低压配电系统中三相异步电机的无功功率就地补偿

周 妍

( 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 无功补偿的原理

无功补偿的基本原理是把具有容性功率负荷的装置和感性负荷的装置并联在同一电路中，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷间交换。

2 为什么要对三相异步电机进行无功补偿

异步电动机属于感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。如果由发电企业直接向用户提供所需的大量无功功率，会导致输电线路及变压器因输送大量无功功率而造成大量的电能损耗，这是不经济的。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

3 三相异步电动机运行功率因数及损耗

功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。提高功率因数可以降低电能损耗，也是节能的一项重要措施。

在功率三角形中，有功功率P 与视在功率S 的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为:

在电网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，如何使得配电系统功率因数尽可能接近于1，使得电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

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。

4 无功补偿方式的选择

理论上而言，无功补偿最好的方式是哪里需要无功，就在哪里补偿，整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网当中这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言有如下3 种补偿方式:

1) 集中补偿:电容器组集中装设在企业总降压变电所的高压侧母线上。这种方式能使企业以上的供电系统减少无功功率引起的损耗。

2) 分组补偿:电容器组分设在功率因数较低的车间变电所高压侧或低压侧母线上。这种方式能减少这些车间以上配电系统内无功功率引起的损耗。

3) 单独就地补偿:是将补偿电容器组装设在个别功率因数低的大容量感应电动机附近进行单独就地补偿。单独就地补偿适用于负荷平稳、经常运转而容量又大的设备。

对低压三相异步电动机采用就地无功补偿，比集中无功补偿和分组补偿都要经济可靠得多。因为，虽然它装置的总无功容量要为集中无功装置总无功容量的3 ～4 倍，但集中无功补偿装置的单位容量的费用却为就地补偿电容器的4 ～6 倍左右。而且，采用三相低压异步电动机就地无功补偿可降低工矿、企业内的低压电网损失，节约了能源，减少了电费支出。

5 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。

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:

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。

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。

举例:某工厂有3 台低压三相异步电动机，功率为每台95 kW，计算3 台电动机同时工作是无功补偿的容量。

采用电力电容器进行无功补偿。

式中:Qc为人工补偿容量的无功功率，kvar;Pc为企业的计算有功功率，kW;tgφ1为补偿前计算负荷功率因数角的正切值;tgφ2为补偿后功率因数角的正切值; qc为无功功率补偿率，kvar/ kW。

补偿前:cosφ1=0.75

补偿后:cosφ2=0.95

查表1 得:qc=0.554 kVAR/kW;Qc=qc×W=0.554 ×95×3 =157.89 kVAR

考虑到投资省效率大，采用在主变低压侧0.4 kV母线方加无功补偿，补偿容量为16 ×10 =160 kVAR。

表1 无功功率补偿率qc

6 结 语

对三相异步电动机进行无功功率就地补偿，只需要在电动机上并联合适的电容器，不用另外加装其它的保护装置，就可以达到提高功率因数保护电动机的目的。降低了供电系统的能耗。提高功率因数，可减少线路及变压器的损耗，减少了线路的压降，降低了电动机的起动电流。有利于线路电压的稳定和大电动机的起动。提高了电能质量，减少了电费的支出。

［1］中国标准化研究院，中国建筑科学研究院，国家发展和改革委员会能源研究所，机械工业节能中心. GB/T 12497－2006 三相异步电动机经济运行［S］. 北京:中国标准出版社，2006.

［2］中国机械工业联合会. GB50052－2009 供配电系统设计规范［S］. 北京:中国计划出版社，2010.

［3］中国航空工业规划设计研究院. 工业与民用配电设计手册［S］. 北京:中国电力出版社，2005:20－24.