摘要：從實踐出發(fā)，介紹高壓電動機無功就地補償裝置的應用情況、量化分析，并就補償裝置的選擇、成套裝置的電氣接線和配套設備、節(jié)能及經濟效益分析、防止諧振和電機自激磁等問題加以研討。
關鍵詞：高壓 無功功率 就地補償 開發(fā) 應用
1 前言
電動機無功就地補償是一項重要的節(jié)能措施，低壓異步電動機的就地補償技術以三機一泵（風機、空氣壓縮機、球磨機和水泵）為重點，在我國已較為廣泛地推廣應用，并取得良好節(jié)能效果和經濟效益，是實施國家標準GB／T12497－1990《三相異步電動機經濟運行》，推動節(jié)能工作的一項重要措施。高壓電動機的額定容量較大，年運行小時數較多，如實施無功就地補償，則節(jié)能效果更為顯著，但就國內目前情況來看，還處于剛起步階段，方興未艾。為此，對高壓異步電動機的無功功率就地補償問題進行一次調研分析和研究，實屬十分必要。這項新技術的進一步推廣應用，必將獲得顯著的經濟效益。
2 應用狀況量化分析
國家標準GB／T12497－1990《三相異步電動機經濟運行》第5．1條對電動機，額定電壓的選擇規(guī)定：單臺容量在200kW以下時，選用低壓異步電動機；容量在200～355kW之間，如條件許可，宜選用高壓異步電動機；容量在355kW以上時必需選用高壓異步電動機。高壓異步電動機價格高，控制設備昂貴，但效率和功率因數較高，低壓異步電動機及控制設備的價格便宜，但損耗較大，電能利用率低。國產Y系列6kV三相異步電動機的容量為220～2000kW，因此高壓就地補償裝置亦在上述范圍內相應加以考慮。
為了從實際出發(fā)進行量化分析，我們調查了現場中實際使用的229組高壓無功就地補償裝置，其結果量化分析如下：
�。�1）229組高壓就地補償裝置中6kV電壓等級的80組占35％，10kW電壓等級的149組占65％。
（2）按使用高壓就地補償裝置的行業(yè)分：用于自來水公司及引水工程泵站154組占67％，水泥企業(yè)25組占11％，鋼鐵企業(yè)11組占5％，造紙企業(yè)5組占2％，化工企業(yè)4組占1．7％，采礦企業(yè)3組占1．3％，其它27組占12％。
（3）按高壓就地補償裝置的單組容量分：75～700kvar的226組，其中以100、150、200、250、300kvar五個容量等級使用最為廣泛，共占總共229組的72．6％。非標的大容量組3組，其中：1200kvar的一組，1400kvar的2組。各不同單組容量的組數及所占比例，見表1。
3 電氣接線和結構特點
用于無功就地補償的高壓并聯電容器裝置的結構十分簡單，其電氣接線如圖1所示，為了節(jié)約柜體的空間，盡量選用帶內部放電電阻的三相并聯電容器，由于補償裝置與電動機繞組直接相連接，以電動機繞組作為切斷后的放電裝置，不需另行附裝放電線圈。用戶可根據裝設地點的條件，選擇所需的配套設備。在被調查的229組補償裝置中，有84組帶1％～13％的串聯電抗器L，占總組數的36．7％。小容量的干式電抗器可裝于補償箱內，油浸式串聯電抗器則裝于箱外。附裝氧化鋅避雷器的補償裝置有71組，占總組數的31％。附裝電流互感器和電流表的補償裝置有87組，占總組數的38％。就地補償裝置也可以根據實際需要，同時選擇兩種或三種的上述配套設備。
某公司帶串聯電抗器的就地補償箱內部結構斷面圖如圖2所示，其外形尺寸見表2。
就是補償裝置和電動機之間不再裝設開關設備，為了顯示其運行狀態(tài)，均裝有高壓帶電顯示裝置，其顯示器和電流表裝于相面。
4 補償容量的選擇
國家標準GB50052-1995《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》第5.0.10條規(guī)定：“接在電動機控制設備側電容器的額定電流，不應超過電動機勵磁電流的0.9倍，其饋電線截面和過電流保護裝置的整定值，應按電動機一電容器組的電流確定�！鄙鲜鲆�(guī)定與IEC標準831的規(guī)定相一致，其原因是為了防止當電動機切斷電源后，尚未停止轉動的過程中，由于電容器產生的自激磁造成的過電壓，使電機受到損壞。
