无功补偿技术在电气自动化领域的应用探析

周家骏

（佛山安宏电力建设有限公司，广东 佛山 528100）

0 引言

在现代社会的发展进程中，人民群众日常生产生活离不开电力支持，再加上当前社会经济的飞速发展以及工业等行业领域的运营，对电力能源的需求明显增长，如果电力供应不足或不稳定，不仅会直接影响正常生产生活，更有可能造成负面社会影响。当前电气自动化领域中无功补偿技术的应用尤为成熟，且应用覆盖面广阔，可以针对当前电网功率的变化进行专项补偿处理，因此本文探讨无功补偿技术在电气自动化领域中的应用有重要意义和价值。

1 无功补偿技术概述

1.1 无功补偿技术内涵

无功补偿技术主要指的是在现有电力系统中针对电网功率因数提升需求选择的相应处理方式，以降低供电网络中变压器及线路的供电损耗，改善供电环境，提升供电质量。电厂输送电力能源时，电网的输出功率中一部分为有功功率，一部分为无功功率，有功功率部分可以直接完成消耗或机械能化学能转化，而无功功率则指的是电力能源运行中将能源转化为另外一种能量表达形式，不损耗电能。对此能量转换有周期性特点，无功补偿技术则是在此基础之上利用电气能源减少无功电流对输电网络和变压器造成的影响和破坏[1]。

1.2 无功补偿技术类型

1.2.1 并联电容器技术

在电气自动化系统运转过程中，如果容易发生电网线损问题，那么应用并联电容器无功补偿技术综合优势更为明显，调控效果更高，有利于保障电气自动化系统电压始终保持标准稳定范围之内，同时能够有效抵抗各类不良因素的负面影响和干扰，这一类型无功补偿技术的适用范围最广。应用并联电容器技术时，需要在现有电气自动化系统中以并联形式将电容器装置进行连接，让其融入电路运行，提升电路功率因数，降低电网线损的发生概率。图1 为低压无功补偿装置——电容补偿柜。

图1 低压无功补偿装置——电容补偿柜

1.2.2 串联无功补偿技术

该技术可以对电气自动化系统运行负载状态进行优化，有效抵抗不良干扰元素，提高系统运行的稳定性。由于电气自动化系统在整个运行期间，其电容量是可变动的，一旦发生电容量变化问题，那么与之相对应的传输功率也会发生变化，应用串联无功补偿技术就是针对此类状况对传输功率进行合理管控，保障功率的合理性和稳定性。串联无功补偿技术需要对电容电感进行串联，增加补偿设备，让其形成一个整体系统，避免对系统电压造成影响，同时实现线路等效阻抗合理控制。

2 电气自动化领域应用无功补偿技术的优势

2.1 提升电力系统运行的电压稳定性

在电力系统运转过程中，电压的稳定性是直接影响电气系统运行质量的核心要素，同样也会影响电气自动化运转水平。如果当前电力系统电压异常或出现运行损伤情况，会直接降低整个电力系统的功能水平，在此期间可以应用无功补偿技术进行优化，对当前电路中的无功功率进行充分控制，保证无功功率始终处于合理区间状态，提升供电网络电压功率的稳定性，降低电压损失，保障系统平稳运转[2]。

2.2 提升电力能源的资源利用效率

近年来，我国电气自动化应用水平全面提升，无功补偿技术的应用有利于对当前电力系统中不同电路的负荷状态实施合理调控，例如，对容性负荷装置和感性功率负荷进行衔接，无功补偿技术能够进一步提升电力能源的资源利用效率，保障电气设备在运转过程中的损耗更低，始终保持良好设备性能。与此同时，可以对电气自动化系统后期运行维护提供更多便利条件。以往很多电气自动化系统中连接的设备和所应用的技术系统往往需要进行定期优化与维护管理，投入成本相对较高，而应用无功补偿技术不仅能够在原有电气自动化系统运行水平的基础之上进行可靠性提升和稳定性保障，也降低了维护管理的过渡成本投入，保障系统运行的高效率水平，极大降低电气设备运行故障和运行电压不稳定等问题的发生概率。

3 无功补偿技术在电气自动化领域的应用

3.1 单调谐滤波器

单调谐滤波器主要指的是在电气自动化系统中吸收单一次数谐波的滤波器，主要涵盖了电容器、电抗器，此类设备均属于无功补偿设备器械，在应用过程中能够抵消过滤对谐波。与此同时，如图2 所示，单调谐滤波器调谐到该频率条件时，那么滤波器的总阻抗对外表现为0，谐波会全面吸收，减少对电力系统的负面影响[3]。

图2 单调谐滤波器阻抗频率

3.2 真空断路器

真空断路器应用灭弧介质和灭弧后触头绝缘介质实现断路，该电气设备整体体积相对较小，重量负荷轻，有利于实现频繁操作，与此同时灭弧可以减少后期检修与维护，在配电网络中应用频率相对较高，可以应用于发电厂、工矿企业等诸多层面。真空断路器属于无功补偿技术的一种，在操作运行时需要投切电容器应用零头切技术，较短时间内，电容器容易在闭合连接点位置发生通流问题，与此同时体现为电容器电位差情况，使得线路阻抗值会大幅度提升，因此当电压超出零的范围时，可以应用真空断路器进行投切，避免电容性电流对电气自动化系统造成影响。另一方面，真空断路器以及与之配套的无功补偿技术应用成本投入相对较低，使用便捷，但是容易发生电容器电压偏高、击穿等情况，同样不利于电气系统设施的有效运作。另外真空断路器的频繁应用也会在一定程度上影响开关的正常使用周期，造成投切工作受到阻碍和影响[4]。

