梁榮欣

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

1 鼓風(fēng)機的分類和特點

隨著我國污水處理廠規(guī)模的不斷加大和對于出水水質(zhì)要求的不斷提高，鼓風(fēng)曝氣工藝越來越多地應(yīng)用于采用生物處理技術(shù)的污水處理廠。作為曝氣工藝中最為關(guān)鍵的設(shè)備，鼓風(fēng)機的性能和能耗非常引人關(guān)注。僅鼓風(fēng)機設(shè)備的用電負(fù)荷有時就會占到整個污水廠的總用電量的一半以上，因此選用何種形式的鼓風(fēng)機關(guān)系到整個工程的建設(shè)投資規(guī)模和運行能耗費用。目前市場上鼓風(fēng)機的主要類型有羅茨風(fēng)機、多級離心風(fēng)機和單級離心風(fēng)機三種，而這三種類型的鼓風(fēng)機也由于其各自的特點而有著不同領(lǐng)域的應(yīng)用。羅茨風(fēng)機由于其價格低，操作簡單，效率較低，常被應(yīng)用于5萬t/d以下規(guī)模的污水處理廠；多級離心風(fēng)機由于轉(zhuǎn)速較低，因此噪音也較小。效率高于羅茨風(fēng)機但小于單級離心風(fēng)機，有著較高的性價比，因此普遍應(yīng)用于5萬t/d～10萬t/d規(guī)模的污水處理廠；而單級離心風(fēng)機效率最高，轉(zhuǎn)速和噪音也較高，同時設(shè)備費用也高于羅茨風(fēng)機和多級離心風(fēng)機，因此被廣泛應(yīng)用于10萬t/d以上規(guī)模的污水處理廠，單機容量較高，多采用高壓電機。

2 高壓電機電容補償?shù)谋匾约坝嬎惴椒?/h2>

電動機無功補償是一項重要的節(jié)能措施，當(dāng)有功功率需要量保持恒定時，無功需要量越大，其視在功率也就越大。而為滿足用電設(shè)備需要，勢必要增大變壓器及配電線路的容量，如此不僅增加投資費用，而且增大設(shè)備及線路的損耗，浪費了電力。另外，無功功率需要量的增加，還使變壓器及線路的電壓損失增大，劣化電壓質(zhì)量?？磥頍o功功率對電網(wǎng)及工廠企業(yè)內(nèi)部供電系統(tǒng)都有不良影響，必須設(shè)法降低無功功率的需要量即提高功率因數(shù)cosφ。低壓電動機的補償在我國已較為廣泛地推廣應(yīng)用并取得良好節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。而高壓電動機的額定容量較大（多用于300 kW以上電機），運行時間長，如實施無功就地補償則節(jié)能效果更為顯著，同時必將獲得顯著的經(jīng)濟效益：

（1）提高功率因數(shù)；

（2）降低電能傳輸?shù)膿p耗；

（3）有利于充分利用供電設(shè)備的容量；

（4）減少了電能傳輸產(chǎn)生的電壓降。

計算高壓電動機就地補償容量的方法主要有以下兩種。

2.1 按電動機的空載電流選擇

式中：QC——補償容量，kVAR；

U——電動機額定電壓，kV；

I0——電動機空載電流。

2.2 按電動機補償前后的功率因數(shù)選擇

式中：P——電動機功率，kW；

cosΦ1——補償前的功率因數(shù)；

cosΦ2——補償后的功率因數(shù)。

3 單級高速離心鼓風(fēng)機補償特點分析

以昆明某污水處理廠升級改造工程為例，該項目鼓風(fēng)機房內(nèi)采用了四臺單級高速離心鼓風(fēng)機，每臺配套590 kW的10 kV高壓電機。

根據(jù)廠家提供資料，電機的功率因數(shù)為0.89，空載電流11A。以上節(jié)第二種方法計算補償容量可以得出表1的結(jié)果。

表1 補償容量一覽表

同時采用電容補償?shù)碾妱訖C切斷電源后，電動機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勵磁電流，可使電動機的磁場因自勵磁而產(chǎn)生電壓，使得電動機運行于發(fā)電狀態(tài)，可能導(dǎo)致對電機及電容器絕緣的損壞。因此，仍需采用上節(jié)第一種方法進行復(fù)算，確保補償設(shè)備的容性電流值應(yīng)不大于電動機空載電流值的0.9倍。