選擇就地補償裝置容量QC的計算公式有二。
（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，A
（2）按電動機補償前后的功率因數選擇
式中：P—電動機的額定功率，kW；
cosΦ1—補償前的功率因數；
cosΦ2—補償后的功率因數
兩種計算方法取得的QC值結果往往并不一致，如按第二種方法算出的QC值小于第一種方法的計算結果，則以第二種方法計算結果為準，如第二種方法算出的QC值大于第一種方法的計算結果時，以第一種計算方法算出的結果為準，補償率KB＝QC／P。
對Y系列6kV三相異步電動機的補償容量和補償率的推薦值亦可從表3中查得�！ ”�3中的QC值是按公式（2）取cosΦ2＝0．95時計算出來的，為了充分利用制造廠現成規(guī)格的產品，QC增減±2kvar對補償結果影響不大。另外，表3中查得的數值仍應與公式（1）計算所得的QC值相比較，如大于公式（1）計算結果時，仍以公式（1）的計算值為準。對YR系列異步電動機亦可用表3進行QC值的選擇，作為參考。
KB值與電動機容量的關系：
電動機容量越大，其功率因數越高，則tanΦ1值越小，KB值也越小。例如6kV 4級的220kW電動機QC＝90kvar，KB＝0．41而2000kW電動機QC＝500kvar，KB＝0．25。
KB值與電動機轉速的關系：
極數越高則補償率越高，以6kV500kW電動機為例，4極時QC＝170kvar，KB＝0．34；6極時QC＝200kvar，KB＝0．4；8極時QC＝250kvar，KB＝0．50；10極時QC＝270kvar，KB＝0．54；12極時QC＝290kavr，KB＝0．58。
5 高壓無功就地補償的經濟效益
高壓電動機無功就地補償的經濟效益主要有以下四個方面：（1）由于提高功率因數減少的電費支出；（2）由于無功電流分量的減少，降低了電能傳輸的損耗；（3）有利于充分利用供電設備的容量，減少用電貼費的支出；（4）減少了電能傳輸產生的電壓損失。其中以第1、2項為主。有關補償設備的投資回收期，與年利用小時有關，對經常處于運行狀態(tài)的水泵類設備來講，就地補償設備的投資回收期一般為0．5～1年左右，舉兩個實例加以說明：
（1）上海某水廠三泵站，裝有6kV、630kW、8極異步電動機4臺，每臺裝設250kvar的就地補償電容器裝置，裝設后功率因數由0．8上升到0．946，電流值由48A下降為40．7A，每小時可節(jié)電58．8kW·h，每年節(jié)電5．08×105 kW·h，節(jié)約電費約14萬元。
�。�2）溫州某水廠泵站，裝有6kV、1000kW、10極異步電動機4臺，每臺裝設400kvar的就地補償電容裝置，裝設后功率因數由0．823上升到0．957，電流值由50．9A下降為32．1A，補償后每小時可節(jié)電73．6kW·h，每年節(jié)電6．35×105 kW·h，節(jié)約電費約18萬元。
6 防止自激磁和諧振的措施
（1）防止自激磁的措施
采用電容器就地補償的電動機，切斷電源后，電動機仍會在慣性作用下繼續(xù)轉動一段時間，此時電容器的放電電流成為激磁電流，可使電動機的磁場因自激磁而產生電壓，電動機即運行于發(fā)電狀態(tài)，可能導致對電機及電容器絕緣的損壞，防止的措施是：補償設備的容性電流值應不大于電動機空載電流值的90％。
（2）防止產生諧振的措施
防止產生諧振的條件是：如（3）式中所示的n值為整數時，電容器將在n次諧波下產生諧振，必須加以避免。
式中：Sk—電容器安裝處的短路容量，MVA；
QC—補償電容器的容量，Mvar。
