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电动机无功功率就地补偿节能效果好

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/3/7 11:51:08   

 关键词:  节能 电动机 无功功率

摘要:电动机无功功率就地补偿,是一种投资费用少,操作简便而又行之有效,能够大量地降低企业内部输配电线路电能损耗的节能措施。

  关键词:电动机、功率因数、无功损耗、就地补偿、节约电能。

  一、概述

  三相异步电动机是企业最常用的电气设备之一,在企业的生产设备中占有相当大的比例。由于它们都是电感性负荷,所以在企业内部的生产运行中,功率因数一般都比较低,需要从电源中吸收大量的无功功率,才能正常工作,给企业造成较大的电压损失和电能损耗。特别是一些老企业,更是普遍存在着大马拉小车,电动机运行功率因数及综合效率很低,损耗大等方面的问题。因此,加强对三相异步电动机的运行管理,提高运行功率因数和综合效率,减少线路损耗是势在必行的。

  许多企业一般都是在企业内部配电室里0.4千伏母线上集中安装一些电容器柜,对变配电系统的无功功率进行补偿,这对于提高企业内部的供电能力,节约变配电损耗都有积极作用。可是,由于企业内部的电动机大都通过低压导线连接,分散在各个生产车间,形成企业内部的输配电网络,由此,大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路中流动,这些无功电流在企业内部所造成的损耗,依然不能解决。

  电动机无功功率就地补偿,就是把电动机所需要的无功电流局限在电动机设备的最终端,实现无功功率就地平衡,使得整个变配电网络的功率因数都比较高,有效地减少输配电线路的无功损耗。

  二、三相异步电动机运行功率因数及损耗

  三相异步电动机运行时,所消耗的功率包括有功功率和无功功率两个分量。有功功率是用于电动机产生机械转矩并且驱动负载所需的功率,它的电流随负载的增加而增加,而无功功率,则是用于电动机内部的电场与磁场随着电源频率的反复变化,在负载与电源之间不断地进行能量交换时所消耗的功率。无功电流在负载变化的情况下,其变化很微小,在相位上,电流的变化总是滞后于电压90°,所以是纯电感性质的。在实际运行中,电源供给电动机的总电流是有功电流和无功电流的矢量和,当电动机处于满负荷运行时,有功电流大于无功电流,总电流的功率因数较高,而当负载下降时,有功电流减小,无功电流基本不变,所以功率因数降低。

  可以这样认为:当电动机的输出功率一定时,功率因数越低,就意味着其所需的无功功率越大,因而造成的损耗也较大。实践证明,无功功率所产生的电能损耗,主要是发生在输配电线路上的,对于那些距离电源较远,线路电阻R比较大,电动机运行功率因数低的终端设备,所造成的无功损耗就更加突出了。

  三、无功功率就地补偿原理及电容量的选择

  1、因为在电容负载中产生的超前无功电流与在电感负载中产生的滞后无功电流能够相互补偿,所以在电动机电源终端并联一个适当容量的电容器,就可以使电动机所需的无功电流大部分由并联的电容器供给,从而减少输配电线路上的总电流,降低线路损耗。

设电动机正常工作时,线路输送的有功功率P是恒定的,无功功率为Q1,视在功率为S1,功率因数为COS中1。若对该电动机的无功功率进行就地补偿,使其无功功率为Q2,视在功率为S2。这时我们可以看出,就地并联安装了一个Qc=(Q1-Q2)的无功电容量以后,电动机从电源吸收的无功功率就由原来的Q1减到Q2,视在功率S2<S1,功率因数得到提高。很显然,无功功率就地补偿后,就等于减少了线路输送的视在功率。

  2、在给电动机选择补偿电容量时,根据电动机功率的大小,以及补偿前后的功率因数值进行如下选择:

即:Qc=Q1-Q2

=P(tg中1-tg中2)

=P[1/(CoS2中1-1)-1/(CoS2中2-1)](kVar)

Qc——补偿电容量

P——电动机功率

COS中1、COS中2——分别为补偿前、补偿后的功率因数值

  一般情况下,选择的补偿电容量,只要能够补偿0.9~0.95就可以了,不宜选择过高补偿,否则会使投资费用大幅度增加。

  在选择补偿电容量时,如果无法确定电动机的运行功率因数值,也可以根据以下的经验公式进行选择:

  即:Qc=(1/4~1/3)P

  这种选择一般可以达到补偿要求,而且不会出现过补偿的情况。

  四、无功功率就地补偿的经济效益

  从以上的分析中,我们了解到,电动机无功功率就地补偿后,实际上是节约了线路输送的视在功率,而视在功率转换为有功功率,就相当于节约了有功功率。

即:△P=△S.COS中2

=3VI1(1-COS中1/COS中2)COS中2

∵P=S1.COS中11=3VI1COS中1

∴节电率η=△P/P=(3VI1(1-(1-COS中1)/COS中2).COS中2)/(3VI1.COS中1)×100

=(COS中2-COS中1)/(COS中1)×100

△P——相当于节约的有功功率

△S——节约的视在功率

P——电动机有功功率

S1——补偿前的视在功率

I1——补偿前线路电流

COS中1、COS中2——分别为补偿前、后的功率因数值

  如一台65kW空压机电动机,在正常的负载下运行,线电流I1=105A,功率因数值COS中1=0.85,就地安装了一只19kVar的无功电容量后,线电流I2=94A,COS中2=0.95。则其节电率为:

η=(COS中2-COS中1)/(COS中1)×100%=(0.95-0.85)/(0.85)

×100=11.76

电流节约率:(I1-I2)/(I1)×100=(105-94)/(105)×

100=10.48

  电流节约率<η说明补偿正确。

  注意:电流节约率不等于节电率。

  如果每年按运行250天计算,则年可节电为:

(3VI1COS中1×η×24×250)/(1000)=

(1.73×380×105×0.85×0.1176×24×250)/(1000)

=41400kWh

每kWh电价按0.5元计算,年可节约电费:

0.5×41400=20700元

  每kVar电容量以55元的价格计算,投资回收期为:

T=(19×55×250)/(20700)=13天

  可见,无功功率就地补偿,是一种投资少,见效快的节电措施,仅节约线损这一项,一般在一个月以内就可收回投资。

  五、补偿电容器的安装位置及注意事项:

1、安装就地补偿电容器时,应把它并接到电动机控制接触器的负荷侧,或者电动机的进线端,使之与电动机一起投入一起停用。但对于Y-△起动的电动机,应将补偿电容器的三个接线端子连接到电动机的D4、D5、D6三个端子上,使电动机在Y连接起动时,同时也将三相电容器短接起来,当起动完毕后,电动机进入△连接运行时,电容器与电动机绕组并联,投入正常的运行。

2、安装补偿电容器的电动机,不能承受反转或反接制动。

3、电动机仍在继续运转,并产生相当大的反电势时,不能再起动。

4、应避免电容器和电动机产生自激电压。

来源:中华电力网
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