电气自动化中的无功补偿技术

时间：2021-01-20 10:30:46 电气自动化毕业论文我要投稿

电气自动化中的无功补偿技术

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　　电气自动化中的无功补偿技术【1】

　　【摘要】随着我国经济的飞速发展，科技水平不断提高，电气自动化技术及设备在社会各个部门中的应用日益广泛。

　　针对功率因数偏低的影响，无功补偿技术的应用，在提高电气自动化供电质量的同时，还能最大限度的降低电能损耗量，由此受到人们的青睐. 本文根据笔者工作经验，对无功补偿技术在电气自动化中的应用进行了探讨。

　　【关键词】无功补偿;电气;自动化;应用

　　引言：在我国科技与经济快速进步的同时，电气自动化领域也发生着日新月异的变化，供电、高铁等领域中都应用了电气自动化技术。

　　无功补偿技术是电力系统重要的节能技术，通过降低电力网络和变压器的损耗，有助于达到节能减排的目标。

　　一、无功补偿和特点

　　1.1 无功补偿的作用

　　无功补偿主要是通过在负荷端和电力网处安装电容器或调相机等无功电源来降低其运作能耗和维持其电压水平。

　　1.2 无功补偿的特点

　　电网中，产生无功功率量最大的设备主要是变压器和异步电动机，其中一部变压器的无功功率是运作功率的50%，而异步电动机是60%，其他设备如电抗器、供电线路和整流设备无功功率也占运作功率的20%。

　　从上述数据可知，电网中的无功功率主要源于变压器、供电线路和异步电动机等设备。

　　应用无功补偿技术，能够有效补偿耗费的大量无功功率，从而改善电网的电功率因素，确保诸多电力设备节能高效运作。

　　二、无功补偿技术

　　2.1 电力负荷的功率因数

　　功率因数的定义为变压器和电网等设备中有功功率占其可视功率的比例。

　　通常来说，电网都期望高功率因数运行，高功率因数的实现主要通过降低传输设备无功功率的比例和减少有功功率的损失来实现的，科学合理地提高用户的功率因数，尽可能地发挥供电设备改善电压的质量。

