遠(yuǎn)時，則整個傳輸系統(tǒng)會受到無功流的影響，因而，供配電管理部門要按照該片區(qū)實際的用電量，并與變電站所需無功補償特點相結(jié)合，通過變壓器及變低側(cè)負(fù)荷及時的調(diào)整無功補償方案，合理配置補償容量，最終有效避免無功倒送現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4.3 選用并聯(lián)混合有源濾波器等先進技術(shù)及設(shè)備

將無功補償應(yīng)用到電氣自動化中，需要相關(guān)的工作人員熟練掌握有關(guān)的無功補償技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備的使用，優(yōu)先選用國外的先進技術(shù)以及相關(guān)的電力設(shè)備，從而確保無功補償效果達(dá)到最優(yōu)。并聯(lián)混合有源濾波器是現(xiàn)階段較為先進的無功補償設(shè)備，其是將無源濾波器與有源濾波器組合在一起，以注入方式對諧波進行無功補償。

5 結(jié)論

總之，電氣自動化設(shè)備中單相電力牽引負(fù)荷變化越來越復(fù)雜，非線性因素越來越多，為了有效的提高功率因素，降低負(fù)序，構(gòu)建出有效的濾波通路，抵消或濾除指定的諧波，可以采用各式各樣的無功補償技術(shù)，并制定諧波的綜合治理方案。

[1]張宏杰.電氣自動化中無功補償技術(shù)的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（29）：38～39.

[2]王大飛.電氣自動化中的無功補償技術(shù)分析[J].現(xiàn)代制造，2012（24）：11～12.

[3]高亢.對無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用分析[J].科技資訊，2012（27）：144.

TM761+.1

A

1004-7344（2016）02-0035-02

2016-1-5

關(guān)東城（1987-），助理工程師，本科，工學(xué)學(xué)士，主要從事電力計量設(shè)備維護工作。