本文論述了三相低壓異步電動機(jī)就地補(bǔ)償是一種經(jīng)濟(jì)、簡單、高效、可靠的無功補(bǔ)償方法，它不僅適合低壓供電進(jìn)線用戶，而且對供水行業(yè)的水廠同樣適合。根據(jù)國產(chǎn)低壓異步電動機(jī)JO2系列，Y系列常用三相異步電動機(jī)的實(shí)際參數(shù)、結(jié)合專用無功補(bǔ)償電容器配置表，在田村水廠兩個供水車間進(jìn)行了應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：三相低壓異步電動機(jī) 無功補(bǔ)償電容器 應(yīng)用
概述：異步電動機(jī)功率因數(shù)在滿負(fù)荷時并不很低，但在我廠實(shí)際應(yīng)用中，大部分電動機(jī)負(fù)荷在50%左右，因此功率因數(shù)較低。在電網(wǎng)負(fù)荷中異步電動機(jī)所占的比重較大，是電力系統(tǒng)電網(wǎng)的主要無功負(fù)荷。它使各級網(wǎng)損也相應(yīng)增大，盡管在各級變電站、所及各廠礦企業(yè)變電站內(nèi)均裝有集中無功補(bǔ)償裝置來提高功率因數(shù)，減少電網(wǎng)線損，但集中補(bǔ)償不僅無法降低低壓電網(wǎng)的線損，而且價格較貴。特別是在供水行業(yè)水廠中，它們均是高壓進(jìn)線的用戶(35kV或10kV)經(jīng)過多級變配電(35kV→6kV→400V)加上各個水處理車間分散，低壓網(wǎng)絡(luò)較長，雖采取高壓集中無功補(bǔ)償，不能降低低壓系統(tǒng)電網(wǎng)的線損。因此，需對水廠各個水處理車間的低壓異步電動機(jī)實(shí)施就地補(bǔ)償。就是用一臺與異步電動機(jī)特性相配合的電容器直接并聯(lián)于該電動機(jī)，不需要外加其它保護(hù)裝置。使低壓供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量得到改善。
電動機(jī)是供水行業(yè)中的重要動力設(shè)備，承擔(dān)著電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而驅(qū)動供水機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。在工礦企業(yè)以及水廠的日常生產(chǎn)中，異步電動機(jī)無功功率占低壓電網(wǎng)無功功率的比重很大，因此對于異步電動機(jī)采用就地?zé)o功功率補(bǔ)償，以提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，節(jié)約電能，減少運(yùn)行費(fèi)用，提高電壓質(zhì)量有重要的意義。
一、 三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)囊饬x
1、 可減少供電網(wǎng)、配電變壓器、低壓配電線路的負(fù)荷電流。
2、 降低了配電網(wǎng)線損和配電線路的導(dǎo)線截面使配電變壓器的帶載能力增強(qiáng)。
3、 提高了低壓線路的功率因數(shù)，減少未端電壓波動，改善各供水車間低壓進(jìn)線的電壓質(zhì)量。
4、 可降低電動機(jī)的起動電流。
5、 因?yàn)檠a(bǔ)償電容器隨電動機(jī)同時投切，只要補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘窟x配適當(dāng)，不存在無功過補(bǔ)償。
6、 簡單、價低。因?yàn)橹皇窃陔妱訖C(jī)上并聯(lián)一臺合適的專用電容器，不需要外加其它保護(hù)裝置，就有較為理想的補(bǔ)償效果。
二、 低壓異步電動機(jī)的無功功率及補(bǔ)償
因?yàn)�，異步電動機(jī)在運(yùn)行時所需要的無功功率，由兩部分組成：一部分是勵磁支路的無功功率(即鐵損);另一部分是負(fù)荷支路的無功功率(即銅損)。小容量的異步電動機(jī)主要是勵磁支路的無功功率，當(dāng)負(fù)荷由零到滿載時，其變化很小。而負(fù)荷支路的無功功率隨負(fù)荷增加而增加，其值一般要比勵磁支路無功功率要小，異步電動機(jī)容量越小，相對的比例也越小，小容量的異步電動機(jī)從空載到滿載，其總的無功功率變化不大。以Y系列為例：電機(jī)額定容量為0.75kW，空載時無功功率為0.531kvar，而滿載時為0.646kvar。異步電動機(jī)隨著容量的增大，從空載到滿載所需的總無功功率變化相應(yīng)加大。如：電機(jī)額定容量為15kW時，空載所需無功功率為4.741kvar，而滿載時為9.178kvar。表1為幾種小容量Y型異步電動機(jī)在不同負(fù)載下所需的無功功率。從表中可知電動機(jī)無功功率在不同負(fù)載下的變化。
表1 幾種小容量Y型異步電動機(jī)在不同的負(fù)載率下所需的無功功率
