周家駿

（佛山安宏電力建設(shè)有限公司，廣東 佛山 528100）

0 引言

在現(xiàn)代社會的發(fā)展進程中，人民群眾日常生產(chǎn)生活離不開電力支持，再加上當(dāng)前社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及工業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域的運營，對電力能源的需求明顯增長，如果電力供應(yīng)不足或不穩(wěn)定，不僅會直接影響正常生產(chǎn)生活，更有可能造成負面社會影響。當(dāng)前電氣自動化領(lǐng)域中無功補償技術(shù)的應(yīng)用尤為成熟，且應(yīng)用覆蓋面廣闊，可以針對當(dāng)前電網(wǎng)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(shù)在電氣自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用有重要意義和價值。

1 無功補償技術(shù)概述

1.1 無功補償技術(shù)內(nèi)涵

無功補償技術(shù)主要指的是在現(xiàn)有電力系統(tǒng)中針對電網(wǎng)功率因數(shù)提升需求選擇的相應(yīng)處理方式，以降低供電網(wǎng)絡(luò)中變壓器及線路的供電損耗，改善供電環(huán)境，提升供電質(zhì)量。電廠輸送電力能源時，電網(wǎng)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(xué)能轉(zhuǎn)化，而無功功率則指的是電力能源運行中將能源轉(zhuǎn)化為另外一種能量表達形式，不損耗電能。對此能量轉(zhuǎn)換有周期性特點，無功補償技術(shù)則是在此基礎(chǔ)之上利用電氣能源減少無功電流對輸電網(wǎng)絡(luò)和變壓器造成的影響和破壞[1]。

1.2 無功補償技術(shù)類型

1.2.1 并聯(lián)電容器技術(shù)

在電氣自動化系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中，如果容易發(fā)生電網(wǎng)線損問題，那么應(yīng)用并聯(lián)電容器無功補償技術(shù)綜合優(yōu)勢更為明顯，調(diào)控效果更高，有利于保障電氣自動化系統(tǒng)電壓始終保持標準穩(wěn)定范圍之內(nèi)，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(shù)的適用范圍最廣。應(yīng)用并聯(lián)電容器技術(shù)時，需要在現(xiàn)有電氣自動化系統(tǒng)中以并聯(lián)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(shù)，降低電網(wǎng)線損的發(fā)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(lián)無功補償技術(shù)

該技術(shù)可以對電氣自動化系統(tǒng)運行負載狀態(tài)進行優(yōu)化，有效抵抗不良干擾元素，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。由于電氣自動化系統(tǒng)在整個運行期間，其電容量是可變動的，一旦發(fā)生電容量變化問題，那么與之相對應(yīng)的傳輸功率也會發(fā)生變化，應(yīng)用串聯(lián)無功補償技術(shù)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(wěn)定性。串聯(lián)無功補償技術(shù)需要對電容電感進行串聯(lián)，增加補償設(shè)備，讓其形成一個整體系統(tǒng)，避免對系統(tǒng)電壓造成影響，同時實現(xiàn)線路等效阻抗合理控制。

2 電氣自動化領(lǐng)域應(yīng)用無功補償技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 提升電力系統(tǒng)運行的電壓穩(wěn)定性

在電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中，電壓的穩(wěn)定性是直接影響電氣系統(tǒng)運行質(zhì)量的核心要素，同樣也會影響電氣自動化運轉(zhuǎn)水平。如果當(dāng)前電力系統(tǒng)電壓異?；虺霈F(xiàn)運行損傷情況，會直接降低整個電力系統(tǒng)的功能水平，在此期間可以應(yīng)用無功補償技術(shù)進行優(yōu)化，對當(dāng)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(qū)間狀態(tài)，提升供電網(wǎng)絡(luò)電壓功率的穩(wěn)定性，降低電壓損失，保障系統(tǒng)平穩(wěn)運轉(zhuǎn)[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(yīng)用水平全面提升，無功補償技術(shù)的應(yīng)用有利于對當(dāng)前電力系統(tǒng)中不同電路的負荷狀態(tài)實施合理調(diào)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(shù)能夠進一步提升電力能源的資源利用效率，保障電氣設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中的損耗更低，始終保持良好設(shè)備性能。與此同時，可以對電氣自動化系統(tǒng)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(tǒng)中連接的設(shè)備和所應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)往往需要進行定期優(yōu)化與維護管理，投入成本相對較高，而應(yīng)用無功補償技術(shù)不僅能夠在原有電氣自動化系統(tǒng)運行水平的基礎(chǔ)之上進行可靠性提升和穩(wěn)定性保障，也降低了維護管理的過渡成本投入，保障系統(tǒng)運行的高效率水平，極大降低電氣設(shè)備運行故障和運行電壓不穩(wěn)定等問題的發(fā)生概率。

