1.前言

電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施，低壓異步電動(dòng)機(jī)的就地補(bǔ)償技術(shù)以三機(jī)一泵（風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、球磨機(jī)和水泵）為重點(diǎn)，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(jì)效益，是實(shí)施國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T12497－1990《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》，推動(dòng)節(jié)能工作的一項(xiàng)重要措施。高壓電動(dòng)機(jī)的額定容量較大，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)較多，如實(shí)施無功就地補(bǔ)償，則節(jié)能效果更為顯著，但就國內(nèi)目前情況來看，還處于剛起步階段，方興未艾。為此，對(duì)高壓異步電動(dòng)機(jī)的無功功率就地補(bǔ)償問題進(jìn)行一次調(diào)研分析和研究，實(shí)屬十分必要。這項(xiàng)新技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，必將獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2.應(yīng)用狀況量化分析

國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T12497－1990《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》第5.1條對(duì)電動(dòng)機(jī)，額定電壓的選擇規(guī)定：?jiǎn)闻_(tái)容量在200KW以下時(shí)，選用低壓異步電動(dòng)機(jī)；容量在200～355KW之間，如條件許可，宜選用高壓異步電動(dòng)機(jī)；容量在355KW以上時(shí)必需選用高壓異步電動(dòng)機(jī)。高壓異步電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，控制設(shè)備昂貴，但效率和功率因數(shù)較高，低壓異步電動(dòng)機(jī)及控制設(shè)備的價(jià)格便宜，但損耗較大，電能利用率低。國產(chǎn)Y系列6KV三相異步電動(dòng)機(jī)的容量為220～2000KW，因此KYTBB高壓就地補(bǔ)償裝置亦在上述范圍內(nèi)相應(yīng)加以考慮。

為了從實(shí)際出發(fā)進(jìn)行量化分析，上海坤友電氣有限公司調(diào)查了現(xiàn)場(chǎng)中實(shí)際使用的229組KYTBB高壓無功就地補(bǔ)償裝置，其結(jié)果量化分析如下：

（1）229組KYTBB高壓就地補(bǔ)償裝置中6KV電壓等級(jí)的80組占35％，10KW電壓等級(jí)的149組占65％。

（2）按使用KYTBB高壓就地補(bǔ)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KYTBB高壓就地補(bǔ)償裝置的單組容量分：75～700KVAR的226組，其中以100、150、200、250、300KVAR五個(gè)容量等級(jí)使用*為廣泛，共占總共229組的72.6％。非標(biāo)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(shù)及所占比例。

3.電氣接線和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

用于無功就地補(bǔ)償的KYTBB高壓并聯(lián)電容器裝置的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，為了節(jié)約柜體的空間，盡量選用帶內(nèi)部放電電阻的三相并聯(lián)電容器，由于補(bǔ)償裝置與電動(dòng)機(jī)繞組直接相連接，以電動(dòng)機(jī)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(jù)裝設(shè)地點(diǎn)的條件，選擇所需的配套設(shè)備。在被調(diào)查的229組補(bǔ)償裝置中，有84組帶1％～13％的串聯(lián)電抗器L，占總組數(shù)的36.7％。小容量的干式電抗器可裝于補(bǔ)償箱內(nèi)，油浸式串聯(lián)電抗器則裝于箱外。附裝氧化鋅避雷器的補(bǔ)償裝置有71組，占總組數(shù)的31％。附裝電流互感器和電流表的補(bǔ)償裝置有87組，占總組數(shù)的38％。KYTBB高壓就地補(bǔ)償裝置也可以根據(jù)實(shí)際需要，同時(shí)選擇兩種或三種的上述配套設(shè)備。

就是補(bǔ)償裝置和電動(dòng)機(jī)之間不再裝設(shè)開關(guān)設(shè)備，為了顯示其運(yùn)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(bǔ)償容量的選擇

國家標(biāo)準(zhǔn)GB50052－1995《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.0.10條規(guī)定：“接在電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備側(cè)電容器的額定電流，不應(yīng)超過電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的0.9倍，其饋電線截面和過電流保護(hù)裝置的整定值，應(yīng)按電動(dòng)機(jī)一電容器組的電流確定。”上述規(guī)定與IEC標(biāo)準(zhǔn)831的規(guī)定相一致，其原因是為了防止當(dāng)電動(dòng)機(jī)切斷電源后，尚未停止轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，由于電容器產(chǎn)生的自激磁造成的過電壓，使電機(jī)受到損壞。

選擇就地補(bǔ)償裝置容量QC的計(jì)算公式有二。

（1）按電動(dòng)機(jī)的空載電流選擇

式中：QC—補(bǔ)償容量，KVAR；

U—電動(dòng)機(jī)額定電壓，KV；

I0—電動(dòng)機(jī)空載電流，A

（2）按電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)選擇

式中：P—電動(dòng)機(jī)的額定功率，KW；

COSΦ1—補(bǔ)償前的功率因數(shù)；

COSΦ2—補(bǔ)償后的功率因數(shù)