型號 額定容量 不同的負(fù)載率下所需的無功功率(kvar)
空載 5% 10% 20% 40% 60% 70% 80% 90% 滿載
Y801-2 0.75 0.531 0.526 0.532 0.523 0.543 0.579 0.599 0.617 0.634 0.646
Y802-2 1.1 0.690 0.683 0.680 0.683 0.716 0.769 0.795 0.817 0.837 0.818
Y90s-2 1.5 0.976 0.976 0.962 0.963 1.004 1.072 1.108 1.140 1.170 1.192
Y9001-2 2.2 1.211 1.229 1.225 1.232 1.297 1.402 1.456 1.507 1.552 1.592
Y1001-2 3 1.691 1.671 1.659 1.656 1.720 1.835 1.900 1.967 2.026 2.073
Y112M-2 4 1.895 1.878 1.871 1.888 2.022 2.229 2.343 2.450 2.555 2.651
Y132S1-2 5.5 2.222 2.199 2.195 2.238 2.478 2.823 2.998 3.170 3.339 3.473
Y132S2-2 7.5 2.616 2.588 2.592 2.682 3.101 3.656 3.948 4.211 4.470 4.496
Y160M1-2 11 4.460 4.092 4.167 4.104 4.540 5.249 5.636 6.031 6.425 6.809
Y165M2-2 15 4.741 4.649 4.618 4.735 5.524 6.685 7.331 7.749 8.577 9.178
因此，對低壓電動機(jī)的無功補(bǔ)償，其并聯(lián)電容器在運(yùn)行時的實(shí)際補(bǔ)償容量，只要能補(bǔ)償其勵磁功率，就能使異步電動機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)在負(fù)載率從40%-100%都有很高值(0.9以上)。而低負(fù)載時，其功率因數(shù)達(dá)不到0.9，但由于所需的無功功率很小，因此產(chǎn)生的線損不大，而比無補(bǔ)償時的無功損耗降低了很多。以上僅為15kW以下小電動機(jī)的補(bǔ)償特點(diǎn)。隨著電動機(jī)功率的增加，電動機(jī)負(fù)載率與功率因數(shù)有如下關(guān)系(見表2)。
表2
負(fù)載率 0 0.25 0.5 0.75 1
cosф 0.2 0.5 0.77 0.85 0.88
由于并聯(lián)電容器在異步電動機(jī)的額定電壓下，所產(chǎn)生的無功功率小于異步電動機(jī)在額定電壓下空載時需要的勵磁功率(略小于空載無功功率)。當(dāng)電壓上升時，電容器所產(chǎn)生的無功功率隨電壓的平方增加，而異步電動機(jī)因鐵芯的磁飽和，其需要的無功功率增加將大于電容器的無功功率增加;當(dāng)電壓下降時，異步電動機(jī)和電容器的無功功率幾乎都將隨電壓的平方下降。因此，并聯(lián)電容器的補(bǔ)償容量在運(yùn)行時所產(chǎn)生的無功功率，總小于異步電動機(jī)的不同負(fù)載下所需的無功功率。所以不會產(chǎn)生過補(bǔ)償。
由于電容器的無功功率比補(bǔ)償異步電動機(jī)空載無功功率要略小一點(diǎn)，也就是說僅為勵磁功率，因此，也就不會產(chǎn)生異步電動機(jī)的自勵現(xiàn)象。
對低壓三相異步電動機(jī)采用就地?zé)o功補(bǔ)償，比集中無功補(bǔ)償要經(jīng)濟(jì)、簡單、可靠得多。因?yàn)�，雖然它裝置的總無功容量要為集中無功裝置總無功容量的3～4倍，但集中無功補(bǔ)償裝置的單位容量的費(fèi)用卻為就地補(bǔ)償電容器的4～6倍左右。而且，采用三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償可降低工礦、企業(yè)內(nèi)的低壓電網(wǎng)損失，節(jié)約了能源，減少了電費(fèi)支出。
三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償電容器可選常用的低壓自愈式金屬化膜電容器，該電容器以金屬化聚丙烯薄膜作電極和介質(zhì)，其產(chǎn)品具有自愈性，并且有重量輕、體積小、損耗低等優(yōu)點(diǎn)，特別是價格低�？紤]到工礦企業(yè)電網(wǎng)電壓波動較大，加上無功補(bǔ)償后，電壓要相應(yīng)提高一點(diǎn)，電容器的額定電壓宜選用常規(guī)的400V產(chǎn)品。但要求電容器接線端子、引線等帶電體不能外露，以確保安全。
1、 低壓異步電動機(jī)補(bǔ)償方式的選擇：
在供電系統(tǒng)中補(bǔ)償有三種方式：高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和低壓就地補(bǔ)償。
