电气自动化中的无功补偿应用

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　　【摘要】目前电气化铁路存在着功率因数比较低的问题，为了使这个问题得到解决，技术需要进行改造和创新。这就要求了要采用无功补偿技术，进而为技术提高供电的质量,减少技术中的电能损耗。本文对无功补偿技术在电气自动化中的应用进行了论述，为了使之完善，也对这些无功补偿技术存在的问题提出了个人的意见和建议。
　　【关键词】无功补偿；技术；自动化
　　
　　1 无功补偿技术的研究现状
　　随着电气化程度的进一步加深，一些先进技术的相继的被采用，无功补偿技术的研究现状也进一步的得到了提升。为了提高电气化铁路存在着功率因数，降低铁路中的负序，这就需要构成有效的滤波通路，对所指定的谐波进行滤除或抵消，很早开始国内外在无功补偿技术这方面已经开始进行了深入的研究，希望这种技术能造福于人类。其中最有影响力的是英国的ERG5／ERG5／4，原苏联的1000-3―6IEC。近几年来，我国结合国外的先进技术，在这方面也有了突破，并制定了相关的国家标准，对电气化铁道中的无功补偿与谐波结合使用方面提出了很多的无功补偿类的方案，大多是想在基波的基础上，对牵引负荷的感性无功功率进行补偿，进而提高了铁路中的功率因数，降低相关的负序，形成了一条有效的滤波通路，这就使指定的谐波被滤除或抵消了。
　　2 无功补偿技术的实现途径及其特点
　　进行安装由固定电容器和电抗器组成的单调谐滤波器。在设计的过程中，需要滤除或抵消所指定的谐波，在此基础上提高功率因数，降低相关的负序。另外，真空断路器要对电容器进行适当的投切。这个设计的最大优点是操作比较简单，投资比较小；但这个设计中利用的是合闸，这就会使电容器上产生过高的电压，使相关设备遭到损坏，再考虑到有开关寿命有限，不能反复的进行投切操作，这就会使动态补偿的效果不是太好。那么若先固定滤波器和晶闸管，然后在对电抗器进行适当的调节。这个过程中注意晶闸管需要反并联，电抗器需要串联，这样才能使其组合和呈并联状态的滤波器中多余的无功补偿电流平衡掉，进而提高了功率因数，满足了功率因数的要求。这个设计好的地方是固定滤波器可以长期的投入，这个过程中需要的品闸管数量相对来说比较少，响应速度还快，但美中不足的是这个过程中也产生相应的谐波。若采用先固定滤波器和使用可控饱和电抗器的方案，则需要先调节饱和电抗器的磁饱和程度来使流入回路的感性电流得到改变，这样就使其结合和呈并联状态下的滤波器中无用的容性无功功率平衡掉。这个方案好的是固定过的呈并联状态下的滤波支路可以长期的进行投入，得到平衡，但这个过程固定过的呈并联状态下的滤波支路长期的使用也会产生谐波，而且过程中还会产生有损耗，噪声比较大。这就需要安装有源滤波器，采用相关的电力电子装置，使其产生的电流和负荷中的谐波的电流、负序的电流抵消掉，进而满足过程中电源的总谐波的要求和提高功率因数的要求。这种方案的优点是过程中的无功补偿比较灵活，调节的速度比较快，这样就不会和系统产生谐振，但这个过程中的电力电子设备价格太贵。还有一种方案是先固定滤波器、电容器和电抗器，然后进行相关的调压。这个方案是通过调节降压变压器处于低压时，对母线电压进行调节，使连接在低压母线上的滤波器电压或电抗器的电压进而得到调节，最后改变无功补偿。调节时用品闸管通断，分接开关无载调节，电气寿命理论上不受限制。
　　在实际的应用中，通常需要通过加装来提供稳定的无功功率和使指定的无用波过滤掉，这就需要选择有源滤波器和无源滤波器进行调节。目前无功补偿技术还处于研究的阶段，采用了有源滤波器和无源滤波器使其产生的电流与负荷过程中产生的谐波电流抵消掉，进而来满足电源的总谐波电流的相关要求，这个过程中的最大优点是充分的利用了无源补偿的大容量的特点和有源补偿的高度灵活性、可控性。
