关东城

（广西南宁市 530000）

电气自动化中无功补偿技术浅析

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现如今，随着城市化进程的不断加快，城市建筑的数量越来越多，居民的用电量也随之增加。基于此，人们对于电网的无功要求不断的提高，单相电力牵引产生的负荷变化十分的复杂，且非线性的因素也越来越多，因此对于电气自动化中无功补偿技术的相关研究也要紧跟其后。本文就对电气化铁路背景下，探讨了无功补偿技术。

电气自动化；无功补偿；补偿技术

1 引言

当前，我国各部门各领域已经越来越广泛的应用到了电气自动化技术及电气自动化的相关设备，比如在高速电气化铁路牵引系统、供电变电所中。然而由于越来越多的单相电力牵引中出现了复杂的负荷，非线性因素也越来越多，使得无功功率越来越大，电力系统中注入越来越多的负序，谐波的含量也随之增大，电气自动化程度的日益加深，电力牵引负荷所涉及的范围也在不断的扩大，电力系统安全经济运行以及电气供电系统运行很大程度上取决于电气自动化的程度。所以，要将电气化技术以及设备系统的特点以及电力牵引负荷的特点相结合，找出综合补偿无功、负序以及谐波的方法。铁路单相交直系统、供电变电所中固有的三大技术就是无功、负序和谐波。国内外对这三项技术已经展开了一定的研究，对其影响较大的要属IEEEStd519，英国的ERG5/3和ERG5/4，原苏联的OCT-18/09-87，1000-3-6IEC：1996等，而我国在这方面也制定了相关的标准，然而，随着电气自动化程度的不断加深，牵引变电所的容量也不断增加，尽管这些措施具备一定的应用价值，但非线性因素存在较高的不可预知性，很容易出现严重的后果，例如大同二电厂机组发生事故、河南信阳地区线路发生跳闸都是上述原因所致。基于此，为了对这些技术今后的发展方向进行分析，并提出新的无功补偿技术，本文将对电气化铁路背景下的无功补偿技术展开相应的探讨。

2 电气化铁路无功补偿技术研究发展及应用现状

近几年，参照国外相关的先进技术，我国电气化铁道变电所在无功补偿以及谐波综合治理方面提出了很多无功补偿的方案，主要都是在力求基波下对牵引负荷的感性无功功率进行补偿，使得功率因素有所提高，负序有所降低，从而构成有效的滤波通路，滤除并抵消指定的谐波。实现这些补偿技术的主要途径以及各种的特点如下所述：

（1）将电容器以及电抗器进行固定安装，使其组成单调谐滤波器。设计滤波器时要将指定的谐波滤除，同时要兼顾功率的提高，使得负序降低。

（2）在电容器内投切真空断路器。此方法具有简单、投资小的优点，缺点就是断路器在合闸时，电容器上产生的过电压较高，会损坏设备，并且由于电气设备开关寿命有限，不能够频繁的进行投切，对于动态的补偿效果会产生很大的影响。

（3）晶闸管调节电抗器即TCR+固定滤波器。晶闸管反并联后再与电抗器进行串联，使其能够跟并联滤波器中多出来的容性无功补偿电流保持平衡，并且跟功率因素的相关要求相符，该设备具有投入时间长，不需要太多的金闸管，响应速度较快的优点，但却会产生一定的谐波。

（4）晶闸管调节变压器即TCT+固定滤波器。由于制造高漏抗变压器比较麻烦，会损耗大量的功率，因而此种补偿技术难以被广泛的应用。

（5）固定滤波器+可控饱和电抗器。流入回路中的感性电流可以通过调节饱和电抗器的磁饱和程度来实现，使其能够跟并联滤波器中多余的容性无功功率保持平衡。该补偿技术具有固定并联滤波支路长期投入的优点，但需要产生谐波，损耗较多，噪声也大。

（6）有源滤波器（APF）。为了满足电源的整体谐波以及无功电流的要求，需要使用电子装置，使其能够产生跟负荷中谐波电流、负序电流相位相反的电流。此补偿方案具有补偿灵活，调节迅速，不易与系统发生谐振的优点，但电力电子设备的价格却很昂贵。

（7）固定滤波器（FC）+电容器（TC）+电抗器（TL）调压。为了对连接在低压母线上的滤波器或电抗器的电压进行调节，并改变其无功出力的状况，需要对变压器低压的侧的母线电压进行调节，调节时，用晶闸管通断，分接开关无载调节，就理论而言，电气的寿命是不需要受限制的，而在实际的应用中，则可以加装固定滤波器、电容器以及电抗器以便为其提供稳定的无功功率以及实现滤波。

