电机就地补偿

电动机无功功率的就地补偿

清华大学电机工程与应用电子技术系林永

摘要介绍了电动机无功功率就地补偿时,电容器容量的选择方法和接线方式,

分析了并联电容器损坏的原因,提出增加并联补偿电容器的额定标称电压是防止电容

器损坏的有效方法。

关键词无功功率就地补偿电容器电动机

电动机无功功率就地补偿技术是国家推广的一项节电项目。大力推广这一新技术

,对节能具有十分重要的意义。在煤矿井下,由于低压供电负荷距离变压器较远,采用

电动机无功功率就地补偿技术除了节约电能外,还可降低线路压降、使电动机易于起

动。

1 电动机就地补偿容量的选择

电动机就地补偿容量的选择,一般应以空载时补偿其功率因数至1为宜,不能以负

荷情况计算。因为以空载情况补偿,则满载时仍为滞后。若以负荷情况补偿至cos =1

,空载(或轻载)时势必过补偿(即功率因数超前)。过补偿的电动机在切断电源后,由于

电容器之放电供给电动机以励磁,能使仍在旋转的电动机成为感应发电机,而使电压超

出额定电压好多倍,对电动机的绝缘和电容器的绝缘都不利,因此,感应电动机就地补

偿的电容器容量可由下式确定:

Q C≤1.732U N I0

式中:Q C—就地补偿电容器的三相总容量,kW;

U N—电动机的额定电压,kV;

I0—电动机的空载电流,A。

防止电动机产生自激的电容器容量可按下式选用:

Q C=0.9×1.732U N I0=1.5588U N I0

就地补偿电容器容量选择的主要参数是电动机的励磁电流,因为不使用电容器可

以造成电动机自激是选用电容器容量的必要条件。由于电动机的功率因数与负载率、

极数和容量有很大关系,负载率越低,功率因数越低;极数越多,功率因数也越低;同时,

容量越小,功率因数也越低。电动机的无功功率主要消耗在励磁电流上,随负载率变化

不大,因此,就地补偿的电容器容量与电动机的容量和极数有关。电动机就地补偿后的

功率因数达到0.95～0.98就可以了。

2 电容器的过电压

2.1电容器的无功功率与运行电压的平方成正比

在正弦波电压条件下,电容的无功功率为:

Q=UI=U2/XC=ωCU2

从上式中可以清楚看出,Q与U 2成正比,当电容器的运行电压为额定电压的90%时

,无功功率Q降低了19%,而当运行电压为额定电压的110%或120%时,无功功率分别增加

了21%或44%。

2.2 运行电压升高,使电容器的发热和温升都增加

电容器中由于介质损失引起的有功功率损失P S,可用下式表示:

P S=ωCU2tgδ

从上式中可以看出,电容器的功率损耗和发热量也随着电压值的平方变化,运行电

压的升高,会使电容器的温度显著增大。当过电压太高时,就会导致热不平衡,最后造

成电容器损坏。

2.3 电容器的寿命随电压的升高而缩短

电容器内部的绝缘介质在长期高电场作用下产生老化作用,使电容器绝缘强度逐

渐降低而发生击穿。电容器绝缘介质的电场强度愈高,老化愈快,电容器绝缘介质的寿

命也愈短。研究认为,当电压增加15%时,其寿命就可以缩短到运行于额定电压时的32.

7%～37.6%左右。因此,严格要求电容器运行电压在允许范围之内,是保证电容器安全

运行的重要措施。根据相电力电容器运行电压的标准规定,电容器不要在超过1.1倍额

定电压下长期运行。

2.4 补偿电容器串联的影响

当每相之间的电容器组是由几个单台电容器串联以后再接入电网时,由于各台电

容值的差异,而承受的电压并不一致,也会引起过电压(制造标准上允许的误差为±10%

,过电压即可达到20%)。另外,对于中性点不接地的接线电容器组,相间电容差值也会

产生三相电压的不平衡。

2.5 串联电抗器的影响

当接入网络的电容器组采用串联6%的电抗器以防止高频谐波共振时,要考虑到加

装电抗器后引起加于电容器组上端电压的升高,以免产生长期过电压运行。

2.6应提高补偿电容器的额定电压

目前我国生产的移相电容器其额定电压是按照电力系统的标准电压而设计的,例

如0.4kV/6.3kV/10.5kV等,如果这些电容器接在变电所或在变电所附近,由于送电端的

关系,其母线运行电压往往高于电容器的标称电压,例如0.4kV或6.9kV或者11.5kV,在

此基础上往往又可能在10%的过电压下持续运行,尤以轻负荷时更为严重,这样将严重

地影响到电容器的使用寿命。因此有必要向电力电容器制造厂订做6.9kV标称电压的

高压电容器和0.45kV标称电压的低压电容器。

3 电容器的过电流和过负荷

3.1 电容器的过电流和过负荷

移相电容器的过电流和过负荷主要是由于运行电压的升高或高次谐波的畸变两个

原因引起的。第一机械工业部标准JB1629-75对移相电容器规定,必须能在由于电压升

高或高次谐波引起的不超过1.3倍的额定电流下长期工作。如果电容器组的过电流和

过负荷超过厂家规定的允许范围时,应将电容器组从电源上断开,并采取相应措施加以

解决后方可投入运行。

3.2 电容器的电流和无功负荷的关系

三相电容器的额定电流和额定无功功率的关系如下:

I N=Q C/1.732U N

运行中的三相电容器无功负荷功率和运行电流的关系如下:

Q=1.732UI

3.3 防止谐波共振过电压和电容器严重过负荷

若安装地点运行电压并不高,但电容器过流又很严重,则应主要考虑波形畸变的问

题,首先应对附近用户负荷性质进行了解,分析其谐波成分及比例,找出产生谐波的原

因。

当网络有谐波源并影响到电容器安全运行时,可以在电容器回路中串联一组电抗

器,其感抗值的选择应该在可能产生的任何谐波下均使电容器回路的总电抗为感抗而

不是容抗,从根本上消除产生谐波的可能。电抗器感抗值X

L

按下式计算:

X L =KX

C

/n2

式中:X

C

—补偿电容器的工频容抗,Ω; n—可能产生的最低谐波次数;

K—可靠系数,一般取1.2～1.5。

可能产生的最低谐波次数,一般取n=5,则: