朱 根

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂，山东 济南 271104）

电力供电系统作为各种自动化电气设备的能源供应装置，为工业生产企业的自动化生产提供了源源不断的动力能源。但是，受到电力供电系统功率因数的影响，系统在提供电力能源的同时，极易出现供电变压器与输送线路损耗，进而影响电网的供电质量，导致自动化电气设备无法正常运转。而无功补偿技术的出现，能够提高电网的功率因数，有效改善供电环境，并且在保持稳定供电电压的前提下，能够节省大量的电力能源。

1 无功补偿技术基本原理

无功补偿又称之为无功功率补偿，是电力供电系统当中调节和改善供电环境，提升电网功率因数的重要装置。近年来，由于我国工业生产过程中使用的自动化电气设备越来越多，导致设备功率消耗量巨大，无形当中就增加了企业的经济负担。而无功补偿技术的出现恰恰解决了这一难题，尤其在电气自动化生产过程中的应用，使得电网供电质量得到可靠保障，进而电网的电力能源损耗量也显著降低，因此，无功补偿装置始终在电力供电系统中扮演着不可或缺的角色。

图1 无功补偿装置的工作原理

无功补偿技术的基本原理是将感性功率负荷装置与容性功率负荷装置并联在一起，使二者同处于一个电路当中，当容性负荷本身进入到能量释放状态时，释放出的能量可以被感性负荷装置及时回收，而感性负荷装置释放能量的同时，容性负荷同时扮演着吸收能量的角色，因此，二者之间的能量可以相互交换，在这种情况之下，感性负荷对无功功率的需求均可以由容性负荷输出的无功功率进行补偿[1]。在电路系统当中，如果电路本身表现为感性，将吸收无功功率，此时，电流滞后于电压，当电路表现为容性时，电路将释放出无功功率，电流将超前于电压，所以说，电网系统往往包含感性与容性两种无功功率。无功补偿装置的工作原理如图1 所示。

2 无功补偿技术在电气自动化中的应用优势

2.1 满足电气设备对无功功率的需求

自动化电气设备在正常运转时，将同时产生无功功率，这与电气设备的实际工作电压以及设备的额定电压存在必然联系。当额定电压与实际电压数值趋于相等时，此时，电气设备的实际工作电压数值与无功功率数值相同。如果电力系统无法提供电气设备所需的工作电压，设备将中止运转，整个系统将处于瘫痪状态。而无功补偿技术能够及时补给电力系统所需的无功功率，在这种情况之下，自动化电气系统才能在电力能源的驱动下正常运转。

2.2 节能降耗，节省成本

自动化电气设备运行时，将产生有功功率与无功功率，有功功率能够及时转换运转过程中所消耗的电能，将其转化成为热能与机械能，而无功功率则可以将系统运转过程中消耗的电能转化成为其它的可利用能源。在这种情况下，电网中的电力能源可以实现循环利用。随着工业生产对电气设备需求量的不断增长，电力能源消耗量持续增加，这就加大了企业的生产投入成本，而应用无功补偿技术能够大幅减少电力能源损耗，使单位时间内的用电量大幅降低，进而为企业节省大量的生产成本，促进经济效益的快速提升[2]。

2.3 响应时间短

以SVG 无功补偿技术为例，该技术主要采用无功电流源型实时补偿的方式，因此，无功功率补偿的响应时间仅为10ms，而且补偿效果较高，补偿精度较高。另外，SVG 无功补偿技术可以对电力系统中的感性负载与容性负载同时进行补偿，经过现场测试试验发现，补偿后的功率因数能够达到0.98 以上。与普通的无功补偿装置相比，这种新型的无功补偿技术效率显著提升。

2.4 减少发、供电设备的设计容量

电力系统在运行过程中，如果发、供电设备的设计容量过大，就会增加生产成本，进而给企业的经济效益造成严重影响，而应用无功补偿技术以后，电力系统中的发、供电设备的设计容量明显降低，这就就大大减少了生产性投资，进行间接为企业创造更多的经济效益。比如当电力系统的功率因数从cosΦ=0.8 增加到cosΦ=0.95 时，装1Kvar 电容器可以节省设备容量0.52KW；同时，增加0.52KW 对原有的自动化电气设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，当应用无功补偿技术以后，可以减少设计容量，减少投资，促进企业健康可持续发展。

3 无功补偿技术在电气自动化中的具体应用

3.1 在配电线路中的应用

配电线路作为电网中的重要分支线路，主要承担着分配电能的任务，如果将无功补偿技术应用于配电线路当中，首先需要计算出各分支线路的无功损耗值，然后根据计算结果选择最为经济合理的补偿方式，使电力系统在运转过程中损耗的功率能够得到有效补偿。在计算无功损耗值时，技术人员应对空载时的无功损耗予以确定，以避免出现各分支线路功率补偿不足的情况。