（8）有源滤波器（APF）+无源滤波器（LC）。该补偿技术目前还在研究初期，使用的有源滤波器会产生跟负荷中谐波电流电位相反的谐波电流，这两种电流会相互抵消，从而满足电源的总谐波电流的相关要求。该技术具有能够充分利用无源补偿容量大的特点以及有源补偿时灵活可控的优点。

尽管现阶段，实现无功补偿的途径多种多样，但由于电气自动化设备中的单相电力牵引负荷变化越来越复杂，非线性因素的不断增多，需要进一步加强无功补偿技术研究。

3 谐波注入式并联混合有源滤波器的无功补偿技术及方案

随着电力牵引的负荷变化越来越复杂，非线性因素的不断增多，有源电力滤波器补偿的容量较大，为了有效解决这些问题，则提出了将有源滤波器（即APF）与无源滤波器（即LC）相混合的方式，混合这两种滤波器使用的是谐波注入式的无功补偿技术。因为牵引负荷时非线性的负荷，基于此，可以借助于反无功控制比较好的LAMSC型低压智能投切电容器动态无功补偿成套装置的方法，改电容C1为动态的补偿型式，从而得到图1所示的补偿装置拓扑结构。

图1补偿装置拓扑结构图

图1中，在经过改进后的谐振注入式混合补偿器拓扑结构中：电容器C1的投入，需要按照负荷的大小，并在中央处理器的控制下完成；中央处理器会控制有源滤波器，并将与负荷谐波大小一致的谐波注入至牵引供电系统中。二相位相反的反向谐波则能够实现将谐波消除的目的；将C2与L2组合在一起，能够形成基频率滤波器，为电流通路提供基波，确保无功功率的补偿能够对谐波形成一定的阻力，从而有效减小有源滤波器内的容量以及体积，降低设备运行的成本。

4 无功补偿技术在电气自动化中的合理应用

4.1 深入分析无功补偿技术的使用需求

在评价供电系统时，最主要的一个评价指标是电能的质量，而在供电系统中对电能的质量产生影响的最主要的一个因素就是电压。现阶段，电气自动化系统中，抗阻问题以及功率因素则会引发常见的无功问题，而无功状况则会对电力系统的整体产生严重的影响。不同的电气自动化系统对于无功补偿的要求存在差异，在应用无功补偿技术时，要根据实际情况合理选择无功补偿方案，确保电气自动化系统运行的可靠性以及稳定性。

4.2 加强对无功补偿技术的共性问题的研究

在电气自动化系统中使用无功补偿技术不但能够有效提高系统的运行安全性以及稳定性，还会缓解资源浪费问题，直接或者间接的降低了电力企业各方面的资金投入。我国常在变电站中应用无功补偿技术，当发电机在运行时，变电站中会有大量的无功流流动，这些无功流在经过变电站后会传输至低压线路，而一旦这条线路传输距离较远时，则整个传输系统会受到无功流的影响，因而，供配电管理部门要按照该片区实际的用电量，并与变电站所需无功补偿特点相结合，通过变压器及变低侧负荷及时的调整无功补偿方案，合理配置补偿容量，最终有效避免无功倒送现象的出现。

4.3 选用并联混合有源滤波器等先进技术及设备

将无功补偿应用到电气自动化中，需要相关的工作人员熟练掌握有关的无功补偿技术以及相关设备的使用，优先选用国外的先进技术以及相关的电力设备，从而确保无功补偿效果达到最优。并联混合有源滤波器是现阶段较为先进的无功补偿设备，其是将无源滤波器与有源滤波器组合在一起，以注入方式对谐波进行无功补偿。

5 结论

总之，电气自动化设备中单相电力牵引负荷变化越来越复杂，非线性因素越来越多，为了有效的提高功率因素，降低负序，构建出有效的滤波通路，抵消或滤除指定的谐波，可以采用各式各样的无功补偿技术，并制定谐波的综合治理方案。

[1]张宏杰.电气自动化中无功补偿技术的应用[J].中国高新技术企业，2013（29）：38～39.

[2]王大飞.电气自动化中的无功补偿技术分析[J].现代制造，2012（24）：11～12.

[3]高亢.对无功补偿技术在电气自动化中的应用分析[J].科技资讯，2012（27）：144.

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1004-7344（2016）02-0035-02

2016-1-5

关东城（1987-），助理工程师，本科，工学学士，主要从事电力计量设备维护工作。