關于合理選用高壓電動機無功就地補償裝置的探討

摘 要：將就地補償裝置應用于高壓電動機中，有助于電能利用率的提高，實施這種技術，不僅與我國能源的節約利用相符合，也與提高資源利用率的發展政策相一致。為此在合理選用無功就地補償裝置上，需進行準確的計算與驗算，并對無功就地補償裝置的安裝特點引起注意。文章作者結合自身工作實踐，就高壓電動機無功就地補償的特點與電動機無功補償容量的計算方法展開了論述，并對高壓就地電容補償裝置選擇和使用中應注意的一些問題做了簡要說明，旨在更好對高壓電動機無功就地補償裝置予以選用。

關鍵詞：高壓電動機；無功就地補償；合理選用

1 高壓電動機無功就地補償的特點

（1）相對于傳統的集中補償技術來說，應用無功就地補償裝置，有助于高壓電動機功率因素的提高，增加的一定電能提供中有用功的利用，讓電費的支出在相同的工作強度中大幅減少，企業資本投入也大大減少，對企業經濟效益的增長起到了積極作用，同時也使用電質量的穩定性得到了保證，讓高壓電動機的使用時間延長[1]。

（2）應用無功就地補償裝置，可在啟動高壓電動機時對其進行有效的保護，借助恒定控制對電流予以啟動，讓高壓電動機即使在很小的電流沖擊下也能順利開啟，使大電流不會對電動機造成較大的沖擊，同時也避免了電路在傳輸中受到損耗[2]。

（3）通常來說，高壓電動機的應用環境都較為復雜，一般都應用于重型機械工程之中，因此高壓電動機在較大負載的情況中需要較大電壓的提供才可以正常的運行，但應用無功就地補償裝置，就讓機械的正常運作在低電壓環境下也可進行。

2 電動機無功補償容量的計算方法

《供配電系統設計規范》GB50052-1995第5.0.10條中曾明確規定“應將接在電動機設備側電容器的額定電流控制在電動機勵磁電流0.9倍的范圍內，確定其饋電線與過電流保護裝置的整定值，應以電動機-電動容器組的電流為準。[3]”之所以出臺這條規定，皆是因為將就地補償電容器裝于單臺異步電動機中時，如果電動機突然和電源相脫離，電容器就將會對電動機放電，進而出現自勵磁現象。若補償電容器容量較大，或由于電動機慣性轉動而產生過電壓，從而損壞電動機。為了有效杜絕此類現象發生，電容器補償容量不宜過大，應以電容器組在此時的放電電流低于電動機空載電流為限，因而規定應將其控制在電動機勵磁電流的0.9倍之內。

一般情況下，有兩種選擇就地補償裝置容量Qc的計算方法：

2.1 根據電動機空載電流選擇的方法

Qc=0.9（UeIo）

式中：Io為電動機額定空載電流（A）；Ue為供電系統額定線電壓（kV）

如果無法在產品樣本中查到電動機空載電流Io，可采取下列公式進行估算：

Io=2IN（1-cos?N）或Io=（sin?N-cos?N/2nT）

式中：IN為電動機額定電流（A）；?N為電動機未經補償時的功率因數角；nT為電動機最大轉矩倍數，通常取1.8-2.2

需要引起注意的是，如果實際運行電壓和電容器額定電壓存在差異時，Qc1則為電容器的實際補償容量：

Qc1=（Uw/UNC）2QNC

式中：UNC為電容器的額定電壓；QNC為電容器的額定補償容量；Uw為電容器實際工作電壓

2.2 根據電動機補償前后的功率因素選擇

式中：P為電動機的額定功率（kW）；cos?1為補償前的功率因素；cos?2為補償后的功率因素

建議cos?2的選取在0.95-0.98范圍內。

2.3 驗算

上述兩種計算方法得到的QC值結果通常都有所差別，如果根據第二種方法算出的QC值比第一種方法的計算結果小，那么則以第二種方法的計算結果作為標準，如果第二種方法算出的QC值比第一種方法的計算結果大，那么則以第一種方法的計算結果作為標準。

