電氣自動化中的無功補償

時間：2025-12-16 04:45:12 電氣自動化畢業論文

電氣自動化中的無功補償

　　本文對無功補償技術在電氣自動化中的應用進行了論述，為了使之完善，也對這些無功補償技術存在的問題提出了個人的意見和建議。

　　摘要：目前電氣化鐵路存在著功率因數比較低的問題，為了使這個問題得到解決，技術需要進行改造和創新。這就要求了要采用無功補償技術，進而為技術提高供電的質量,減少技術中的電能損耗。

　　關鍵詞：無功補償;技術;自動化

　　1、無功補償技術的研究現狀

　　隨著電氣化程度的進一步加深，一些先進技術的相繼的被采用，無功補償技術的研究現狀也進一步的得到了提升。為了提高電氣化鐵路存在著功率因數，降低鐵路中的負序，這就需要構成有效的濾波通路，對所指定的諧波進行濾除或抵消，很早開始國內外在無功補償技術這方面已經開始進行了深入的研究，希望這種技術能造福于人類。其中最有影響力的是英國的ERG5/ERG5/4，原蘇聯的1000-3―6IEC。近幾年來，我國結合國外的先進技術，在這方面也有了突破，并制定了相關的國家標準，對電氣化鐵道中的無功補償與諧波結合使用方面提出了很多的無功補償類的方案，大多是想在基波的基礎上，對牽引負荷的感性無功功率進行補償，進而提高了鐵路中的功率因數，降低相關的負序，形成了一條有效的濾波通路，這就使指定的諧波被濾除或抵消了。

　　2、無功補償技術的實現途徑及其特點

　　進行安裝由固定電容器和電抗器組成的單調諧濾波器。在設計的過程中，需要濾除或抵消所指定的諧波，在此基礎上提高功率因數，降低相關的負序。另外，真空斷路器要對電容器進行適當的投切。這個設計的最大優點是操作比較簡單，投資比較小;但這個設計中利用的是合閘，這就會使電容器上產生過高的電壓，使相關設備遭到損壞，再考慮到有開關壽命有限，不能反復的進行投切操作，這就會使動態補償的效果不是太好。那么若先固定濾波器和晶閘管，然后在對電抗器進行適當的調節。這個過程中注意晶閘管需要反并聯，電抗器需要串聯，這樣才能使其組合和呈并聯狀態的濾波器中多余的無功補償電流平衡掉，進而提高了功率因數，滿足了功率因數的要求。這個設計好的地方是固定濾波器可以長期的投入，這個過程中需要的品閘管數量相對來說比較少，響應速度還快，但美中不足的是這個過程中也產生相應的諧波。若采用先固定濾波器和使用可控飽和電抗器的方案，則需要先調節飽和電抗器的磁飽和程度來使流入回路的感性電流得到改變，這樣就使其結合和呈并聯狀態下的濾波器中無用的容性無功功率平衡掉。這個方案好的是固定過的呈并聯狀態下的濾波支路可以長期的進行投入，得到平衡，但這個過程固定過的呈并聯狀態下的濾波支路長期的使用也會產生諧波，而且過程中還會產生有損耗，噪聲比較大。這就需要安裝有源濾波器，采用相關的電力電子裝置，使其產生的電流和負荷中的諧波的電流、負序的電流抵消掉，進而滿足過程中電源的總諧波的要求和提高功率因數的要求。這種方案的優點是過程中的無功補償比較靈活，調節的速度比較快，這樣就不會和系統產生諧振，但這個過程中的電力電子設備價格太貴。還有一種方案是先固定濾波器、電容器和電抗器，然后進行相關的調壓。這個方案是通過調節降壓變壓器處于低壓時，對母線電壓進行調節，使連接在低壓母線上的濾波器電壓或電抗器的電壓進而得到調節，最后改變無功補償。調節時用品閘管通斷，分接開關無載調節，電氣壽命理論上不受限制。

