【摘要】在科技高速发展的时代中，电气自动化产业也迎来了新的发展时期，供电、高铁等相关产业也日臻成熟与完善。但是，在电气自动化设备中，单相电力牵引负荷变化复杂，涉及众多非线性因素，对电气自动化技术的实际应用造成了较大困扰，而无功补偿技术的应用，则能有效解决该问题。鉴于此，本文先对无功补偿技术的涵义、特点进行了分析，并介绍了几种常见的无功补偿技术，最后对无功补偿技术在电气自动化中的具体应用进行了探讨，旨在不断促进我国电气自动化产业的发展。

【关键词】无功补偿技术;电气自动化;特点;应用

引言

随着城市化进程的加快，现代建筑的数量也越来越多，居民用电量不断增加，对电网的无功要求也变得更高。功率太大或太小，均可能引起电压剧增或骤减，进而导致供电线路出现电力不足或电力不稳等现象，进而损坏电力系统或对高级元器件造成冲击，严重时可能导致电力系统崩溃。如果电力系统崩溃，则可能导致更大范围的停电事故，给人们的生命财产造成了严重威胁。无功补偿技术在电力系统中的应用，有效提升了电力的利用率，也使上述很多问题得到了有效解决。以下主要就无功补偿技术在电气自动化中的应用情况情况进行了介绍。

1.无功补偿技术的涵义与现状分析

在用电设备或者是用户变电所位置安装无功功率电源，改变无功功率在电力系统中的流动情况，以不断提高电力系统中的电压，减少网络的损耗，称为无功补偿技术。它不但大大节省了配电线路的建设成本，且有利于提高电网运行的经济性、安全性及稳定性。由于科学技术的进步及社会经济的发展，电气自动化技术在很多领域及产业中应用广泛，最常见的如电气化铁路高速牵引系统、变电站等领域。在现实的发展中，电气自动化技术也仍存在一些不足，比如在单相电力牵引作用下，产生的负荷会发生复杂变化。这一情况的后果可能是增加了电力系统中的谐波负序，并会提高无功功率，直接影响到电力系统的安全与稳定运行，甚至会使电气自动化系统的资源利用率大大降低，整体经济效益受损[1]。因此，综合来看，尽管电气自动化技术在应用中较广泛，且会带来很多方便，但同时也不可避免地存在许多弊端，特别是无功、谐波及负序问题，而无功补偿技术的应用，则很好地解决了这一问题，是电气自动化技术不断完善与成熟的不可或缺技术。

在经济和科学技术的推动下，电气自动化技术的发展也进入了崭新的阶段。现阶段，电气自动化技术在很多领域及产业中都得到了较广泛的应用，比如变电站、高速电气化铁路牵引系统等，但高速电气化技术的应用也存在缺陷，比如单相电力牵引的负荷变化复杂问题。如果出现这些情况，会增加注入电力系统的负序和谐波，进而引起无功功率的升高，最终可能导致两方面的不良后果：第一，影响电力系统的安全性;第二，降低电气自动化系统的资源利用率，整体经济效益不高。根据当前对电气自动化系统的研究分析，无功、负序和谐波的问题最为显著。尽管国内外在这方面的研究已有一定成果，但因为我国是人口大国，变电网的电气自动化应用压力会更加大，非线性因素还可能导致更严重的不可控问题。比如，大同电厂机组事故，则属于较为严重的一次事故，无功补偿技术的应用，则为电气自动化系统非线性问题的解决提供了较大便利。

2.无功补偿技术的特点分析

2.1 感性无功技术

在配电网中，需要用到大量具有电磁感应的电力装置。例如，发电机组的工作原理则是电磁感应。在磁场中，交流电能则大部分是由发电线圈切割磁感线产生的，加上变压器与电磁间会出现感应，而电压则会在这期间发生变化，并可传输至很远的地方，而电力耗损则在传输过程中得到弥补[2]。在电动机中，电磁场中有电流注入，在力的影响下，电线圈会停止运行，加上强磁场的影响，发动机和变压器间则发生转换，并会在这期间形成强大的磁场地。在一个电磁周期内，电力机械装置会有同样的释放功率及吸入功率。

2.2 有利于电力系统的稳定

在供电系统中，无功补偿技术属于一种控制电压服务的技术。它在电力系统中的应用，能够利用发电机组将无功功率输向配电网，从而保证电力系统的正常运行，并让电力控制系统服务技术始终处于一种优良状态中。当某个部位发生异常时，整个电力系统由于失去无功支持，则会陷入中断状态。换言之，在平时的正常运行中，无功补偿技术中的一部分无功功率会被吸收走，尽管电力系统发生故障，仍可以确保电网正常运行[3]。

