简析高压异步电动机无功补偿

( 7)
其中: k 为计算系数, 当 cos e & 0. 85时, k = 2. 1; 当
cos e > 0. 85时, k = 2. 15。
由式 ( 7) 可得
Q 0 = 2. 26 - k co s ePN,
( 8)
e
Q e = tan eP e, 故
e
k2 = Q e - Q0 =
tan
e + k cos
综上所述, 在同一功率因数目标值下, 异步电动 机在低负荷率时的无功补偿需量 Q c 可能比额定工 况下的无功补偿需量 Q cn要大很多, 故按照式 ( 2) 计 算 ( 即采 用额定工 况时电 动机参数 进行计算 ) , 式 ( 3)校验的方法有可能造成异步电动机低负荷率时 的功率因数无法满足电网要求。另外, 若按照电动 机空载时的参数进行补偿又可能造成电动机额定工 况下功率因数偏高。因此, 在计算高压三相异步电 动机无功补偿容量时, 宜按照电动机某一相对合适 负荷率的参数进行计算, 再根据实际情况进行合理 分组和投切控制。
2 0. 2
-
1
- P 0. 2
0. 2
另外, 考虑到泵站电动机低负荷率运行的实际 情况, 假定电动机最小运行负荷率为 = 0. 13, 则该 负荷点补偿后功率因数应不小于 cos m in = 0. 85, 故
1 cos
2-
m
1
=
79. 1( kV
A) 。
另外, 由式 ( 3)可知
高压异步电动机无功补偿计算的边 界条件可设置 如下:
Q0 - Qc + 2 (Q e - Q0 ), Pe
( 12)
e
则当 =
Q0 Qe
-
Qc Q0
时,
补偿后的功率因数最大。
假设异步电动机无功补偿后最大功率因数不超
过 cos m ax, 则由式 ( 12) 可知 tan P max e 2
Q cm ax & Q 0 -
e
4(Qe - Q0 )
。 ( 13)
tan mP 0。 令 k1 = tan m, k2 = Q e - Q 0, k3 = ∋ P e - P 0, 则
Q e = ( k2 - k1 k3 ) 2 - k1P e + Q 0 - k1P 0。( 6) 根据相关文献可知, 电动机的空载电流与额定
电流有如下经验公式, 即
I0 = Ie cos e ( 2. 26 - k cos e ),
( 2) = 0. 2; cos 0. 2 = 0. 440 8; 0. 2 = 0. 863 3。
( 3) = 0; I0 = 6. 0A。
取目标功率因数 cos m = 0. 95, 则由式 ( 2)可得
Qce = P e
e
1 co s
2- 1
e
- Pe
e
范 #的要 求, 泵 站 计 量 点 功 率 因 数 不 应 低 于
图 1 无功补偿量 Q c 与负荷率 关系图
进 一 步 分 析 可 知, 目 标 功 率 因 数 值 在 区 间 [ 0. 90, 0. 95] 内取值越 小时, 曲线 a 对应 的 cos e 取值区间将越大, 而曲线 b 对应的 cos e 取值区间 将越小, 当 cos m & 0. 908时, 对应于所有 cos e ∗ [ 0. 70, 0. 89] , 异步电动机的 Q c - 均满足图 1 中 曲线 a。
cos m in = 0. 85, 由式 ( 12) 可知 tan P m ax e 2
Q c 0. 13 ) Q 0 -
e
4(Qe - Q0 )
。 ( 14)
1 cos
2-
m
1
=
65. 5( kV
A) 。
选择 = 0. 2作为无功补偿容量计算点, 则
Q c0. 2 = P 0. 2
0. 2
1 cos
0. 145 & kx & 0. 23。 由于一般异步电动机目标功率因数取值区间为
cos m ∗ [ 0. 90, 0. 95], 故 ( k2 - k1 k3 ) > 0, 实践中 为了防止电网电压和频率波动时异步电动机产生过
补偿, 目标功率因数一般取为 cos m = 0. 95, 此时由 式 ( 4) ~ 式 ( 11) 分析可知:
( 1) 当 0. 81< cos e & 0. 85时, Q c - 关系如图