　　在實際的應用中，通常需要通過加裝來提供穩定的無功功率和使指定的無用波過濾掉，這就需要選擇有源濾波器和無源濾波器進行調節。目前無功補償技術還處于研究的階段，采用了有源濾波器和無源濾波器使其產生的電流與負荷過程中產生的諧波電流抵消掉，進而來滿足電源的總諧波電流的相關要求，這個過程中的最大優點是充分的利用了無源補償的大容量的特點和有源補償的高度靈活性、可控性。

　　3、無功補償技術在電氣自動化中的應用

　　通常電能質量是評價牽引供電系統設計和運行優劣的件能的指標，而電壓是衡量電能質量的一個重要指標。由于系統中的接觸網、變電所和牽引機車中的無功狀態受負荷消耗的無功功率，即電力機車的功率因數的影響，這就給所在地區的電網帶來了嚴重的負面影響。另外，接觸網和牽引變壓器的阻抗大小不同，也會對所在地區電網帶來了負面影響。例如：當出現很多的整流的非線形負荷時，就會產生高頻率的諧波，這就會使當地電網波形質量受到影響而下降，進而會引起當地電網電壓發生一些偏移和波動，使電網質量和安全沒有保障。為了解決各種類似問題，我國的電氣化鐵道中通常采用SCOTT變壓器，即斯科特變壓器提供特殊供電方式。另外，在電力機車上安裝濾波裝置，使機車的功率因數得到提高。

　　補償裝置的電路是由串聯的電容器和串聯的電抗器組成，接在主變壓器的牽引著的繞組上，并用晶閘管電子對開關進行投切操作。對于高頻的諧波，補償了電路的容性，在電網返回過大的無功電流時，就會起到無功補償作用。而對于低頻的諧波，電路通常是低阻抗，它會吸收被返回的低頻諧波的電流，進而降低輸出的諧波電流。有些電站設置了一種固定的無功補償的濾波裝置，雖然這些措施在一定程度上取得了顯著成績，尤其是隨著全國電氣化線路的逐漸增長，電力系統容量也隨之漸漸的增大了，這就要求電氣化供電的設計中要合理的配置區段相位。但從宏觀方面來說，負序問題雖得到了暫時的解決，但有些牽引變電站的很多問題沒有徹底的得到解決。

　　4 、無功補償技術目前存在問題

　　電氣化系統中進行無功補償技術使經濟效益顯著增加并得到推廣，但在推廣中還有很多問題沒有得到解決。例如：當大量的電流從發電廠運輸到高壓變電站，再通過輸電的線路運輸到中低壓變電站時，會使大量的無功電流遠距離的進行運輸變得困難。再如，若無功補償容量沒有合理的配置，大多數的變電站補償電容因為是整組的進行投切，那么就不能由負荷發生變化使之被平衡掉，就會出現高負荷造成功率因數很低或出現低負荷造成過補償。若增加重配置電線路的負擔，會使負荷處于低谷時造成無功的倒送，給使用固定電容器補償方式的用戶造成不便。

　　5 、對無功補償技術提出的意見

　　負荷電流在通過線路和變壓器時會產生電能損耗，這就使功率因數降低，那么地區電網所需功率就會越大，線上的損耗就會越大。因此，在電的兩端要安裝無功補償的裝置，使線路中負荷的無功功率損耗減少。總之，提高功率的因數，降低線的損耗是節能的最直接、最經濟的方法。對負荷較大的公用變壓器，要全面考慮和高度重視配網中的無功補償。

　　加強對用戶無功補償的管理和宣傳節能的力度，使用戶認識到小容量用戶也可通過加強無功補償來減少各種內部原因造成的有功功率的損耗，進而可以節約用電。

　　6 、結束語

　　隨著電氣自動化技術及其設備在社會的各部門和各領域的廣泛應用，電氣設備中的單相電力牽引負荷變化比較復雜，非線性因素也漸漸地增強。隨著無功功率的增大，注入電力系統中的負序和諧波等問題都會表現出。另外，圍隨著電氣化程度的加深其適用范圍也日益得到擴展。為了更好的解決國民生產中電力資源的浪費，本文結合了電氣自動化技術和其相關的設備系統特點、負荷特點，采用無功補償技術，對無功、負序和諧波的綜合提出來補償方法和建議，希望能夠為電氣供電系統和安全系統做出貢獻。

　　參考文獻：

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