　　2.2 并联电容器补偿无功功率的作用及方法

　　2.2.1 并联电容器无功补偿的作用

　　在电网和负荷端安装电容器，能够通过无功补偿有效的降低无功功率的比例，不仅能够减少电网线路的损耗，而且还能够确保电压稳定，是一项改善供电质量和节能环保的技术。

　　提高功率因数不仅可以有效地降低电网有功功率的损耗量，可以有效地降低电网的无功功率的消耗量，而且又可以有效地提高了变压器与电线路容量利用率及减少电压降。

　　所谓的并联补偿就是把被补偿设备和电容器直接并接到同一个电路上去，来不断地提高功率因数。

　　通常将无功补偿技术中采用的电容器叫做并联电容器，此种无功补偿技术已经被广泛推广于电网行业。

　　2.2.2 无功补偿电压的调整

　　在电网和负载侧安装并联电容器，电容器的接入和切断极大程度的影响了变压器电压状况，因而在应用过程中，变压器电压质量能够借助电容器的接入和切断来进行改善。

　　三、无功补偿设计的基本要求

　　3.1 在设计中的变压器台数和容量、电动机选择要合适，降低线路的感抗。

　　当工艺条件与要求相符合时，可以通过同步电动机的采用和空歇工作制设备的选用等措施，将用电单位的自然功率因数提高。

　　3.2 在以提高自然功率因数的方法进行处理后，仍然无法满足要求的时候，可以通过无功补偿装置达到目的，多采用并联电力电容器。

　　如果10kV 或35kV 的高压电单位的功率因数在0.9以上，或低压供电单位的功率因数在0.85 以上，以并联电力电容器做为无功补偿。

　　3.3 以电力电容器做为无功补偿的装置，要将平衡原则做为主要原则。

　　低压的无功负荷通过低压电容器进行补偿，高压部分的无功负荷通过高压电容器进行补偿。

　　容量比较大且负荷平衡、使用频率较高的用电设备的无功计算负荷大于100Kvar 时，可在设备附近就地补偿。

　　四、无功补偿装置的选择

　　在实际工作中要认真分析用电负荷特性，根据不同用电负荷选用不同的无功补偿装置。

　　4.1 TSC 装置

　　适用于含有大量冲击性负荷的容量较大、负荷的电流瞬时变化很大，负荷冲击强、无功负荷瞬时变化大的场合。

　　在这种情况下，若采用MSC 无功补偿装置，电容器根本无法投入运行，不是电容器损坏就是交流接触器烧毁。

　　若选用TSC无功补偿装置，就可以取得很好的补偿效果。

　　例如某压延厂，变压器容量为1000kV・A，自然功率因数在0.6 以下，负荷冲击强、无功量瞬时变化大，根据其负荷特性采用TSC无功补偿装置，在车间配电室内进行集中补偿，总补偿容量为330kvar，共分12组(1 组10kvar、1 组20kvar、10 组30kvar)，采用编码投切方式。

　　4.2 MSC+TSC 装置

　　适用于高层住宅区、大型商场、写字楼等用电场所，这些场所既存在较多的单相负荷又有电梯、空调等动力负荷。

　　这类负荷采用MSC+TSC 混合补偿方式可取得较好的补偿效果。

　　例如某小区原有的无功补偿采用MSC 装置，白天照明负荷很小，主要是电梯负荷(启动频繁、运行时间短)，MSC 无功补偿装置既不能满足补偿度的要求，又由于频繁投切使交流接触器故障率很高，运行维修量很大，所以就将补偿柜退出。

　　五、电气自动化中应用无功补偿的现状

　　近些年，我国对电气自动化中的无功补偿技术做了很多深入的研究，为了构成有效的滤波通路、滤除谐波、降低负荷、提高电气的功率因数，其中很多无功补偿技术的引用目的都是在基波下牵引负荷的感性无功功率，这些无功补偿技术主要有以下几种：

　　5.1 真空断路投切电容器此设备简单且投资小，但是在合闸的时候会产生过高的电压，容易导致设备发生损坏，而且对于这个设备，不能有过于频繁的投切。

　　因为它受到开关寿命的限制。

　　5.2 可控饱和电抗器这个设备是通过对电抗器饱和程度的调节来改变整个回路的电流，主要让并联滤波器中的多余容性无功功率被感性电流抵消从而达到平衡点。

　　此设备的特点是可以在电气自动化系统中长期投入;但是它会产生谐波、噪声较大、对设备来说也会产生一定的损耗。

　　六、电气自动化中合理应用无功补偿的策略

　　6.1 深入分析无功补偿在电气自动化中应用的基本方式和方向。

　　在供电系统中，一个非常重要的评价标准是电能质量，而电压是电能质量的最核心的影响因素。

　　常见的很多关于电气自动化系统出现无功状况多是受到阻抗问题和功率因素问题的影响。

　　我国的电气化铁路对无功补偿的`应用主要方式是AT 供电方式，用的是SCOTT变压器，用晶闸管电子开关来控制电容的投切。

　　这个策略在我国铁路的现状上看来，能够很大程度上的降低较长辐射路线上存在的负序问题。

　　6.2 采用并联混合有源滤波器等先进技术和管理方式。

　　目前国内较为先进的混合式解决方案主要是并联混合式有缘滤波的无功补偿方案。

　　此方案能够解决由电力牵引负荷的不可控制的变化带来的电力滤波器补偿量过大的问题，这个方案同时也是对大型电气自动化系统的补偿技术的协调调整方案其主要通过LC和APF的混合，对谐波进行注入式的无功补偿。

　　这种方案的成本相对比较低、效益与投资性价比高、适用于低压电网。

　　七、结语

　　无功补偿技术是电力系统重要的节能技术，通过降低电力网络和变压器的损耗，提高电力网络的功率因数，应用合理的补偿装置，减少电网电压波动和限制电网谐波的产生。

　　将无功补偿技术应用到电气自动化当中时，应当时刻结合电气自动化系统的具体情况，对不同的系统进行对号人座，根据系统自身的特点和系统功能的要求选择恰当的无功补偿技术。

　　参考文献：

　　[1] 刘玉杰，周博. 浅述我对无功补偿的认识Ⅱ .科技信息(科学教研).2008(23).

