1.引言

 三相異步電機是企業最常用的電氣設備之一，在生產設備中占有相當的比例。由于他們都是電感性負荷,所以在生產運行中,功率因數都比較低,需要從電網中吸收大量的無功才能正常工作,這樣就造成較大的電壓損失和電能損失。因此必須提高電機的功率因數及回路的線損。要保證并聯在機端的電容呈容性,就必須采用合適的容量,否則,過大的電容在回路中會呈現出感性,這樣不但不能降低電能損耗,反而要消耗有功來抵消多出部分的電容容量所產生無功量。

 提高功率因數的兩種辦法，一是提高電機的自然功率因數，二是安裝人工補償裝置，即電容補償裝置。由于電機的自然功率因數與電路負荷性質有關，由設備負荷的性質決定，不可改，所以企業一般使用安裝人工補償裝置來提高功率因數。電容補償方式主要有三種：個別、分組和集中，三種補償方式優缺點如表一

表一（補償方式優缺點對比）

 瀘灣江取水泵房電動機目前采用的是個別補償的方式，采用個別補償時，移相電容與電機一起并聯在母線上，切斷電源后，電機轉速不能馬上降為零，且因電容組對電機放電使得電機得到勵磁，如果電容容量過大，有以下幾個結果：①可能導致過補償，倒送無功功率勢必造成功率損耗增加；②可能產生幅值很大的過電壓，該電壓要經過相當長一段時間才能降下來，這就是勵磁現象。③拉閘后，如果立即合閘，線路電壓和自勵磁產生的電壓在相位上會有一個差角，此外，自勵磁還有可能使電機產生瞬時扭矩，瞬時扭矩與電機轉動方向相反，所以容易造成電機定子線圈、轉軸和靠背輪的損壞。④容易擊穿電容。

 瀘灣江的1#、3#高壓電動機的功率為250KW、而4#、5#為160KW、但現在的無功就地補償統一使用型號11/√3-50-1W的電容進行補償，電容容量為50Kvar。實踐說明，50Kvar的電容補償對1#3#機組完全適合，則說明目前對4#、5#電機補償容量是偏大的，造成功率損耗增加；同時導致電壓升高的機率加大，有可能會危及到其他設備的安全以及補償設備的自身安全。另外，對拉閘后立即合閘的操作所產生的設備損壞的機率也會增加。據近2年來的維修記錄顯示，1#、3#機組電容器共接地擊穿了3臺，因電容每兩年更換一次，所以更換3臺尚屬于正常范圍。而4#、5#機組電容器共接地擊穿了10臺，按正常損耗，每兩年更換一次4#、5#機組總共需要更換6臺。同時如果電容擊穿維修更換過程需要用兩個小時的時間，所以出現這樣的設備故障，除了給公司帶來一定的經濟損失，還會影響正常供水。

 針對這一情況，有必要通過計算分析，選擇更為經濟的電容容量，配套不同的就地補償電容，使各電機的功率因數盡量接近0.99，降低電能損耗，同時保證設備的安全運行。

2.無功補償的實施方案

2.1電機補償容量的計算

設P1、P2為補償前后的有功，P3為損耗值，則有P3=P1-P2

P=I＾２*Ｒ＝［Ｐ／（Ｕcosφ）］＾２*Ｒ(1)

 由于設備不變，則Ｐ，Ｕ，Ｒ都不變，電機的自然功率因數cosφ也不變，即Ｐ１＝Ｐ２，所以補償前后有功功率不變．如圖１

（圖一）

設需要補償Q2容量的無功，

由圖可得Ｑ＝Ｐe*tanΦQ1=Ｐe*tanΦ1

則Q2=Q-Q1=Ｐe(tanΦ-tanΦ1)(2)

 式中Ｐe為電機的額定功率，Q為電機運行在自然功率因數時的無功功率，Q1為加裝人工補償裝置后的無功功率。假設加入Q2容量的電容，可把電機功率因數從0.82提到0.99。此時cosφ=0.82；cosφ1=0.99。由公式（2）得到需補償的容量Q2=Ｐe*0.56（注1）。查看電機銘牌，Pe1=Pe3=250kw；Pe4=Pe5=160kw，由此得出1、3、4、5號機分別要補償的容量為Q21=Q23=140Kvar，Q24=Q25=89.6Kvar由于電容柜接線方式是三相并電容補償，所以四臺機組單相補償分別為46.7Kvar，46.7Kvar，29.9Kvar，29.9Kvar。由于10kv電容容量都是整數級，所以四臺機組每相補償的電容容量分別整定為50Kvar、50Kvar、30Kvar、30Kvar。

綜合以上分析，分別采集了補償容量為50Kvar和30Kvar的兩組儀表上的實際數據。

表二補償容量為50Kvar，機組運行有功表數據

表三補償容量為30Kvar，機組運行有功表數據。

3.結論

 通過以上兩組數據的對比得知，補償容量為50Kvar的時候，4#機組的有功功率平均值為154KW，5#機組的有功功率平均值為153.87KW；補償容量為30Kvar的時候，4#的有功功率平均值為153.71KW，5#機組的有功功率平均值為153.63KW，每臺機組有功功率降低了0.2KW，按目前調度開機運行時間數據統計得知，4#機組平均每天運行24個小時，5#機組平均每天運行12個小時，一年能降低的電能為：0.2KW*（12+24）*365=2628KW，節省的電費為：2628*0.6546=1720（元）。

 經過試驗及計算分析，瀘灣江電容無功補償，1#、3#機組電容容量不變選用50Kvar；4#、5#機組電容容量應改選用30Kvar的，50Kvar電容價格為900元，30Kvar電容價格為800元，電容成本下降100元/臺。按正常預計，4#、5#機組的高壓電容每兩年更換一次，合計為6臺，而近兩年由于容量偏高而總計更換了10臺，比正常多更換了4臺，則平均每年節約的費用為（10*900-6*800）/2=2100元。

 綜上所述，更換電容容量后，每年能節省的費用為：1720+2100=3820元。雖然此電費節省不多，但是可以看出改變電容容量，即改變了無功功率，從而保證了電壓穩定性。確保電力系統運行的穩定性。改變電容投加容量，能降低一定的能耗，但是最重要的是機組停機瞬間的自勵磁現象得到比較好的遏制，延長了電容的使用年限，避免了設備因此而受到損壞，造成重大損失。在安全方面，已經很大程度保證了設備的正常運行，確保了設備和人身的安全。

參考文獻：

《進網作業電工培訓教材》

《中國水能及電氣化》

《諧波抑制及無功功補償》

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