通過對補償電容量QC的初步計算將電容器額定電流Ic計算出來，這一電流一定要比電動機的空載電流Io小，通常取Ic≤0.9Io，若Ic大于0.9Io，則需要對Qc予以修正，以避免電機產生較高的自刺磁電壓。

通產情況下，均以補償率來表示衡量補償容量。補償率=Qc/P。電動機容量與其功率因素呈正比，容量越大，其功率因素也就越高，但其與TAN?1值呈反比，TAN?1值越小，KB值也就越小；電動機的級數越高，其轉速則偏低，但補償率KB值越高。

3 高壓就地電容補償裝置選擇和使用中應注意的一些問題

3.1 防止自刺磁措施

一般情況下，當電動機運用電容器就地補償后，即使切斷電源，電動機仍然會繼續轉動一段時間，這多和其受到慣性影響有關，這時電容器的放電電流就會以激磁電流的形式出現，可讓電動機的磁場由于自激磁而產生電壓，電動機便處于發電狀態，但卻或許會損壞電機和電容器絕緣，避免措施是：應將補償設備的容性電流值控制在低于電動機空載電流值的90%之內。

3.2 防止產生諧振的措施

作為線性無功裝置，電容器不產生諧波，但將電容器安裝于電力系統中，或許會造成一個諧波頻率上出現整體或部分的諧振。

當下式中n值為整數時，電容器則會在n次諧波下產生諧振，因此必須要對其予以有效防止。

式中：Sk為電容器安裝處的短路容量（MVA）；Qc為補償電容器的容量（Mvar）。

當n值越和系統中出現的某次諧波相接近，其就會產生越大的影響。針對這樣的情況，必須采取一定措施對頻率進行改變，即利用在電容器組上對諧波進行串聯來實現對電感的抑制。

3.3 保護回路中的一些問題

需注意，在對高壓電動機保護回路進行設計時，若出現總電源失電的情況，控制電動機的斷路器需立即跳閘，不然在電氣系統中因為所有其它的電容器組都有效地和本組電動機的電容器組以并聯的形式存在，就會因為自勵磁和產生較高的過電壓。為此，裝設過電壓保護是非常有必要的，若情況所需還需對逆功率（方向保護）進行裝設。

3.4 裝置本身的選擇

在對高壓就地電容補償裝置進行選用時，還需對使用環境的問題引起注意，因為一般情況下這一裝置都安裝于電動機旁，所以機旁的環境溫度、環境條件都要引起格外重視，尤其需配合其他專業，將足夠大的空間預留出來，以對電容補償裝置予以擺放[4]。除此之外，還需對裝置自身的散熱通風等問題進行充分考慮。

4 結束語

在電力工程中，無功補償技術的應用價值巨大，不論是在低壓配電網中，還是使用高壓電動機，應用無功就地補償裝置，均可使電能的利用效率大大提高，并且有效地保護電器元件與電機，不論是站在經濟層面分析，還是站在能源的利用層面分析，都是一項不可或缺的節約措施。特別是對高壓電動機，大額定容量，更具有明顯的節能效果，因而應加大其在工程設計過程中的推廣力度。

參考文獻

[1]宋杰東，盧雪梅，盧啟虎.淺談無功功率補償裝置的功能及應用[J].電氣應用，2011，11：42-45.

[2]劉賢斌，呂韜，陳藝.高壓無功就地補償裝置補償電容器組的選用[J].電力電容器與無功補償，2011，04：24-28.

[3]張香明.10kV高壓電動機的無功就地補償[J].農村電氣化，2010，04：49-50.

[4]李秋萍.高壓電動機加裝無功補償裝置的探討[J].教育現代化（電子版），2015，03：78-79.