即 QC≤0.9×1.732×10×11=171.47（kVAR）

根據(jù)以上計算結(jié)果，10kV補償容量必須小于171.47 kVAR才能避免出現(xiàn)勵磁電流過大的現(xiàn)象。

由表1計算結(jié)果可知，當(dāng)補償容量為108.32 kVAR時，鼓風(fēng)機在滿載工作時的功率因數(shù)即可達到0.95。這里補償?shù)?10 kVAR是否就足夠了呢？答案是否定的。對此，再回顧一下功率因數(shù)的定義：什么是電動機的功率因數(shù)？異步電動機的功率因數(shù)是衡量在異步電動機輸入的視在功率（即容量等于三倍相電流與相電壓的乘積）中，真正消耗的有功功率所占比重的大小，其值為輸入的有功功率P與視在功率S之比，用cosψ 來表示。電動機在運行中，功率因數(shù)是變化的，其變化大小與負(fù)載大小有關(guān)，電動機空載運行時，定子繞組的電流基本上是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的無功電流分量，有功電流分量很小。此時功率因數(shù)很低，僅為0.2左右，當(dāng)電動機帶上負(fù)載運行時，要輸出機械功率，定子繞組電流中的有功電流分量增加，功率因數(shù)也隨之提高。當(dāng)電動機在額定負(fù)載下運行時，功率因數(shù)才能達到最大值。

結(jié)合單級高速離心鼓風(fēng)機的機械特性可知，這種鼓風(fēng)機在額定負(fù)載時的功率因數(shù)較高，一般均大于0.85，因此它的補償容量往往小于相同功率的羅茨風(fēng)機和多級離心風(fēng)機。但在電機啟動工程中，以及出現(xiàn)由于風(fēng)量風(fēng)壓變化時，電動機的實際負(fù)載均達不到額定負(fù)載，因此在計算高壓電動機補償容量時應(yīng)適當(dāng)放大，以確保在實際運行過程中達到有效的節(jié)能效果。針對上述計算示例，可采用130 KVAR的實際補償容量。

通常電容器額定電壓比電網(wǎng)電壓高10%以上，以便電網(wǎng)電壓正偏移時電容器也不致被擊穿。為提高電容器的使用壽命，建議選擇標(biāo)稱電壓為12 kV的電容補償器作為10 k V單級高速離心鼓風(fēng)機的補償電容。由于電容器的額定容量：

式中：Q——電容器的額定容量，kVAR；

Cn——額定電容，μF；

Un——額定電壓，kV；

f——頻率，Hz。

由上述交流電容器的額定容量的計算公式可以知道，電容器的補償容量與電壓的平方成正比關(guān)系，因此標(biāo)稱電壓為12 kV的電容補償器在10 kV系統(tǒng)中的實際補償容量僅為其標(biāo)稱容量的70%。

綜合考慮以上幾點內(nèi)容，該工程最終選用了四套180 kVAR，標(biāo)稱電壓為12kV的高壓電容補償器。

4 補償后帶來的節(jié)能效果

單級高速離心鼓風(fēng)機的功率往往較大，因此經(jīng)過補償后功率因數(shù)提高帶來的節(jié)能效果也十分明顯。以該工程為例，經(jīng)過電容補償，可將功率因數(shù)由原來的0.89提高到平均功率因數(shù)0.95。電流降降低約7%，即節(jié)能效果7%。對于四臺590kW的鼓風(fēng)機的節(jié)能效果顯著，不但可以較快收回成本，也可帶來巨大的經(jīng)濟效益。

5 總結(jié)

在進行高壓單級高速離心鼓風(fēng)機電容補償計算過程中，應(yīng)綜合考慮到它的功率因數(shù)在不同運行工況中的變化；補償容性電流值應(yīng)不大于電動機空載電流值的0.9倍；電容補償實際容量與標(biāo)稱電壓的關(guān)系等多種因素，缺一不可。從而在保證電機使用安全的前提下最大程度的提升節(jié)能效果。

[1]GB50227-2008，并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范[S].

[2]工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊（第三版）[M].北京：中國電力出版社.

[3]給水排水設(shè)計手冊——電氣與自控（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.