由于在我廠實(shí)際供電系統(tǒng)中，采用6kV并聯(lián)電容器集中補(bǔ)償方式。回流車間和加速澄清池均為低壓進(jìn)線，距配電室較遠(yuǎn)且分散，為了盡量減少線損和電壓損失，宜采用低壓異步電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償方式。
2、 低壓異步電動機(jī)補(bǔ)償裝置投切方式的確定
由于異步電動機(jī)本身就是很好的放電線圈，所以在異步電動機(jī)外加電源電壓失去時，三相低壓異步電動機(jī)專用無功補(bǔ)償電容器可以向異步電動機(jī)放電，使電容器端電壓很快下降到零，在電網(wǎng)電壓復(fù)現(xiàn)時，就不會出現(xiàn)過電壓。因此，異步電動機(jī)與電容器補(bǔ)償裝置之間，不用加裝熔斷器保護(hù)。在開/停異步電動機(jī)時，電容器補(bǔ)償裝置同時投入或斷開。
低壓無功補(bǔ)償裝置(電容器)與異步電動機(jī)直接并聯(lián)
3、 異步電動機(jī)就地補(bǔ)償器容量的選擇及配置
3.1 補(bǔ)償容量的選擇
選擇就地補(bǔ)償裝置Qc的方法有三。
i. 按電動機(jī)的空載電流選擇
Qc= 31/2UeIo 為防止自激過壓Qc≤31/2 UeIo
通常推薦：Qc=K31/2UeIo
式中： Qc -補(bǔ)償容量，kvar;
Ue-電動機(jī)額定電壓，kV;
Io-電動機(jī)空載電流，A
K-補(bǔ)償系數(shù)(一般取0.9-0.98)
ii. 按電動機(jī)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)選擇
Qc=P(tan∮1 -tan∮2)
=P{(1/cos2∮1-1)1/2-(1/cos2∮2-1)1/2}
式中：P=電動機(jī)的額定功率，kW;
cos∮1-補(bǔ)償前的功率因數(shù);
cos∮2-補(bǔ)償后的功率因數(shù)。
兩種計(jì)算方法取得的 Qc值結(jié)果往往不一致，如按第二種方法算出的 Qc值小于第一種方法的計(jì)算結(jié)果，則以第二種方法計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)，如第二種方法算出的Qc值大于第一種方法的計(jì)算結(jié)果時，以第一種計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)，補(bǔ)償率Kb= Qc /P。
iii. 查表法選擇
按電動機(jī)類型不同.容量不同來查表,選擇電動機(jī)補(bǔ)償容量(kvar)。并附表3、表4
表3 JO2常用三相異步電動機(jī)(15kW以下)專用無功補(bǔ)償電容器容量配置表
電動機(jī)容量(kW) 電容器容量(kvar)
二級 四級 六級 八級
06 - 0.50 - -
0.8 0.50 0.60 0.80 -
1.1 0.60 0.80 1.20 -
1.5 0.60 1.00 1.20 -
2.2 0.80 1.20 1.90 2.20
3 1.20 1.60 1.90 2.60
4 1.60 2.20 2.20 3.00
5.5 2.20 2.60 3.00 3.50
7.5 3.00 3.00 4.00 5.00
10 4.00 3.00 6.00 6.00
13 4.00 5.00 7.00 8.00
表4 Y系列(380 V)三相異步電動機(jī)無功就地補(bǔ)償器容量(kvar)表
電動機(jī)容量(kW) 電容器容量(kvar)
二級 四級 六級 八級
11 4 5 7 8
15 4 6 8 10
18.5 5 8 9 11
22 7 9 10 12
30 10 10 11 15
45 14 14 14 19
55 17 17 17 22
75 22 23 25 30
90 26 26 30 36
110 31 36 40 43
160 45 50
表3、表4為JO2系列、Y系列常用三相異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償電容器容量配置表，是根據(jù)各異步電動機(jī)在不同負(fù)載下所需的無功功率選擇的，對改善功率因數(shù)的效果是滿意的。
防止自激磁的措施：采用電容器就地補(bǔ)償?shù)碾妱訖C(jī)，切斷電源后，電動機(jī)仍會在慣性作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動一段時間，此時電容器的放電電流成為激磁電流，可使電動機(jī)的磁場因自激磁而產(chǎn)生電壓，電動機(jī)即運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)，可能導(dǎo)致對電機(jī)及電容器絕緣的損壞。所以補(bǔ)償設(shè)備的容性電流值應(yīng)不大于電動機(jī)空載電流值的90%。