配电线路中的无功补偿主要包括三种方式，即低压个别补偿、低压集中补偿以及高压集中补偿。其中，低压个别补偿与电气设备开启与关闭同步进行，因此，这种补偿方式很少出现无功倒送现象。低压集中补偿具有较好的经济性，而且便于维修和维护，其功率补偿机理主要是依靠于对电容器的投切进行无功补偿。高压集中补偿投资小，易于维护，但是，适用范围具有局限性特点，目前，这种无功补偿方式多用于6KV ～10KV 的配电线路中母线无功功率的补偿，因此，更适合在一些大型工业生产企业中推广和应用。

3.2 在晶闸管调节电抗器中的应用

在自动化电气设备运转过程中，系统将产生大量的谐波，这些谐波不仅能够降低变压器、断路器的容量，同时，也能够加快电气设备的老化速度，缩短设备使用寿命，尤其是系统内部的晶闸管控制电抗器，产生的谐波量相对较大，为了减少谐波的产生量，工业生产企业将无功补偿技术与晶闸管控制电抗器技术融合到一起，并收到了理想的应用效果。比如以某冶金企业炼钢生产车间为例，为了减少谐波的危害，技术人员在晶闸管理控制电抗器当中安装了无功补偿装置，并对安装前后35KV 母线、电炉以及精炼炉三处位置的电压、电流、功率因数变化情况进行比对，比对数据如表1 所示。通过该装置安装前后的数据比对可以看出，安装无功补偿装置后，系统的功率因数显著提升，母线电压也得到大幅提升，而两台电炉与精炼炉的功率因数也出现小幅度增长态势，进而在保证正常生产作业流程的情况下，有效降低了单位时间内的电力能源损耗量[3]。

表1 安装无功补偿装置前后系统参量变化情况

3.3 在有源与无源滤波器中的应用

过去，在补偿电气设备固定滤波器的无功功率时，常常运用电力电容器等无源器件构成无源滤波器，该装置与需要补偿无功功率的非线性负载呈现出并联关系，这种传统的补偿方式无法满足电力系统正常运转所需要的无功功率。因此，近年来，出现了一种新型的有源电力滤波器，这种新型装置能够随时跟踪补偿各次谐波，自动产生电力系统正常运转所需的无功功率，而且不会出现无谐波放大的危险，使自动化电气设备能够高效运转，同时，减少大量的能量损耗。有源滤波器的工作原理主要是借助于大功率的电力器件，构成电力系统所需的电源，该电源可以随时向系统提供无功电流，使电气设备运转过程中产生的谐波与反相谐波相抵消，进而延长电气设备的使用寿命。

3.4 在磁饱和式可控电抗器中的应用

随着工业生产规模的不断扩大，生产过程中应用的大型设备数量急剧增长，比如对于钢铁企业来说，大型轧钢机、大型电弧炉、大型电焊机等电气设备的使用频率越来越高。而这些设备在运转过程中常常产生冲击性负荷，而给电网的电压造成严重影响，进而直接威胁电气设备的安全稳定运行。为了增强电网运行的安全性，提高供电效率，减少能源消耗，多数钢铁生产企业相继把无功补偿技术应用于磁饱和式可控电抗器当中。

磁饱和可控电抗器主要由电容器组、可控电抗器、可控硅阀和控制柜组成，在该装置运转过程中，如果产生的控制电流越大，输出的感性电流也越大。而应用无功补偿技术通过调整晶闸管的触发导通角，对系统滞后的无功功率进行连续控制，使供给系统的无功功率始终保持在常数状态，这就遏制了电压的波动与闪变，进而大量吸收与冲击负荷同时产生的高次谐波。由此可见，无功补偿技术在磁饱和可控电抗器的应用不但解决了电压波动问题，同时，也有效降低了电力能源消耗。

3.5 在电力用户补偿中的应用

为了满足电力用户对电力能源的需求，技术人员将无功补偿技术引入电气自动化系统当中，该技术的实际应用，不仅节约了电能，使电力用户的正常能源消耗得到满足，而且也给电力用户节省了大量的费用。需要注意的是，在选择无功补偿方式时，应当结合电力用户的用电范围合理进行选择，也可以结合自动化电气设备的特点与电能集中使用的时间区间予以确定。比如以安装电容器的方式为为例，这种方法主要是将电容器安装在自动化电气设备当中，并采取分组安装的形式，使无功补偿装置能够发挥最大化价值，保证电气设备的正常运转。

4 结语

无功补偿技术在电气自动化中的应用开辟了工业生产的崭新格局，尤其在电气设备正常运行时，无功补偿技术能够有效提升系统的功率因数，在这种情况下，无功补偿装置能够及时供给系统运转时所需的无功功率，进而降低电力能源损失，提高电网运行质量，保障电力系统安全稳定运行。因此，电气自动化技术与无功补偿技术的深度融合不仅是工业生产自动化水平提升的坚实保障，同时，也推进了工业生产企业自动化、智能化、信息化发展进程。