周 妍

( 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑?/h2>

無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹硎前丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置和感性負(fù)荷的裝置并聯(lián)在同一電路中，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量，而感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷吸收能量，能量在兩種負(fù)荷間交換。

2 為什么要對(duì)三相異步電機(jī)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償

異步電動(dòng)機(jī)屬于感性負(fù)荷，在運(yùn)行過(guò)程中需要向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無(wú)功功率。如果由發(fā)電企業(yè)直接向用戶提供所需的大量無(wú)功功率，會(huì)導(dǎo)致輸電線路及變壓器因輸送大量無(wú)功功率而造成大量的電能損耗，這是不經(jīng)濟(jì)的。為了最大限度地減少無(wú)功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。

3 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)及損耗

功率因數(shù)是衡量工廠供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)具有代表性的重要指標(biāo)。提高功率因數(shù)可以降低電能損耗，也是節(jié)能的一項(xiàng)重要措施。

在功率三角形中，有功功率P 與視在功率S 的比值，稱為功率因數(shù)cosφ，其計(jì)算公式為:

在電網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，如何使得配電系統(tǒng)功率因數(shù)盡可能接近于1，使得電路中的無(wú)功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來(lái)供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，所消耗的功率包括有功功率和無(wú)功功率兩個(gè)分量。有功功率是用于電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩并且驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的功率，它的電流隨負(fù)載的增加而增加，而無(wú)功功率，則是用于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電場(chǎng)與磁場(chǎng)隨著電源頻率的反復(fù)變化，在負(fù)載與電源之間不斷地進(jìn)行能量交換時(shí)所消耗的功率。無(wú)功電流在負(fù)載變化的情況下，其變化很微小，在相位上，電流的變化總是滯后于電壓90°，所以是純電感性質(zhì)的。在實(shí)際運(yùn)行中，電源供給電動(dòng)機(jī)的總電流是有功電流和無(wú)功電流的矢量和，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，有功電流大于無(wú)功電流，總電流的功率因數(shù)較高，而當(dāng)負(fù)載下降時(shí)，有功電流減小，無(wú)功電流基本不變，所以功率因數(shù)降低。

可以這樣認(rèn)為: 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的輸出功率一定時(shí)，功率因數(shù)越低，就意味著其所需的無(wú)功功率越大，因而造成的損耗也較大。實(shí)踐證明，無(wú)功功率所產(chǎn)生的電能損耗，主要是發(fā)生在輸配電線路上的，對(duì)于那些距離電源較遠(yuǎn)，線路電阻比較大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)低的終端設(shè)備，所造成的無(wú)功損耗就更加突出了。

4 無(wú)功補(bǔ)償方式的選擇

理論上而言，無(wú)功補(bǔ)償最好的方式是哪里需要無(wú)功，就在哪里補(bǔ)償，整個(gè)系統(tǒng)將沒(méi)有無(wú)功電流的流動(dòng)。但在實(shí)際電網(wǎng)當(dāng)中這是不可能做到的。因?yàn)闊o(wú)論是變壓器、輸電線路還是各種負(fù)載，均會(huì)需要無(wú)功。所以實(shí)際電網(wǎng)當(dāng)中就補(bǔ)償裝置的安裝位置而言有如下3 種補(bǔ)償方式:

1) 集中補(bǔ)償:電容器組集中裝設(shè)在企業(yè)總降壓變電所的高壓側(cè)母線上。這種方式能使企業(yè)以上的供電系統(tǒng)減少無(wú)功功率引起的損耗。

2) 分組補(bǔ)償:電容器組分設(shè)在功率因數(shù)較低的車間變電所高壓側(cè)或低壓側(cè)母線上。這種方式能減少這些車間以上配電系統(tǒng)內(nèi)無(wú)功功率引起的損耗。

3) 單獨(dú)就地補(bǔ)償:是將補(bǔ)償電容器組裝設(shè)在個(gè)別功率因數(shù)低的大容量感應(yīng)電動(dòng)機(jī)附近進(jìn)行單獨(dú)就地補(bǔ)償。單獨(dú)就地補(bǔ)償適用于負(fù)荷平穩(wěn)、經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)而容量又大的設(shè)備。

對(duì)低壓三相異步電動(dòng)機(jī)采用就地?zé)o功補(bǔ)償，比集中無(wú)功補(bǔ)償和分組補(bǔ)償都要經(jīng)濟(jì)可靠得多。因?yàn)椋m然它裝置的總無(wú)功容量要為集中無(wú)功裝置總無(wú)功容量的3 ～4 倍，但集中無(wú)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(dòng)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。

5 無(wú)功功率就地補(bǔ)償原理及電容量的選擇

1) 因?yàn)樵陔娙葚?fù)載中產(chǎn)生的超前無(wú)功電流與在電感負(fù)載中產(chǎn)生的滯后無(wú)功電流能夠相互補(bǔ)償，所以在電動(dòng)機(jī)電源終端并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)容量的電容器，就可以使電動(dòng)機(jī)所需的無(wú)功電流大部分由并聯(lián)的電容器供給，從而減少輸配電線路上的總電流，降低線路損耗。

2) 在給電動(dòng)機(jī)選擇補(bǔ)償電容量時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率的大小，以及補(bǔ)償前后的功率因數(shù)值進(jìn)行如下選擇:

一般情況下，選擇的補(bǔ)償電容量，只要能夠補(bǔ)償0.9 ～0.95 就可以了，不宜選擇過(guò)高補(bǔ)償，否則會(huì)使投資費(fèi)用大幅度增加。

這種選擇一般可以達(dá)到補(bǔ)償要求，而且不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償?shù)那闆r。

舉例:某工廠有3 臺(tái)低壓三相異步電動(dòng)機(jī)，功率為每臺(tái)95 kW，計(jì)算3 臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作是無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘俊?/p>

采用電力電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

式中:Qc為人工補(bǔ)償容量的無(wú)功功率，kvar;Pc為企業(yè)的計(jì)算有功功率，kW;tgφ1為補(bǔ)償前計(jì)算負(fù)荷功率因數(shù)角的正切值;tgφ2為補(bǔ)償后功率因數(shù)角的正切值; qc為無(wú)功功率補(bǔ)償率，kvar/ kW。

補(bǔ)償前:cosφ1=0.75

補(bǔ)償后:cosφ2=0.95

查表1 得:qc=0.554 kVAR/kW;Qc=qc×W=0.554 ×95×3 =157.89 kVAR

考慮到投資省效率大，采用在主變低壓側(cè)0.4 kV母線方加無(wú)功補(bǔ)償，補(bǔ)償容量為16 ×10 =160 kVAR。

表1 無(wú)功功率補(bǔ)償率qc

6 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)功功率就地補(bǔ)償，只需要在電動(dòng)機(jī)上并聯(lián)合適的電容器，不用另外加裝其它的保護(hù)裝置，就可以達(dá)到提高功率因數(shù)保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的。降低了供電系統(tǒng)的能耗。提高功率因數(shù)，可減少線路及變壓器的損耗，減少了線路的壓降，降低了電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。有利于線路電壓的穩(wěn)定和大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。提高了電能質(zhì)量，減少了電費(fèi)的支出。

［1］中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，中國(guó)建筑科學(xué)研究院，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所，機(jī)械工業(yè)節(jié)能中心. GB/T 12497－2006 三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［S］. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［2］中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì). GB50052－2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

［3］中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院. 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［S］. 北京:中國(guó)電力出版社，2005:20－24.