由于異步電動機(jī)補(bǔ)償電容器容量，要根據(jù)各種規(guī)格電動機(jī)在不同負(fù)載下所需的無功功率以及電容器容量誤差等因素來選擇，不能簡單地用 0.4倍電動機(jī)的額定容量來確定。這是因?yàn)椴煌盗�、不同容量、不同極數(shù)的異步電動機(jī)其空載的無功功率與電動機(jī)的額定功率之比相差是很大的。從表1中可明顯看出，三相低壓異步電動機(jī)專用無功補(bǔ)償電容器容量的選擇既要考慮到盡量減少不同規(guī)格數(shù)量，又要考慮一種規(guī)格盡可能多的適用于幾種異步電動機(jī)的型號。同時還要保證異步電動機(jī)在不同的負(fù)載時，功率因數(shù)滿足補(bǔ)償要求和不發(fā)生自勵磁現(xiàn)象的過電壓。
3.2 在我廠加速澄清池，使用的四臺三相低壓異步電磁調(diào)速電動機(jī)。電磁電機(jī)型號為JZT361-4型，激磁電壓<90伏，激磁電流<3A，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為100-1300轉(zhuǎn)/分。拖動電機(jī)型號為JO2T61-4型，額定容量13kW;額定電壓380V;額定電流25.6A;額定轉(zhuǎn)速為1460轉(zhuǎn)/分。這套供水設(shè)備長期運(yùn)行在調(diào)速為500轉(zhuǎn)/分。測得電機(jī)空載電流I=8.2A。經(jīng)過表3 JO2系列常用三相異步電動機(jī)(15kW以下)專用無功補(bǔ)償電容器容量配置表綜合分析后，并通過空載電流的計(jì)算補(bǔ)償電容量和實(shí)際運(yùn)行負(fù)載率低，選定北京石景山科運(yùn)節(jié)能開發(fā)部生產(chǎn)的LLNCR-0.45-7安全型無功功率就地補(bǔ)償裝置。加裝補(bǔ)償后電機(jī)空載電流由原來的8.2A，降為3.2A。
3.3 在回流車間使用的四臺380伏JLB281-4型立式電動機(jī)額定容量55kW;額定電壓380V;額定電流為103A;空載電流為Io=36A。
由于此種電動機(jī)為80年代初生產(chǎn)，按Y系列電機(jī)進(jìn)行就地補(bǔ)償參考，查看Y型系列380伏三相異步電動機(jī)就地補(bǔ)償電容器容量表(附表4)并利用空載電流計(jì)算，對四臺回流泵電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況的分析、計(jì)算，采用深圳生產(chǎn)的LPLC-0.4-25無功功率就地補(bǔ)償裝置。電動機(jī)加裝補(bǔ)償后運(yùn)行電流為74-82A左右，大約下降11-12A。
通過加速澄清池和回流兩個車間，對低壓異步電動機(jī)增加就地補(bǔ)償裝置前、后電動機(jī)的運(yùn)行電流對照表(附表5)(附表6)也可以看出其補(bǔ)償效果。
表5 加速澄清池電動機(jī)加裝補(bǔ)償前后電流對照表
設(shè)備名稱
電動機(jī)額定容量 加裝補(bǔ)償前運(yùn)行電流 加裝補(bǔ)償后運(yùn)行電流
調(diào)速為400轉(zhuǎn)/分 調(diào)速為500轉(zhuǎn)/分 調(diào)速為600轉(zhuǎn)/分 調(diào)速為400轉(zhuǎn)/分 調(diào)速為500轉(zhuǎn)/分 調(diào)速為600轉(zhuǎn)/分
1#攪拌機(jī) 13kW 10.4A 11A 11.5A 4.5A 5.4 A 6.5A
2#攪拌機(jī) 13kW 9.5A 10.2A 11.1A 4.8A 5.7 A 7.2A
3#攪拌機(jī) 13kW 10.6A 11A 11.7A 4.5A 5.2 A 6.5A
4#攪拌機(jī) 13kW 9.7A 10.5A 11.3A 4.7A 5.7A 7.1A
表6 回流車間異步電動機(jī)加裝補(bǔ)償前后電流值比對表
設(shè)備名稱
異步電動機(jī)額定容量
原電動機(jī)運(yùn)行電流 加裝25Kvar就地補(bǔ)償裝置電動機(jī)運(yùn)行電流
1#回流泵 55kW 89A 78A
2#回流泵 55kW 85A 74A
3#回流泵 55kW 93A 82A
4#回流泵 55kW 90A 78A
目前我廠還有混合井?dāng)嚢铏C(jī)、加藥間加藥泵、鍋爐供暖車間內(nèi)、外循環(huán)泵、濾池、碳池噴淋泵等仍然需要無功就地補(bǔ)償。
結(jié)論：
綜上所述，可明顯得出：三相低壓異步電動機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償是一種經(jīng)濟(jì)、簡單、高效、可靠的無功補(bǔ)償方法。不僅對低壓供電用戶適用，對供水行業(yè)的配水廠同樣適用。
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