3.电气自动化中常用的无功补偿技术

目前，国际上应用的无功补偿技术，其核心内容大多是通过提高功率因数来降低负序，以确保滤波通路的有效性，最终实现过滤或抵消谐波的目标。以下主要简单介绍了电气自动化中应用频率较高的几种无功补偿技术。

3.1 单调谐滤波器无功补偿技术

在电力系统中，使用频率较高的无功补偿设备要数电抗器、电容器等单调谐滤波器。运行过程中，电容器或电抗器能够有效实现对某波段谐波的过滤或抵消，进而提高设备的功率因数，降低其负序。

3.2 固定滤波器、电抗器及电容器组合而成的无功补偿技术

把电容器、电抗器及固定滤波器结合起来，并将电抗器或滤波器连接于降压变压器低压侧母线电压上，然后改变这几种电器设备的无功状态，则是该无功补偿技术的工作原理[4]。调节时，分解开关实现无载调节，晶闸管则实现通断控制。

3.3 有源滤波器无功补偿技术

该技术主要作用是利用有源滤波器产生和负载的电路谐波、单位相反及大小相同的负序电流，对无功电流和谐波则起到抵消作用。

3.4 真空断路器无功补偿技术

在真空断路器的运行过程中，对电容器的投切必不可少，而过零投切技术是最常见的技术之一。在对连接闭合时，电容器会产生电流，而涌流形成时，电网与电容器会出现较高的电位差，线路阻抗值也会升高。如果电压过零，真空断路器则会对电容器进行投切，成功避免了电容性电流[5]。该技术的优点是投资成本较少，且实施容易;不足之处是在使用过程中会产生一些问题。比如，电力系统在运行期间会因为电容器电压太高而出现电容器被击穿的问题，使得相关设备受损。除此之外，在使用过程中，还会直接影响到开关的寿命，甚至无法开展投切工作，最终影响到动态补偿质量。`

3.5 晶闸管和滤波器组合而成的无功补偿技术

该技术主要是利用两种设备的结合，并通过对电抗器的调节，达到无功补偿的目的，也是现阶段应用较广泛的无功补偿技术之一。

4.无功补偿技术在电气自动化中的合理应用策略

现阶段，无功补偿技术已广泛应用于电气自动化领域中。电能是否能稳定运行和安全防护性能的高低成为电能质量的重要衡量标准。此外，配电网系统质量测评结果也成为衡量电能质量的另一项重要指标。分析原因，主要是电压对电力性能的稳固性有直接制约和影响作用，从该角度而言，电压对电能稳定性的影响有决定性作用[6]。一般情况下，铁路和公路系统进行电能传输时通常采用的是滑动触摸方式，这种方式下装置会发生相互摩擦作用，由此出现火花现象，这给电力系统的安全性造成极大的威胁。因此，在电气自动化中如何合理应用无功补偿技术成为重要的研究课题。为此，笔者认为应做好以下工作。

4.1 对电气自动化中应用无功补偿技术的方向和基本作用方式进行深入研究和分析

电能质量是供电系统评价体系中最为重要的标准，而电压又是影响电能质量最核心的因素。当前，很多电气自动化系统出现无功状况，主要是受阻抗和功率因数的影响作用，进而使电网遭受无功效果的影响。比如，受牵引变压器和电网间的阻抗作用，致使线路上出现整流非线形负荷，继而出现谐波，最终影响电网的整体波形，波形出现畸变。而电网的波形一旦发生畸变，电压就会出现明显的偏移，进而影响电能质量和电网总体的安全性。例如，我国的电气化铁路中，主要是采取AT供电方式，变压器则用SCOTT变压器。在电力机车上安装好补偿装置，以提高基础功率因数。串联的电抗器和电容器是主要的组成结构，而晶闸管电子开关则用来控制电容的投切。另外，在牵引变电站处设置有滤波装置和补偿装置。在短区段铁路中，这种方案的实际效果是比较显著的，另外，对于比较长的铺设线路而言，也能大大降低负序问题，但没能较好地改善牵引变电站问题。在特定的电气自动化系统中，一般对无功补偿会有一些特殊要求，因此，在应用无功补偿技术时，需要对电气自动化中无功补偿技术的方向和基本作用方式进行深入分析，在此基础上，再选择合理的无功补偿技术，为提高电气自动化系统的稳定性和可靠性奠定基础。