　　3 无功补偿技术在电气自动化中的应用
　　通常电能质量是评价牵引供电系统设计和运行优劣的件能的指标，而电压是衡量电能质量的一个重要指标。由于系统中的接触网、变电所和牵引机车中的无功状态受负荷消耗的无功功率，即电力机车的功率因数的影响，这就给所在地区的电网带来了严重的负面影响。另外，接触网和牵引变压器的阻抗大小不同，也会对所在地区电网带来了负面影响。例如：当出现很多的整流的非线形负荷时，就会产生高频率的谐波，这就会使当地电网波形质量受到影响而下降，进而会引起当地电网电压发生一些偏移和波动，使电网质量和安全没有保障。为了解决各种类似问题，我国的电气化铁道中通常采用SCOTT变压器，即斯科特变压器提供特殊供电方式。另外，在电力机车上安装滤波装置，使机车的功率因数得到提高。
　　补偿装置的电路是由串联的电容器和串联的电抗器组成，接在主变压器的牵引着的绕组上，并用晶闸管电子对开关进行投切操作。对于高频的谐波，补偿了电路的容性，在电网返回过大的无功电流时，就会起到无功补偿作用。而对于低频的谐波，电路通常是低阻抗，它会吸收被返回的低频谐波的电流，进而降低输出的谐波电流。有些电站设置了一种固定的无功补偿的滤波装置，虽然这些措施在一定程度上取得了显著成绩，尤其是随着全国电气化线路的逐渐增长，电力系统容量也随之渐渐的增大了，这就要求电气化供电的设计中要合理的配置区段相位。但从宏观方面来说，负序问题虽得到了暂时的解决，但有些牵引变电站的很多问题没有彻底的得到解决。
　　4 无功补偿技术目前存在问题
　　电气化系统中进行无功补偿技术使经济效益显著增加并得到推广，但在推广中还有很多问题没有得到解决。例如：当大量的电流从发电厂运输到高压变电站，再通过输电的线路运输到中低压变电站时，会使大量的无功电流远距离的进行运输变得困难。再如，若无功补偿容量没有合理的配置，大多数的变电站补偿电容因为是整组的进行投切，那么就不能由负荷发生变化使之被平衡掉，就会出现高负荷造成功率因数很低或出现低负荷造成过补偿。若增加重配置电线路的负担，会使负荷处于低谷时造成无功的倒送，给使用固定电容器补偿方式的用户造成不便。
　　5 对无功补偿技术提出的意见
　　负荷电流在通过线路和变压器时会产生电能损耗，这就使功率因数降低，那么地区电网所需功率就会越大，线上的损耗就会越大。因此，在电的两端要安装无功补偿的装置，使线路中负荷的无功功率损耗减少。总之，提高功率的因数，降低线的损耗是节能的最直接、最经济的方法。对负荷较大的公用变压器，要全面考虑和高度重视配网中的无功补偿。
　　加强对用户无功补偿的管理和宣传节能的力度，使用户认识到小容量用户也可通过加强无功补偿来减少各种内部原因造成的有功功率的损耗，进而可以节约用电。
　　6 结束语
　　随着电气自动化技术及其设备在社会的各部门和各领域的广泛应用，电气设备中的单相电力牵引负荷变化比较复杂，非线性因素也渐渐地增强。随着无功功率的增大，注入电力系统中的负序和谐波等问题都会表现出。另外，围随着电气化程度的加深其适用范围也日益得到扩展。为了更好的解决国民生产中电力资源的浪费，本文结合了电气自动化技术和其相关的设备系统特点、负荷特点，采用无功补偿技术，对无功、负序和谐波的综合提出来补偿方法和建议，希望能够为电气供电系统和安全系统做出贡献。
　　参考文献
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