　　[2] 谢常华. 电气自动化的发展[J]. 企业导报，2010(11).

　　[3] 丛民滋，无功补偿技术在定西配电网中的应用[J]. 水利电力机械，2007(10).

　　电气自动化中的无功补偿技术【2】

　　摘要：自动化电气设备中日益增强的非线性因素与变化规律日益复杂的单向电力牵引负荷增加了电网中负序、谐波的注入量和无功功率，对电力系统造成了危害。

　　本文首先分析了在电气自动化中无功补偿技术的作用，进而简要阐述了无功补偿技术在电气自动化中的应用，以保护电网系统，提高电气自动化控制设备的稳定性。

　　关键词：电气自动化;无功补偿技术

　　1前言

　　所谓无功补偿，是指在电力网和负荷端设置无功电源，如电容器、调相机等，以保证电力网和负荷端电压水平处于正常运行范围内。

　　由于电网系统中电气设备的负荷变化较为复杂，非线性影响因素多，导致系统中常常会出现谐波大、较高的无功功率等问题，大大影响了电气自动化水平的提高。

　　而无功补偿技术的应用，恰恰可以在当电力系统的无功功率电源出现问题而无法向系统提供一定的无功功率时，可以对系统进行合适的无功补偿，这样就可以为电气系统提供负载所消耗的无功功率，降低了供电线路和变压器输送无功功率造成的电能损耗，保证了电能稳定运行。

　　可以说，无功补偿技术已成为了电气自动化中重要的一部分。

　　为此，本文着重就电气自动化的无功补偿技术做一探讨，以做抛砖引玉之用。

　　2无功补偿技术的作用

　　2.1提高电压质量

　　把线路中电流分为有功电流la和无功电流lr，则线路中的电压损失：

　　△U=3×(IRu+IXr)=3×(PR+QXl)/U

　　式中：P--有功功率，KW;

　　Q--无功公路，Kvar;

　　U--额定电压，KV;

　　R--线路总电阻，Ω;

　　XI--线路感抗，Ω。

　　因此，提高功率因素后可减少线路上传输的无功功率Q，若保持有功功率不变，而R、XI均为定值，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。

　　2.2提高了变压器的利用率，减少投资

　　功率因数由cosφ1提高到cosφ2，提高变压器利用率为：

　　△S%=(S1-S2)/S1×100%=[(1-cosΦ1/cosΦ2)×100%]

　　由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高△S%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。

　　2.3减少用户电费支出：1.可避免因功率因数低于规定值而受罚;2.可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。

　　2.4提高电力网传输能力。

　　有功功率和视在功率的关系式为：P=Scosφ，可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因素越高，需要电网传输的功率越小。

　　3无功补偿技术在电气自动化中的应用

　　3.1主要方案

　　3.1.1真空断路器投切电容器

　　这种补偿方式中电容器组利用高压母线上电压互感器的一次绕组电阻放电，一般不装设专门的放电装置。

　　为防止电容器高压击穿，在电容器组中接有熔断器作为短路保护。

　　为降低电容器组在合闸时产生的冲击涌流及防止电容器组与线路电感发生串联谐振，可串联适当的电抗器。

　　它能有效地对高压母线前主变压器、高压线路及电力系统无功功率进行补偿，能有效地提高工厂的功率因数，而且总投资少。

　　但这种方法仍存在一定的劣势，那就是当电容器合闸时，容易出现很强的过电压，这样就不能有效的多次进行投切，那么动态补偿效果也不那么好了。

　　3.1.2固定滤波器和晶闸管调节电抗器

　　固定滤波器按谐波要求设计，反并联晶闸管与电抗器串联，通过改变晶闸管触发角，来对降压变压器中低压侧母线电压进行调节以及对连接于低压母线上的电抗器和滤波器进行控制，从而使无功出力得到改变。