1中曲线 a所示, Q c 随电动机负荷率 ( 0 & & 1) 增大而减 小, 电动机 额定负 载率时 ( = 1) , 有最 小值。
( 2)当 0. 70< cos e & 0. 85或 0. 85< cos e & 0. 89时, Q c - 关系如图 1 中曲线 b 所示, Q c 随电 动机负荷率 ( 0 & & 1) 增大而先减小后增大, 当 电动机负载率 1 ( 1 < 1)时, Q c 有最小值。
交流异步电动机在工业与民用建筑系统中应用 广泛。系统中许多三相高压异步电动机经常运行在 低负荷率、低功率因数状态下, 例如一些城市防洪工 程, 除了汛期等情况, 水泵大部分时间都在接近水平 的工况下运行, 其配套的三相高压异步电动机负荷 率低, 功率因数不高。从异步电动机的运行特性可 知, 电动机的负荷率越低, 则功率因数愈低, 无功功 率相对于有功功率的百分比 更大, 明 显浪费电能。 因此, 对异步电动机采用无功功率补偿以提高功率 因数, 既满足电网要求, 也能节约电能, 减少运行费 用, 提高电能质量, 符合我国节约能源的国策, 同时 亦给企业带来经济效益。
中图分类号: TM 342+ . 2
文献标志码: A
文章编号: 1674- 1951( 2010) 12- 0009- 03
1 问题的提出
异步电动机作为电力系统中重要的感性负荷, 其正常运行必须消耗一定的感性无功功率, 系统中 三相异步电机存在低负荷、低自然功率因数的现象, 这会使得电动机运行时消耗电网内更多的无功, 增 加电网有功损耗和压降, 降低供电质量。
( 3)当 cos e 从 0. 7增大到 0. 89时, Q c0 相 Q ce
应地从 1. 12增大到 1. 797, 即当高压三相异步电动 机的额定功率因数为 0. 89, 此时在同一目标功率因 数下 ( cos m = 0. 95) , 空载时需要的无功补偿容量 将是额定工况下需要的无功补偿容量的 1. 797 倍, 此时, 电容器补偿容量若取为额定工况下的无功补 偿量 Q ce, 则当异步电动机负荷率比较低时, 其运行 总功率因数将可能无法满足电网要求。
e-
2.
26 P
e。
( 9)
e
由于 P 0 较小, 故
∋ ∋ k3 = P e - P 0 ( P e,
( 10)
∋ k3 = P e = 1 - 1 P e。 e
( 11)
由电动机相关国家标准可知, 三相高压异步电
动机额定参数一般可满足如下关系
e ) 0. 90; 0. 70 & cos e & 0. 89 , 令 tan e + k cos e - 2. 26 = kx 则由式 ( 7) 可知
摘 要: 利用无功补偿给三相异步电动机并联电容器以提高其总功率因数是目前提高 电动机运行功率因数的普遍做法。
通过对水利泵站高压异步电动机在不同负 荷率下运行特性的分析, 提出了 三相高压异 步电动机 并联电容器 容量选择的
新方法, 由此配置的电动机无功补偿容量在实际运行中获得了良好的补偿效果。
关键词: 异步电动机; 无功功率; 自然功率因数; 总功 率因数; 无功补偿; 并联电容器; 容量选择
Q c = P 2 ( tan - tan m ) ,
( 1)
源自文库
式中: Q c 为电动机功率因数达到目标功率因数时需 要的补偿容量, kV A; P2 为电动机输出的有功功 率, kW; 为电动机效率。
在通常情况下, 异步电动机按照额定工况下的 参数计算无功补偿量, 则
Q c = P e ( tan e - tan m ) = P e
( 4)
e
式中: ∋ P 为电动机的有功损耗, kW; P 0 为电动机
的空载有功损耗, kW; 为电动机的负载系数, =
∋ p 2 /P e; P e 为电动机额定负载时的有功损耗, kW。
Q = Q0 + 2 (Qe - Q0 ),
( 5)
式中: Q 为电动机的无功功率, kV A; Q 0 为电动机
的空载无功功率, kV A; Q e 为电动机额定负载时
的无功功率, kV A。
由式 ( 1) ~ 式 ( 5)可知