兩種計(jì)算方法取得的QC值結(jié)果往往并不一致，如按**種方法算出的QC值小于種方法的計(jì)算結(jié)果，則以**種方法計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)，如**種方法算出的QC值大于種方法的計(jì)算結(jié)果時(shí)，以種計(jì)算方法算出的結(jié)果為準(zhǔn)，補(bǔ)償率KB＝QC／P。

對(duì)Y系列6KV三相異步電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償容量和補(bǔ)償率的推薦值亦可從表3中查得。表3中的QC值是按公式（2）取COSΦ2＝0.95時(shí)計(jì)算出來的，為了充分利用制造廠現(xiàn)成規(guī)格的產(chǎn)品，QC增減±2KVAR對(duì)補(bǔ)償結(jié)果影響不大。另外，表3中查得的數(shù)值仍應(yīng)與公式（1）計(jì)算所得的QC值相比較，如大于公式（1）計(jì)算結(jié)果時(shí)，仍以公式（1）的計(jì)算值為準(zhǔn)。對(duì)YR系列異步電動(dòng)機(jī)亦可用表3進(jìn)行QC值的選擇，作為參考。

KB值與電動(dòng)機(jī)容量的關(guān)系：

電動(dòng)機(jī)容量越大，其功率因數(shù)越高，則TANΦ1值越小，KB值也越小。例如6KV4級(jí)的220KW電動(dòng)機(jī)QC＝90KVAR，KB＝0.41而2000KW電動(dòng)機(jī)QC＝500KVAR，KB＝0.25。

KB值與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系：

極數(shù)越高則補(bǔ)償率越高，以6KV500KW電動(dòng)機(jī)為例，4極時(shí)QC＝170KVAR，KB＝0.34；6極時(shí)QC＝200KVAR，KB＝0.4；8極時(shí)QC＝250KVAR，KB＝0.50；10極時(shí)QC＝270KVAR，KB＝0.54；12極時(shí)QC＝290KAVR，KB＝0.58。

5. KYTBB高壓無功就地補(bǔ)償的經(jīng)濟(jì)效益

KYTBB高壓電動(dòng)機(jī)無功就地補(bǔ)償的經(jīng)濟(jì)效益主要有以下四個(gè)方面：（1）由于提高功率因數(shù)減少的電費(fèi)支出；（2）由于無功電流分量的減少，降低了電能傳輸?shù)膿p耗；（3）有利于充分利用供電設(shè)備的容量，減少用電貼費(fèi)的支出；（4）減少了電能傳輸產(chǎn)生的電壓損失。其中以第1、2項(xiàng)為主。有關(guān)補(bǔ)償設(shè)備的投資回收期，與年利用小時(shí)有關(guān)，對(duì)經(jīng)常處于運(yùn)行狀態(tài)的水泵類設(shè)備來講，就地補(bǔ)償設(shè)備的投資回收期一般為0.5～1年左右，舉兩個(gè)實(shí)例加以說明：

（1）上海某水廠三泵站，裝有6KV、630KW、8極異步電動(dòng)機(jī)4臺(tái)，每臺(tái)裝設(shè)250KVAR的KYTBB高壓就地補(bǔ)償電容器裝置，裝設(shè)后功率因數(shù)由0.8上升到0.946，電流值由48A下降為40.7A，每小時(shí)可節(jié)電58.8KW·H，每年節(jié)電5.08×105KW·H，節(jié)約電費(fèi)約14萬元。

（2）溫州某水廠泵站，裝有6KV、1000KW、10極異步電動(dòng)機(jī)4臺(tái)，每臺(tái)裝設(shè)400KVAR的KYTBB高壓就地補(bǔ)償電容裝置，裝設(shè)后功率因數(shù)由0.823上升到0.957，電流值由50.9A下降為32.1A，補(bǔ)償后每小時(shí)可節(jié)電73.6KW·H，每年節(jié)電6.35×105KW·H，節(jié)約電費(fèi)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KYTBB高壓并聯(lián)電容器就地補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)，切斷電源后，電動(dòng)機(jī)仍會(huì)在慣性作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間，此時(shí)電容器的放電電流成為激磁電流，可使電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)因自激磁而產(chǎn)生電壓，電動(dòng)機(jī)即運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)，可能導(dǎo)致對(duì)電機(jī)及電容器絕緣的損壞，防止的措施是：補(bǔ)償設(shè)備的容性電流值應(yīng)不大于電動(dòng)機(jī)空載電流值的90％。

（2）防止產(chǎn)生諧振的措施

防止產(chǎn)生諧振的條件是：如（3）式中所示的N值為整數(shù)時(shí)，電容器將在N次諧波下產(chǎn)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(bǔ)償電容器的容量，MVAR。