3 無功補償技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 單調(diào)諧濾波器

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

圖2 單調(diào)諧濾波器阻抗頻率

3.2 真空斷路器

真空斷路器應(yīng)用滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭絕緣介質(zhì)實現(xiàn)斷路，該電氣設(shè)備整體體積相對較小，重量負荷輕，有利于實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用頻率相對較高，可以應(yīng)用于發(fā)電廠、工礦企業(yè)等諸多層面。真空斷路器屬于無功補償技術(shù)的一種，在操作運行時需要投切電容器應(yīng)用零頭切技術(shù)，較短時間內(nèi)，電容器容易在閉合連接點位置發(fā)生通流問題，與此同時體現(xiàn)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(dāng)電壓超出零的范圍時，可以應(yīng)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(tǒng)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(shù)應(yīng)用成本投入相對較低，使用便捷，但是容易發(fā)生電容器電壓偏高、擊穿等情況，同樣不利于電氣系統(tǒng)設(shè)施的有效運作。另外真空斷路器的頻繁應(yīng)用也會在一定程度上影響開關(guān)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(dāng)前我國廣泛應(yīng)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(yīng)用于電力系統(tǒng)和配電網(wǎng)絡(luò)中。機械接觸器從電工學(xué)角度來看，應(yīng)用主接點實現(xiàn)電路的開啟閉合，以進一步實現(xiàn)控制負載的工作目標，對此機械接觸器的應(yīng)用更好契合了電氣自動化系統(tǒng)運行的無功補償需求。為了讓并聯(lián)電容器能夠自動化啟動和運轉(zhuǎn)，可以應(yīng)用機械接觸器進行設(shè)備連接，增加無功補償設(shè)備，避免電氣自動化系統(tǒng)運行期間電壓狀態(tài)出現(xiàn)不良波動。在電氣自動化系統(tǒng)中無功補償時，往往會導(dǎo)致電壓受補償影響而始終保持相對較低的區(qū)間范圍之內(nèi)，對現(xiàn)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(xiàn)電容器涌流情況，涌流發(fā)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(fā)電力系統(tǒng)短路等安全風(fēng)險事故。因此可以應(yīng)用機械接觸器，將其與無功補償電容器進行獨立設(shè)置與連接，發(fā)揮機械接觸器的自動化開關(guān)操作功能，限流電阻，減少電容器涌流等問題的發(fā)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(shù)裝置的最大作用在于保護當(dāng)前電氣自動化系統(tǒng)運行時，電網(wǎng)處于零伏狀態(tài)，可以發(fā)揮無接觸式可控硅片裝置的綜合作用，讓電網(wǎng)能夠自動關(guān)機保護發(fā)電機以及該自動化系統(tǒng)中的其他電氣設(shè)備，避免個別電氣設(shè)備出現(xiàn)過度運轉(zhuǎn)、燒焦粘合等多重不良問題。相比于電氣系統(tǒng)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(dāng)前電力系統(tǒng)處于零電壓狀態(tài)或該硅片無電流通過，則會自動斷開連接，延長電網(wǎng)系統(tǒng)的運行周期。不容忽視的是，此類無接觸式可控硅片在應(yīng)用期間仍舊存在缺陷問題，例如該裝置關(guān)閉之后，再次接通狀態(tài)下容易發(fā)生結(jié)壓下降情況，難以始終保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)，同樣也有可能發(fā)生電壓沖擊問題[5]。

3.5 復(fù)合開關(guān)

