功率因素就地补偿应用实例
2011-12-31叶佳旻孙坚宋云蔚
叶佳旻 孙坚 宋云蔚
摘要:本文通过工程实例，分析了功率因素就地补偿应用做出以下几点的分析，以供同行参考
关键词： 功率因素 现场测试 补偿应用
1、应用单位：淳安县元洋实业有限公司
2、因运行电动机的容量大于变压器容量，企业无法正常生产。
变压器容量为400kVA，额定电流：578A
设备配置电动机：132kW四极电机二台；55kW一台，30kW四台，装机容量共计494kW。
正常生产要求电动机全部运行（石子破碎及输送线），此时变压器及输电线严重发热，所以目前只能分段运行，即二台132kW电机不能满负荷运行（只能降低石子投放量）
3、现场测试：电动机全部运行时总电流为600A（轻载）～670A（正常负载）之间。远大于变压器额定电流，一般需配备500kVA变压器方可满足需要。
132kW电动机铭牌参数：额定电流242A，转速1490转/分，η＝94.8％
一号机采用ㄚ-Δ方式启动，2号机在1号机启动起动后延时5秒钟直接启动，实际运行电压为400V
一号机空载运行电流：85.5A；正常负载运行电流：220A，功率因素cosΦ＝0.72
二号机空载运行电流：98.8A；正常负载运行电流：230A，功率因素cosΦ＝0.65
一号机与二号机正常负载运行电流合计为450A，空载电流合计为184.3A
4、解决方案
1）电网向负载供电有视在功率、无功功率、有功功率。在供电、用电过程中，它们保持功率三角形的关系，如图一中S、Q、P的关系。
（图一）
S：视在功率
Q：无功功率
P：有功功率
在本案例中由于电动机功率因素较低，若在图一中将COSΦ改变为COSΦ猀降低无功功率，使Q点移到Q点，则在电机所需有功功率P不变的情况下，S＜S，变压器供给的总的视在功率可大大降低。
2）采用异步电动机功率因素就地补偿能有效的降低配变电线路中的无功负荷和电能损耗。在电动机进线侧配置功率因素就地补偿器，以降低变配电设备中的无功电流，也就降低输电线路及变压器次级电流。如果能降低一号机、二号机30％的运行电流，则基本可满足正常运行的要求。
5、配置计算：
1）配置补偿器的电流按空载电流的90％估算，即一号机为85.5A×90％≈77A，二号机为98.8A×90％≈88.9A。
2）由于配置的补偿器采用的额定电压为440V，而实际使用电压为400V，
根据补偿器容量公式：
其中：
U：额定电压（V）
Ie：额定电流（A）
Xc：容抗
W：角频率
C：电容量
f： 频率
故实际容量将降为83％。
3）一号机配置的补偿器型号为TBB×0.44-70-3，配置容量为70千乏，在400V的补偿电流为76.2A
二号机配置的补偿器型号为TBB×0.44-80-3，配置容量为80千乏，在400V的补偿电流为87A
6、补偿器配置后的实测情况
一号机正常运行电流为160A，功率因素为：cosΦ＝0.97，
电流下降率：
二号机正常运行电流为165A，功率因素为：cosΦ＝0.965，
电流下降率：
7、原理分析：
根据功率三角形在一定的电压条件下，当无功分量降低，则视在功率S下降，当cosΦ＝1时，S=P。当电动机建立旋转磁场所需的无功功率由功率因素就地补偿器来补偿时，则线路中的电流将减小。
8、配置合理性验证：
1）防止励磁过电压。
要求
Qc：补偿器无功容量（kVar）
U ：额定电压（kV）
Io：电机空载电流（A）
以二号机为例×0.4×98.8＝68.4kVar
小于实际配置容量80kVar×0.83＝66.4kVar
故不会产生自励磁过电压
9、结论：
1）采用就地补偿，在使用同等装机容量的条件下，由于降低了线电流和无功损耗，可以减少配电线路的导线截面积和电力变压器容量。在本例中，由于提高了功率因素，挖掘了变压器容量，增加可带动的有功功率。如此则省下了更换变压器的费用约5万元。
2)减少线路中的损耗。在本例中，一号机、二号机均采用2根35mm2铝线，长度为120m，补偿前电流为230A，补偿后电压为165A。
每条线路降低电路损耗为：△P＝3(I2-I＇2)R=3*(230*230-165*165)*0.89*0.12＝8.23kW，以一年生产4500小时计，两条线路可节约电费74070kWh。
3）变压器损耗的减少量
式中：IE：变压器T的额定电流（A）
I：补偿前输出电流（A）
I:补偿后输出电流（A）
：变压器T的短路有功损耗（kW）
4)原先的变压器容量只能支持开启一条线路生产而无法两条线路同时运行。现在则可以在不更换变压器的情况下正常生产，每天可以增加沙石产量至少100吨（按企业提供资料）
5）由于降低了异步电动机的起动电流，减少接触器的火花，以及运行电流的降低，提高了配电设备和控制设备的工作可靠性和寿命。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
