一起利用随机补偿装置处理设备过电流的案例

（新疆天业汇合新材料有限公司，石河子市，832000） 黄新南

1 设备简况

新疆天业汇合新材料有限公司是年产100万吨乙二醇在建项目，选址于新疆石河子市147团22连的沙漠里，厂区占地1 600*1 000m2。建设项目在正式施工以前，施工现场应达到水通、电通、道路通和场地平整等条件的“三通一平”困难重重。

为了兼顾各施工单体，综合考虑后该项目的1#临时配电室架设在厂区中间位置，供电系统图如图1。厂区整体规划与东南角打一口大井，大井水泵电机功率110kW。1#临时配电室采用交联聚乙烯绝缘铜芯电缆供电，当时仅有ZR-YJV22-3*95+1*50规格的电缆可用，经查相关参数，该规格电缆安全载流量为270A（土壤敷设），水泵额定电流208.92A。给该大井水泵敷设的电缆长度约为1 200m。

该大井水泵采用了罗克韦尔公司的150-F系列软启动器,内置旁路，具有完善的电气量保护功能。

2 故障现象

从某天开始，大井水泵的运行开始不那么正常了，故障开始出现：（1）设定软启动器过载等级10，电机满载电流208.92A。运行中经常出现故障代码“overload过载”，大井跳停。（2）运行中实测电流230±1A上下波动。（3）软启动器发热明显增大。（4）供电电缆温升较以往升高较多。

3 故障分析

经检查核实，大井出水管道的阀门跟以前一样保持全开状态，管道压力和流量基本没什么变化，可见电流增大的原因并非是由于负荷变化或水泵卡壳堵转、轴承损坏等原因造成的。

通过进一步检查发现：大井水泵运行时，临时配电室低压母线段电压为405V,大井水泵电机橡套线与ZR-YJV22-3*95+1*50规格供电电缆的接头处（图2所示J点）的线电压只有343V左右，比水泵额定电压380V低了约9.74%，功率因素cosφ1=0.80。

至此可以肯定：由于供电距离过长，造成的供电末端电压降过大，水泵在过低的电压下额定功率下运行造成的电流升高。

4 方案的选择

4.1 调整临时配电室低压母线电压

根据文号GB 755-87，额定电压Ue=380V三相异步电动机其电压波动下限不宜超过5%，即不宜低于U1=380*95%=361V，此时电动机运行电流I1=P/(1.732*U1*COSφ1）=110 000/（1.732/361/0.80）≈219.91A。供电末端电压降ΔU1=I1R=I*（ρ*L/S1）=219.91*（0.01 740*1 200/95）≈48.33v，那么要求临时配电室母线电压调整到U2+ΔU1=405+48.33=453.33V。

式中：I1—电流，单位A；P—有功功率，单位W；Ue、U1—电压，单位V；cosφ1—功率因素，该水泵名牌功率因数为0.80；ρ—导体电阻率，铜芯电缆0.01 740Ω·m；L—线路长度，单位m；S1—电缆的标称截面，单位mm2；ΔU1末端电压降，单位V；U2—母线电压。

临时配电室变压器档位随着施工用电负荷的不断增大，已经在最大档位上，何况母线电压要调到453.33V以上，系统中的其他用电设备必将过电压运行。本方案被否。

4.2 更换截面更大大的供电电缆

要使得供电末端电压不低于361V,则末端电压降ΔU2≤U2-U1=405-361V=44V。前面计算得出末端电压361V时运行电流为I1=219.91A，则最小截面要求 S2=I1*ρ*L/ΔU2=219.91*0.01740*1 200 /44=104.36mm2，选择规格为ZR-YJV22-3*120+1*70的电缆型号。

由于电缆敷设时很多地方深埋，ZR-YJV22-3*120+1*70单价高，更换成本过高，本方案被否。

4.3 采用随机补偿装置[1]提高功率因数

随机补偿就是在供电末端将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电动机一起投切。

在临时配电室低压母线段电压仍为405V，电缆截面不变为ZR-YJV22-3*95+1*50的情况下，末端电压降ΔU2不大于44V，则要求此时水泵运行电流（在图二J点至电源侧测得）不大于I2=S1*ΔU2/(ρ*L)=95*44/（0.01 740*1 200）=200.19A功率因素（在图2J点至电源侧测得）要求至少补偿至cosφ2=P/（1.732*U1I2）=110 000/(1.732*361*200.19)≈0.88。

未进行随机补偿前：cosφ1=0.8,查三角函数表可得：tgφ1=0.7239

随机补偿补偿后：cosφ2=0.88,查三角函数表可得：tgφ2=0.5419需至少补偿电容量：Qc=P*(tgφ1-tgφ2)=110 000*（0.7 239-0.5 419）=20.02kvar经计算水泵的无功功率Q=tgφ1*P=0.7 239*110≈79.63kvar,库房有50kvar的无功补偿装置正好可作为随机补偿装置，且不会过补偿。该方案可采用。

5 方案实施

5.1 如图2所示，大井水泵橡套线与ZR-YJV22 -3*95+1*50规格供电电缆的接头处（图2中J点）直接并入一组50kvar的电容器作为随机补偿装置。实施完毕后试运行，软启动器无法正常启动，即软启动在启动过程中报“overload过载”跳停。经分析随机补偿装置直接与大井水泵并联，启动过程中相当于软启动器同时带两个设备启动，但为了更好的保护水泵电机，软启动的定值都是按大井水泵额定设

5.2 如图3所示，在随机补偿装置前加装接触器KM，KM的动作线圈串入时间继电器KT。当启动大井水泵时，KT同时得电，延时待水泵启动完成后KT动作KM吸合投入随机补偿装置。方案实施完成后，大井水泵故障解决，设备运行恢复正常，实测电气参数值如下：cosφ3=0.96；运行电流（在图2J点至电源侧测得）I3=174±0.5A；末端电压U3=367±0.3V。

6 结束语

这个故障的分析解决过程为我们解决此类故障积累了一定的经验，也对电气工作提供了一定的指导：（1）电气设计时应充分考虑供电半径，非特殊情况不宜大于500m。（2）电缆线径的选择不宜过小，除了参考安全载流量外，还需充分重视供电距离过引起的电压损失。（3）对于长距离大负荷供配电，供配电设备应考虑容量放大一点。（4）除了配电室母线段进行集中无功补偿外，也可根据情况对一些设备进行随机就地分散补偿。