當(dāng)前我國電力、工業(yè)生產(chǎn)等各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的無功補償技術(shù)，最為直觀有效的設(shè)備措施為復(fù)合開關(guān)，此類復(fù)合開關(guān)應(yīng)用周期長，功耗低，且無沖擊，能夠代替機械接觸器等開關(guān)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(yīng)用特點。此類復(fù)合開關(guān)是保障接觸器或可控硅片，連接暢通的核心裝置，當(dāng)電力系統(tǒng)通過的電流為過零狀態(tài)可以有可控硅開關(guān)裝置感應(yīng)并進行系統(tǒng)斷開，配合應(yīng)用復(fù)合開關(guān)，能夠保障整個斷開及連接流程更為穩(wěn)定，解決電氣涌流問題，保護電網(wǎng)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)安全。從多年應(yīng)用經(jīng)驗來看，復(fù)合開關(guān)的單一應(yīng)用難以真正滿足自動化操作需求，但是如果該電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生了涌流問題，那么此類負荷開關(guān)有一定概率難以及時作出自動化開關(guān)動作，因此可以對現(xiàn)有負荷開關(guān)的實際應(yīng)用功能進行專項優(yōu)化，例如，增加單項分補或三項共補等多元化無功補償結(jié)構(gòu)，維護電網(wǎng)及電路運行穩(wěn)定狀態(tài)。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(xiàn)代信息技術(shù)手段，對電氣自動化系統(tǒng)運行各個參數(shù)和不同電氣設(shè)備設(shè)計內(nèi)容進行專項仿真模擬，以進一步評估系統(tǒng)運行狀態(tài)，觀察不同設(shè)計模式和連接方式影響之下，該電網(wǎng)系統(tǒng)的運行水平是否存在矛盾或不良隱患情況，電網(wǎng)運行效率和質(zhì)量是否達到預(yù)期標準，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)優(yōu)化升級與專項調(diào)整。此類電路仿真技術(shù)也在一定程度上反映了未來我國電氣自動化領(lǐng)域的發(fā)展前景，大幅度提升了電氣自動化系統(tǒng)運行安全性和穩(wěn)定性。

4 無功補償技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)化建議

現(xiàn)如今，我國電氣自動化發(fā)展越發(fā)成熟，除了各類無功補償技術(shù)之外，要大幅度提升該技術(shù)應(yīng)用的安全性和實時性。以往很多無功補償裝置容易發(fā)生短暫過后容易對電網(wǎng)造成嚴重沖擊和影響，縮短電氣設(shè)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(shù)的優(yōu)化，積極推廣零過渡無功補償技術(shù)，避免投切過程中出現(xiàn)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(guān)技術(shù)有效客服和轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)無功補償技術(shù)應(yīng)用過程中的問題和弊端，例如靜止同步補償器可以應(yīng)用并網(wǎng)電壓源逆變器進行專項控制，將電網(wǎng)濾波電抗值控制在標準范圍之內(nèi)。

另一方面，要對現(xiàn)有電氣系統(tǒng)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(shù)的應(yīng)用原理和應(yīng)用優(yōu)勢進行廣泛宣傳與引導(dǎo)，并建立與之相適應(yīng)的安全管理制度、人員操作制度，提升無功補償技術(shù)的應(yīng)用水平，并充分實現(xiàn)用電管理的核心標準。無功補償技術(shù)應(yīng)用期間需要同步注重節(jié)約用電的宣傳和引導(dǎo)，實現(xiàn)電力體系節(jié)能降耗工作目標。

為保障電氣自動化領(lǐng)域穩(wěn)定發(fā)展，需要對現(xiàn)有無功補償線路進行全面保護，在滿足供電網(wǎng)絡(luò)功率需求的基礎(chǔ)之上，盡可能地降低電能損耗情況，提高自動化管理和規(guī)范化管理水平。與此同時，相關(guān)管理人員和電力系統(tǒng)運行維護人員要充分發(fā)揮主觀能動性，始終堅持高品質(zhì)質(zhì)量管理原則，不論是電氣設(shè)備安裝還是電力系統(tǒng)維修養(yǎng)護，均需要嚴格對照標準流程落實相關(guān)操作。除此之外，要進一步推進無功補償技術(shù)創(chuàng)新與升級，健全完善無功補償技術(shù)應(yīng)用規(guī)范，實現(xiàn)電氣自動化系統(tǒng)的全方位發(fā)展。

5 結(jié)語

總而言之，在新時代發(fā)展背景下，我國電氣自動化領(lǐng)域的發(fā)展水平大幅度提升，其中無功補償技術(shù)對于保證電氣自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行有重要意義。本文首先論述了無功補償技術(shù)概念及技術(shù)類型，其次探討了電氣自動化領(lǐng)域應(yīng)用無功補償技術(shù)的優(yōu)勢，重點探討無功補償技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域的實際應(yīng)用，最后提出了提升無功補償技術(shù)應(yīng)用水平的建議，希望能夠全面推進我國電力系統(tǒng)健康穩(wěn)定運行。