高压电机的无功补偿方式分析

摘　要：水泥厂的高压电机是比较多的，拿一座日产2500吨熟料水泥生产线来说，高压电机差不多有9～11台。如何对这些高压电机进行无功功率补偿，达到事半功倍的效果，是一个应该引起重视的问题。

关键词：高压电机；无功功率补偿；集中自动补偿；进相机
前言
　　在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ， 在电动机的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的效率。
　　水泥厂的高压电机是比较多的，拿一座日产2500吨熟料水泥生产线来说，高压电机差不多有9～11台。如何对这些高压电机进行无功功率补偿，达到事半功倍的效果，是一个应该引起重视的问题。国内目前常用的是在总降10kV侧集中自动补偿和机旁就地电容或进相机补偿2种方法，这2种方法各有利弊。这里对两种方式分别进行分析：
1，集中自动补偿方式
1.1集中自动补偿方式的介绍；
　　高压集中自动补偿是指将并联电容器组直接装在电动机的6～10kV高压母线上的补偿方式。这种方式，适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了电动机的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。
　　减少线路和变压器的损耗。由于线路的损耗等于电流的平方乘以线路和变压器的内阻，如功率因数从0.75提高到1，补偿后线路和变压器的电流下降到补偿前的75%，损耗率下降到补偿前的0.752，即56%，假设高压侧的损耗为P1，低压侧的损耗为P2，则由二瓦法计算线路总损耗为：
　　P总＝P1+P2＝I12*R1+I22*R2＝（1/25）2*I22*R1+I22*R2＝（1.6*10-3*R1+R2）*I22
　　无功补偿的原则之一是越靠近负载效果越好。对容量较大，长期运行的电动机宜采用就地补偿，直接提供电动机所需要的无功功率，进而减小电网的无功流量，降低线损和线路电压降。 达到提高其功率因数、改善电压质量、降低线路损耗、增加出力、节约电能之目的。
1.2 集中自动补偿方式的作用；
　　集中自动补偿方式的作用有：（1）可减少供电网、配电变压器、低压配电线路的负荷电流；（2）可减少配电线路的导线截面和企业配电变压器的容量；（3）可减少企业配网的有功功率损耗；（4）补偿点的无功经济当量最大，因而降损效果更好；（5）可降低电动机的起动电流；（6）可提升电动机的端电压，提高电动机的效率
2，机旁就地电容或进相机补偿
2.1  机旁就地电容或进相机补偿的介绍；
　　电容补偿是一种非常简单的补偿方式，就是在电动机的线路上并联一个匹配的电容即可。进相机是一种专为大中型绕线式异步电机设计制作的就地无功功率补偿装置。它串接于电机转子回路，用以提高功率因数，可显著降低电机和电网的无功及有功损耗，改善电机的运行状况，延长电机的使用寿命，对节约能源、降低单位产品成本、提高企业的经济效益具有重要意义。
2.2  进相机补偿的特点；
　　进相机补偿的特点有：（1）可使异步电动机的功率因数提高到接近于1，电机定子电流减少15%—20%左右，其性能优于传统的电容补偿和旋转式进相机；（2）电机定子侧并联电容，只能在电机之外的电网上对电机的无功功率进行补偿，无法改善电机本身的运行状态；（3）在电机转子侧串接进相器进相之后，电机定子侧的电流可大幅度下降，功率因数显著提高，电机温升降低，效率和过载能力也相应提高。
　　因此，进相器补偿与电机定子侧并联电容器就地补偿有本质的区别。静止式进相器与自激（旋转）式进相机也不同。
2.3  新式静止式进相器
　　新式静止式进相器采取了交一交变频技术和微机、可控硅控制技术、可自动跟踪电机运行状态的变化并自动调整相关参数以达到到最佳补偿效果。它克服了旋转进相机“整流子”结构特别怕尘埃、使用寿命短、维修频繁、费用高、规格少、难以与电动机达到最佳匹配等缺点，具有参数调节容易、不怕尘埃、使用寿命长、维护方便、费用低等特点。
　　其中，MF系列静止式进相器没有传动部件，不会产生火花、不怕灰尘、安全可靠，能适用于恶劣环境等优点，可适配于75KW—3200KW的高低压三相绕式异步电动机，适用于水泥、冶金、轧钢、造纸、化工、矿山、制药等行业，能显著降低电动机和电力线路上的损耗、节约电能、改善电网供电质量、降低电动机温升，具有明显的经济效益和社会效益。（进相机在电动机线路中的接法如图1所示）
　　
　　
　　图1进相机在电动机线路中的接法
3，结束语
　　集中自动补偿技术先进，便于管理，但设备投资大，各高压电机的机旁无功损耗大。机旁就地电容或进相机补偿，使高压电机的功率因数大大提高，有效降低了各高压电机的就地无功损耗，可以节省一部分运行费用，但是会增加各控制室的占地面积、土建投资和设备分散管理的难度。特别是机旁进相机补偿方式，采用的是IGBT器件和电子电路控制，对维修人员的技术素质要求高，当项目地处偏远或在国外，备品备件的采购也是大问题。因此，我在做国外项目或国内西部偏远地区的项目时，大多采取总降10kV侧集中自动补偿方式，而在内地交通便利的地方则以机旁就地进相机补偿方式为主。
参考文献：
[1] 张章潭. 就地无功补偿电动机的自励磁现象的验证. 电机技术,2001,1
[2] 王民权，李威震.企业无功功率点的合理选择.电工技术,2001,4
[3]上海市电子电器技术协会.中小微型电机修理手册.上海科学技术出版社，1999 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/241719.html