4.2 重视电气自动化系统中应用无功补偿的共性问题

无功补偿技术的应用，大大提升了电气自动化系统的安全性能，并减少了资源浪费现象。这些应用优势都在很大程度上降低了行业投入，事故处理预算也因此大为减少，资源配置也更合理[7]。而好的技术只有得到推广才能真正带动行业的发展。而分析我国当前的无偿补偿技术，现阶段主要应用于变电站方面。一旦发电厂的无功流通过线路涌入低压线路时，就会形成远距离的无功流传输，此时，影响力加大。在这种状况下，应根据实际情况，进行变电站无功补偿。例如，对于220kv的变电站，应具有较多的无功调节功能。调节的容量会随着地区因素的不同而不同。因此，应用变电站无功补偿时，应结合片区的实际用电情况（如根据变低侧负荷调整无功补偿方案），合理配置补偿容量，防止出现无功倒送现象。不过在实际应用方面难免出现与实际状况不相符的现象，因此，在应用方案时，应注意尽量细化，最大程度提升方案的应用效果。

4.3 善于利用并联混合有源滤波器等先进滤波技术及设备

目前，我国国内比较先进的混合式解决方案是采取并联混合式有源滤波无功补偿。并联混合式有源滤波无功补偿技术，指的是采取并联混合有缘滤波器等先进滤波技术对谐波进行注入式无功补偿的一种技术方法。这种解决方案不仅解决了店里滤波器补偿容量过大的问题（由店里牵引负荷不可控变化引起）[8]，而且对一些大型电气自动化系统的补偿技术进行协调或调整提供了新的思路。

例如，某广播电视中心内，布置有众多的电子设备，如电视转播、可控硅调光设备、舞台设备、调音台电源等。为降低电力谐波对电声学系统和灯光设备所造成的干扰作用，进而为电子设备的安全运行创造一个良好的电磁环境，在配电系统相关节点需要采取有效的谐波治理措施。为此，技术人员在演播厅（600平米）、演播厅（1000平米）等配电室安装了并联混合有源滤波器。然后根据谐波畸变率和负荷容量计算出谐波电流，以作为配置有源滤波器的依据。结果演播厅配置了一台200A的滤波器，演播厅则配置了两台150A的滤波器。配置后对相关数据进行测试，结果发现，经有源滤波器治理之后，电压畸变率明显变小（低于5%），谐波电流的有效值降低，并符合国家标准要求。另外，电流畸变率也显著降低，处于11%以下，同样符合国家相关的标准要求。因此，功率因数得到明显改善，电能利用效率得以提高，达到了预期的治理效果。可见，善于利用并联混合有源滤波器等先进滤波技术，能有效提高电能利用效率。

另外，国内一些电厂也会采用FTFC晶闸管滤波装置。该装置的工作原理是利用谐波源负荷电力系统，并联交流滤波器（由电抗器L和电容器C串联组成），在L-C滤波器串联谐振频率与低阻抗之接近，谐波电流处于某一谐波频率时，形滤波回路就会被吸收，大量的谐波电流就会返回到电网中，并不再形成通路，以此达到降低危害和污染的效果[9-10]。这种技术比较适合低压电网，具有较高的性价比，而且成本较低。

5.结语

综上所述，在国民生产各领域中，电气自动化技术已得到广泛应用，因此，无功补偿装置的应用范围也越来越广。而随着这些设备的使用，电气功率因数大幅提高，即使在用电高峰期，也能有效降低负荷，保证了电力系统的安全、稳定运行。然后，在实际的生产生活中，电气自动化应用无功补偿技术依然存在诸多问题。因此，对于无功补偿技术、电气自动化及相关装置应进行深入研究，了解其特点，才能找出相应的解决对策。而这也是当前一项紧迫而重大的任务。

参考文献

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[4]金永旺.对无功补偿技术在电气自动化中的应用分析[J].科技致富向导，2012（10）：349+370.

[5]林立群.分析无功补偿技术在电气自动化系统应用的价值[J].中国科技信息，2013（08）：114.

[6]罗辉.浅谈无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].通讯世界，2014（10）：130-131.

[7]孔庆峰.探讨无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].黑龙江科技信息，2014（17）：42.

[8]高卫星.无功补偿技术在电气自动化中的应用分析[J].中国科技博览，2012（01）：12.

[9]康健.无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].商品与质量·建筑与发展，2014（01）：47.

[10]凌红军.电气自动化中的无功补偿技术分析探讨[J].科技风，2013（13）：20.