高壓電動機無功就地補償裝置節(jié)能應(yīng)用
2016/10/11 16:01:20
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(shù)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(yīng)用，并取得良好節(jié)能效果和經(jīng)濟效益，是實施國家標準GB／T12497－1990《三相異步電動機經(jīng)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(shù)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(nèi)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(diào)研分析和研究，實屬十分必要。這項新技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用，必將獲得顯著的經(jīng)濟效益。
2.應(yīng)用狀況量化分析
國家標準GB／T12497－1990《三相異步電動機經(jīng)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(shè)備昂貴，但效率和功率因數(shù)較高，低壓異步電動機及控制設(shè)備的價格便宜，但損耗較大，電能利用率低。國產(chǎn)Y系列6KV三相異步電動機的容量為220～2000KW，因此TBBGO高壓就地補償裝置亦在上述范圍內(nèi)相應(yīng)加以考慮。
為了從實際出發(fā)進行量化分析，廈門冠歐電氣有限公司調(diào)查了現(xiàn)場中實際使用的229組TBBGO高壓無功就地補償裝置，其結(jié)果量化分析如下：
（1）229組TBBGO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TBBGO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TBBGO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(shù)及所占比例。
3.電氣接線和結(jié)構(gòu)特點
用于無功就地補償?shù)腡BBGO高壓并聯(lián)電容器裝置的結(jié)構(gòu)十分簡單，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(jù)裝設(shè)地點的條件，選擇所需的配套設(shè)備。在被調(diào)查的229組補償裝置中，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償裝置有87組，占總組數(shù)的38％。
TBBGO高壓就地補償裝置也可以根據(jù)實際需要，同時選擇兩種或三種的上述配套設(shè)備。就是補償裝置和電動機之間不再裝設(shè)開關(guān)設(shè)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(shè)計規(guī)范》第5.0.10條規(guī)定：“接在電動機控制設(shè)備側(cè)電容器的額定電流，不應(yīng)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(yīng)按電動機一電容器組的電流確定。”上述規(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(zhuǎn)動的過程中，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(shù)選擇
式中：P—電動機的額定功率，KW；
COSΦ1—補償前的功率因數(shù)；
COSΦ2—補償后的功率因數(shù)
兩種計算方法取得的QC值結(jié)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(jié)果，則以第二種方法計算結(jié)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(jié)果時，以第一種計算方法算出的結(jié)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。表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(xiàn)成規(guī)格的產(chǎn)品，QC增減±2KVAR對補償結(jié)果影響不大。另外，表3中查得的數(shù)值仍應(yīng)與公式（1）計算所得的QC值相比較，如大于公式（1）計算結(jié)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(guān)系：
電動機容量越大，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(zhuǎn)速的關(guān)系：
極數(shù)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. TBBGO高壓無功就地補償?shù)慕?jīng)濟效益
TBBGO高壓電動機無功就地補償?shù)慕?jīng)濟效益主要有以下四個方面：
（1）由于提高功率因數(shù)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?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項為主。有關(guān)補償設(shè)備的投資回收期，與年利用小時有關(guān)，對經(jīng)常處于運行狀態(tài)的水泵類設(shè)備來講，就地補償設(shè)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(shè)250KVAR的TBBGO高壓就地補償電容器裝置，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，每小時可節(jié)電58.8KW·H，每年節(jié)電5.08×105KW·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(shè)400KVAR的TBBGO高壓就地補償電容裝置，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，補償后每小時可節(jié)電73.6KW·H，每年節(jié)電6.35×105KW·H，節(jié)約電費約18萬元。