　　其优点是需要的晶闸管数量少，响应速度快，调节性能好。

　　目前，对于无缘过滤器和有源滤波器相结合的技术还在研究中，使用有源滤波器所产生的谐波电流和负荷重的谐波电流是相反的，在应用时它们是通过相互之间抵消来达到总谐波电流的基本要求的。

　　在实际的应用中，还可以通过加装来确保无功功率的稳定性，以有效实现滤波。

　　3.1.3可控饱和电抗器和固定滤波器相结合的模式

　　调节饱和电抗器通过磁饱和程度来对流入的感性电流加以改变，使其能够和并联滤波器中的无功功率保持平衡。

　　其优点是固定滤波器的支路属于长期投入，在滤波器中能够产生和负序电流、负荷重谐波电流相反的电流，通过相互抵消对无功电流、电源总谐波要求加以满足。

　　3.2变电站无功补偿技术

　　变电站是一个供电区域的供电中心，用不同电压等级的配电线路向用户供电。

　　按照"分级补偿，就地平衡"的原则，配电线路和电力用户应该基本达到无功功率平衡，不向变电站索取无功电力。

　　容性无功补偿装置以补偿主变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧的无功补偿。

　　容性无功补偿装置的容量可根据主变压器容量来确定，可按主变压器容量的10%～30%配置，并满足35～110kv主变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95的要求。

　　当主变压器单台容量为40mva及以上时，每台主变压器应配置不少于两组的容性无功补偿装置。

　　3.3配电线路的无功补偿

　　电力网中，配电线路数量很多，其线损约占总线损的60%-70%。

　　因此，对配电线路进行无功补偿，降低配电线路的功率损耗十分重要。

　　在配电线路中，主要是采用分支线路补偿法，即，以分支线路的无功功率平衡为主，对分支线路的无功消耗进行补偿，尽可能减少分支线路向主干线索取无功，从而减少无功损耗。

　　在进行无功补偿时，主要注意以下几点：(1)以分支线路所带配电变压器的空载无功损耗来确定分组补偿容量;(2)选择负荷较大的分支线确定补偿点;(3)对于小分支和个别的配电变压器，可视为主干线上的近似均匀负荷，可按需要确定补偿点和补偿容量(补偿空载无功损耗);(4)所有配电变压器的负载无功损耗均以用户自主补偿为主，如果用户未进行补偿或补偿容量不足，仍需向主干线索取无功。

　　目前，对配电线路进行无功补偿，在美、英等发达国家已经得到了广泛应用，但在我国是近年来才开始逐渐应用。

　　从目前的补偿方式和效果来看，线路的补偿容量是按配电变压器的空载无功损耗来确定的。

　　这种方法还不是最优的补偿方法，因为一旦线路带上负载以后，如果用户补偿设备投入不足，线路就会处于欠补偿状态。

　　但从当前我国配电线路无功补偿的应用来看，能达到这样的效果，已经不错了。

　　4结束语

　　总而言之，对电气自动化行业来说，无功补偿技术是非常重要的技术，它可提高功率因数及减少设备容量和功率损耗，稳定电压和提供供电质量。

　　目前，无功补偿技术在电气自动化中得到了广泛应用，在电气功率的提高上起到了积极的作用。

　　但尽管无功补偿技术的作用非常大，但也不能盲目地应用于电气自动化中。

　　在实际的应用中，若配网中通过变压器、线路的电能损耗和功率较多时，应在对受电端安装无功补偿装置时，要有效减少负荷无功功率的损耗;在安装片区变电站的无功补偿装置时，要合理配置它的补偿容量，以防止出现无功倒送的现象。

　　因此，需要我们对电气自动化和无功补偿技术的结合做更为深入的研究，以取得更大的经济效益，为推动我国经济发展的整体水平做出更大的贡献。

　　参考文献：

　　[1]柴虹. 无功补偿技术在电气自动化中的应用分析[J].硅谷，2014(21).