电气工程及其自动化无功补偿技术的实际应用研究
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摘 要：在我国电气工程自动化水平的逐步提高下，以无功补偿技术为代表的各种先进电力技术也得到极大发展，为提高电力供给效率，控制供电设备损耗等均发挥了重要作用。在这一背景下，本文将在阐明无功补偿技术基本内涵与主要技术特征的基础上，以某变电站为例对电气工程及其自动化无功补偿技术的实际应用进行简要分析研究。
关键词：电气工程 自动化 无功补偿技术
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（c）-0045-02
电气工程在实现自动化发展的过程中，也伴随出现了各种谐波问题以及动态补偿等问题，而传统的静态无功补偿技术显然已经难以与现代化、智能化的电力行业发展需求相符合。为此有必要加强对动态无功补偿技术及其实际应用的深入研究。本研究可为相关研究人员给予一定理论参考之余，也为自动化无功补偿技术在电气工程中的高效利用提供相关实践指导与帮助。
1 无功补偿技术的简要概述
1.1 基本内涵
以无功补偿理论为基础的无功补偿技术，指的就是一种在相同线路上实现感性功率负荷和有容性功率负荷装置的有效并联的技术。使得电能可在电网中任意进行两种负荷交换，互相为对方补偿无功功率，进而在有效提升供电系统电网功率因素的同时，达到控制供电设备、线路等对电能产生的损耗，实现供电效率最大化，切实保障电网安全、稳定运行[1]。具体来说，电网中使用并联的补偿电容器时，变压器负载电压会因此受到一定影响而发生变化，故而为使得负载电压始终具有较高质量水平，可根据实际情况对电容器进行无功补偿的投入或切除。在电容器投入调整时，如果分别用和表示电容器投入前后，变压器负载因数与负载侧功率增加因数，用U20与U2+分别表示电容器投入前后，变压器负载电压与电压增加值，则有：
在该公式当中，变压器自身负载侧额定电压与电源侧运行电压分别用U2N和UX进行表示，变压器运行时的电压则用U1进行表示。在切除电容器的过程中，如果分别用和表示其负载侧功率及其减少因数，用U20与U2-分别表示电容器切除时其负载侧电压值及其电压减少值，则有：
1.2 技术特征
当前在无功功率中较为常见的设备主要包括异步电动机以及变压器等，其中异步电动机与变压器在整体中的所占比重分别约为60%和20%，另外还有包括整流器和供电线路等在内的其他基础设备。但整体来看，异步电动机设备上产生的无功功率消耗最大，而无功功率在线路、整流器等基础设备以及变压器当中的消耗量基本相同。供电企业通过根据自身实际情况灵活运用无功补偿技术，可使得供电效率以及用户用电因数得到明显提升，在保障电网整体实现安全稳定运行的同时，有效增强电网运行的经济性，控制电能损耗。
2 电气工程自动化中无功补偿技术的实际应用
2.1 FC+TCR型补偿设备
为有效说明电气工程及其自动化无功补偿技术的应用，本文以某变电站为例。该变电站负责为所在城市的中心区域供电，输配电线路采用分级补偿、就地平衡的方式进行输电。需要配電线路内以及用电用户在电量接收中，能够有效平衡无功功率，变电站则基本不为其提供无功功率。因此在该变电站中，除了使用主变压器作为无功补偿设备之外，还在无功补偿技术原理下，采用了FC+TCR型补偿设备。即在电网当中以串联形式分别接入一个电抗器与两个反并联晶闸管，其中TCR装置等同于交流调压器电路接电感性负载，电路在90°～180°之间可进行有效移相。在触发角达到90°的情况下，晶闸管实现全导通，此时其导通角为180°，电抗器可吸收最大无功电流。鉴于TCR响应时间不超过半周波，能够持续对无功功率进行吸收，但电流中容易存在谐波并出现较大功率损耗，因此该变电站通过将TCR与并联电容器进行相互整合，利用TCR+FC型补偿设备，即将一定数量的不可控电容器和TCR并联接入同一电网中，电容器容量与负载所需无功总量相一致，电感为可变电感[2]。变电站工作人员通过对该补偿设备的双向晶闸管导通角的大小进行适当调整，进而达到有效控制补偿器吸收的无功分量，实现对无功功率进行灵活调整的目的。在导通角为0°的情况下，晶闸管全导通，此时电感支路消耗无功功率最大，补偿器向系统输出的无功功率最小。当导通角逐渐增大并最终达到90°时，电感支路电流将会逐渐减小直至断开，此时电感几乎不吸收无功功率，补偿器所输出的无功功率将最大。
2.2 变电站无功补偿应用
根据相关数据显示，该变电站根据30%主体变压器容量配置容性无功补偿设备容量，要求其与35～110kV变压器负荷相吻合，在输电线路实际运行时，高压电流侧功率因数需至少达到0.95。如果变电站中单个变压器容量在40MVA以上，则需为单个变压器同时配置至少两组无功补偿装置，以此有效达到无功补偿的效用。15%和20%主变压器容量分别为该变电站35kV以及110kV变电设备d 补偿容量。由于变电站负责为市中心区域供电，其供电运行状态基本以轻负荷形式为主，通常无功补偿取最小值，即将10%主变压器容量作为无功补偿值[3]。使变电站在空载运行状态下产生的无功损耗略低于无功补偿值。为了能够满足变电站不断增长的设备运行负荷需求，相关工作人员在充分结合变电站实际情况的基础上，严格依照国家相关规定要求，建立了较为完善的补偿调整制度，对无功补偿调整方式、无功补偿值等进行统一明确，使得供电稳定性得到了极大保障。
在夏季、冬季等用电高峰时期，变电站设备会出现较大负荷，此时电压经常会出现明显下降的情况，进而难以始终维持较高的供电质量水平。变电站工作人员通过认真遵循无功补偿调整制的相关规定要求，合理选择补偿容量即可。而如果变电站所选补偿容量比经济补偿容量要大，则在条件允许的情况下，变电站可临时增加部分设备，将补偿调整至各子变电站中，进而获得更加理想的无功补偿效果。另外，如果变电站区域内，电力用户以及配电回路无功补偿不理想，则变电站同样需要根据实际情况，临时增设相关设备，使得无功补偿容量可以得到一定提升，变电站在有效承担补偿差额的同时，使得整体设备可以维持稳定、较高的运行效率。在此基础上，相关工作人员对站内无功补偿设备，使用两次负荷侧母线分段运行方式，将其分成两组。用以对变电站中的各主变电器运行进行分别有效控制，同样也可以在节约变电站无功补偿成本的同时，使其能够获得良好的经济效益。
3 结语
综上，无功补偿技术有助于供电企业与用户提高供电效率及用电因数，将电网运行中的电能消耗减至最少，切实保障电网实现安全、稳定、经济运行。为此相关工作人员需要在结合实际需要的基础上，严格按照国家相关规定要求，合理运用无功补偿技术，并依托该技术自主研发更多功能强大的自动化无功补偿设备，从而在充分发挥其应有效用，自动调控补偿容量下能够获得更加理想的电网运行效果。
参考文献
[1] 范瑞云.浅谈无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].南方农机，2019，50（3）：252-253.
[2] 张欢欢.智能无功补偿技术在电气工程自动化中应用研究[J].科技风，2017（20）：150.
[3] 朱晶晶，曾龙，王善彪.智能无功补偿技术在电气工程自动化中应用[J].山东工业技术，2017（10）：160.
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