Q e = Q - P 2 tan m = Q 0 + 2 (Q e - Q 0 ) -
∋ (P 0 + 2 ( P e - P0 ) + P e ) tan m =
∋ [ (Q e - Q 0 ) - tan m ( P e - P0 ) ] 2 -
并联电容器补偿简单、经济且灵活方便。目前 广泛采用异步电动机安装并联电容器的方法来提高 异步电动机的运行总功率因数。由于低压电容器最 小容量往往可以做得很小, 通过控制器投切的步长 比较小, 故比较容易解决低压异步电动机的无功补 偿问题。在现有技术水平下, 相对来说, 低压电容器 高压电容器的最小容量往往较大, 通过控制器投切 的步长也较大, 容易造成过补偿或者欠补, 故对于高 压异步电动机而言, 合理选择无功补偿容量就成为 高压异步电动机无功补偿成败的关键。
第 32卷 第 12期 2010年 12月
华电 技 术 H uad ian T echno logy
Vo .l 32 No. 12 Dec. 2010
简析高压异步电动机无功补偿
顾菊明1, 范永威 2
( 1. 上海华港风力发电有限公司, 上海 201302; 2. 上海勘测设计研究院, 上海 200434)
根据国家标准 GB /T 50265! 1997∀泵站设计规
5 实例分析
以某城市防洪排涝泵站为例, 其高压三相异步
电动机参数 (电动机型号: Y JS450- 6- 200)如下:
( 1) = 1( 额定参数 ); P e = 200 kW; Ue = 10 kV; cos e = 0. 843 4; e = 0. 942 1。
e
e
1 co s
2-
e
1
- Pe
e
1 cos
2 m
-
1 。( 2)
GB 50052! 2009∀供配电系统设计 规范 #中关
于无功补偿规定: ∃ 接在电动机控 制设备侧电容器
的额定电流不应超过电动机励磁电流的 0. 9倍 %。 由于电动机空载时有功损耗很小, 故应按下式校验
Q c & 0. 9Q 0,
4 无功补偿容量计算点的合理选择
下面以水利泵站为例, 阐述高压异步电动机无
第 12期
顾菊明, 等: 简析高压异步电动机无功补偿
11
功补偿容量计算点的选取问题。设无功补偿容量为 功率因数 [ 0. 70, 0. 89] 满足上述边界条件的负荷率
Q c, 则由式 ( 4)和式 ( 5) 可得补偿后电动机的功率因 数正切值
Q 0 = 3U eI0,
( 3)
式中: U e 为电动机额定线电压, kV; I0 为电动机空载
电流, A。
3 无功补偿特性分析
根据 GB 12497! 2006∀三相异步电动机经济运 行 #可知
∋ ∋ P = P 0 + 2 ( P e - P0 ),
10
华电 技 术
第 32卷
∋ Pe = 1 - 1 Pe,
( 1) 无功补偿计算点目标功率因数值 cos m = 0. 95。
Q 0 = 3U e I0 = 103. 9, 故 Q ce 和 Q c0. 2 均小于 0. 9Q 0 ( 93. 53 kV A ) 。
本文通过分析高压异步电动机在不同负荷率下 的无功补偿特性提出了计算高压异步电动机无功补
收稿日期: 2010- 10- 22
偿容量的合理方法, 具有一定的实用意义。
2 无功补偿容量计算
如上所述, 并联电容 器补偿简单 经济、灵 活方 便, 已成为当前无功补偿最重要的手段之一。
设异 步电动 机在负 荷率为 时, 功 率因数 为 cos , 功率因数补偿的目标值为 cos m, 则此时电 动机需要的无功补偿量
取值区间, 见表 1。 由表 1可知, 当电动机满足上述边界条件下, 电
∋ tan
b
=
Q0 P0 +
- Q c + 2 (Qe - Q0 ) ( Pe - P0) 2 + Pe
(
Q0 - Qc + 2 (Qe - Q0 ) =
∋ Pe + Pe
动机的额定效率越低则其相应的负荷率取值区间越 大, 考虑到无功补偿的经济性, 取 = 0. 2或 = 0. 3 ( 根据电动机实际可能的负荷率情况进行选取 ) 时 的参数进行无功补偿容量的计算是比较合适的。