3.3 机械接触器

当前我国广泛应用的机械接触器主要可以分为交流式接触器和直流式接触器，二者广泛应用于电力系统和配电网络中。机械接触器从电工学角度来看，应用主接点实现电路的开启闭合，以进一步实现控制负载的工作目标，对此机械接触器的应用更好契合了电气自动化系统运行的无功补偿需求。为了让并联电容器能够自动化启动和运转，可以应用机械接触器进行设备连接，增加无功补偿设备，避免电气自动化系统运行期间电压状态出现不良波动。在电气自动化系统中无功补偿时，往往会导致电压受补偿影响而始终保持相对较低的区间范围之内，对现有无功补偿电容器进行核查之后，其电压值会明显上升，但也容易出现电容器涌流情况，涌流发生后同样会造成电压的下降，整个流程电压值波动情况较大，容易引发电力系统短路等安全风险事故。因此可以应用机械接触器，将其与无功补偿电容器进行独立设置与连接，发挥机械接触器的自动化开关操作功能，限流电阻，减少电容器涌流等问题的发生，同时也能降低能源的不必要损耗情况。

3.4 无接触式可控硅片

此类无功补偿技术装置的最大作用在于保护当前电气自动化系统运行时，电网处于零伏状态，可以发挥无接触式可控硅片装置的综合作用，让电网能够自动关机保护发电机以及该自动化系统中的其他电气设备，避免个别电气设备出现过度运转、烧焦粘合等多重不良问题。相比于电气系统自身的保护装置而言，此类无接触式可控硅片的运行安全度和保护力更高，无功补偿功能更为明显，只要当前电力系统处于零电压状态或该硅片无电流通过，则会自动断开连接，延长电网系统的运行周期。不容忽视的是，此类无接触式可控硅片在应用期间仍旧存在缺陷问题，例如该装置关闭之后，再次接通状态下容易发生结压下降情况，难以始终保持电力系统的稳定运行状态，同样也有可能发生电压冲击问题[5]。

3.5 复合开关

当前我国电力、工业生产等各领域广泛应用的无功补偿技术，最为直观有效的设备措施为复合开关，此类复合开关应用周期长，功耗低，且无冲击，能够代替机械接触器等开关类型，例如在电源、电压缺陷保护以及自诊断故障保护、空载保护等方面有极为广泛的应用特点。此类复合开关是保障接触器或可控硅片，连接畅通的核心装置，当电力系统通过的电流为过零状态可以有可控硅开关装置感应并进行系统断开，配合应用复合开关，能够保障整个断开及连接流程更为稳定，解决电气涌流问题，保护电网系统的运转安全。从多年应用经验来看，复合开关的单一应用难以真正满足自动化操作需求，但是如果该电网系统已经发生了涌流问题，那么此类负荷开关有一定概率难以及时作出自动化开关动作，因此可以对现有负荷开关的实际应用功能进行专项优化，例如，增加单项分补或三项共补等多元化无功补偿结构，维护电网及电路运行稳定状态。图3 为无功补偿控制器原理。

图3 无功补偿控制器原理

3.6 电路仿真

电路仿真依靠现代信息技术手段，对电气自动化系统运行各个参数和不同电气设备设计内容进行专项仿真模拟，以进一步评估系统运行状态，观察不同设计模式和连接方式影响之下，该电网系统的运行水平是否存在矛盾或不良隐患情况，电网运行效率和质量是否达到预期标准，并在此基础上实现优化升级与专项调整。此类电路仿真技术也在一定程度上反映了未来我国电气自动化领域的发展前景，大幅度提升了电气自动化系统运行安全性和稳定性。

4 无功补偿技术在电气自动化领域应用优化建议

现如今，我国电气自动化发展越发成熟，除了各类无功补偿技术之外，要大幅度提升该技术应用的安全性和实时性。以往很多无功补偿装置容易发生短暂过后容易对电网造成严重冲击和影响，缩短电气设备的使用周期寿命，因此为不断提高电气自动化运行水平，需强化无功补偿技术的优化，积极推广零过渡无功补偿技术，避免投切过程中出现过电压或过电流情况。另外也可以配合静止同步补偿器等相关技术有效客服和转变传统无功补偿技术应用过程中的问题和弊端，例如静止同步补偿器可以应用并网电压源逆变器进行专项控制，将电网滤波电抗值控制在标准范围之内。

另一方面，要对现有电气系统进行专项管理，并不断提升管理智能化和精细化水平。可以针对无功补偿技术的应用原理和应用优势进行广泛宣传与引导，并建立与之相适应的安全管理制度、人员操作制度，提升无功补偿技术的应用水平，并充分实现用电管理的核心标准。无功补偿技术应用期间需要同步注重节约用电的宣传和引导，实现电力体系节能降耗工作目标。

为保障电气自动化领域稳定发展，需要对现有无功补偿线路进行全面保护，在满足供电网络功率需求的基础之上，尽可能地降低电能损耗情况，提高自动化管理和规范化管理水平。与此同时，相关管理人员和电力系统运行维护人员要充分发挥主观能动性，始终坚持高品质质量管理原则，不论是电气设备安装还是电力系统维修养护，均需要严格对照标准流程落实相关操作。除此之外，要进一步推进无功补偿技术创新与升级，健全完善无功补偿技术应用规范，实现电气自动化系统的全方位发展。

5 结语

总而言之，在新时代发展背景下，我国电气自动化领域的发展水平大幅度提升，其中无功补偿技术对于保证电气自动化系统安全稳定运行有重要意义。本文首先论述了无功补偿技术概念及技术类型，其次探讨了电气自动化领域应用无功补偿技术的优势，重点探讨无功补偿技术在电气自动化领域的实际应用，最后提出了提升无功补偿技术应用水平的建议，希望能够全面推进我国电力系统健康稳定运行。