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对零序电流的方向仍规定由毋线流向故障点为正,而零序电压的电位,是线路高于大地为正。
故障点的零序电压最高,离故障点越远,零序电压越低。
零序电流的分布,决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗及变压器接地中性点的数目和位置,而与电源的数量和位置无关。
故障线路军序功率的方向与正序功率的方向相反,是由线路流向母线的。
1曹士杰
2曹伟
3胡康银
(1.2上海宝龙节能电器有限公司,201901;
3.上海大学,201000)
摘要:
我国中小型三相异步电动机用电量占全国总发电量的60%-70%左右,“可是,大马拉小车”浪费用电现象非常严重。
采用无功就地补偿技术,是节约电能行之有效的方法。
关键词:
电动机就地补偿节能有效
工矿企业中三相异步电动机是用电量最大的电气设备,据资料介绍我国中小型三相异步电动机(中心高80mm-630mm,电压为380V、3kv、6kv、10kv,功率等级为0.55-2800kw)其用电量占全国总发电量的60%-70%左右,由于多种原因,这些电动机在运行中浪费电能的现象比较严重,是各企业节能降耗的重点之一。
一、
企业中电动机配置和无功补偿方式的问题[1]
1
机配置不合理造成能耗大
许多企业在配置三相异步电动机容量时,往往是所选择的电机功率比被拖动的负载容量大许多,有的甚至处于大马拉小车的现象,此时随着负载的降低,虽然输入功率减少了,但是电动机的效率和功率因数也随着下降,表1为90kw4极380V,Y系列电动机的效率和功率因数与负载之间的关系值,电动机的额定效率:
ηn=93.5%额定功率因数СοsΦn=0.89。
表1
输出功率P2(kw)
负载率β(%)
效率η(%)
功率因数СοsΦ
输入功率P1(kw)
18
20
86.6
0.598
20.8
36
40
91.8
0.769
39.2
45
50
92.7
0.839
48.5
63
70
93.45
0.88
67.4
72
80
93.56
0.887
77
90
100
93.5
0.89
96.3
电动机的负载率低,电动机的效率也就随着降低,从而有功功率的损耗也就增大,同时功率因数也低,无功功率相对于有功功率的百分比就更大,浪费电能也就更多。
2
不合理而造成的耗能
中小型三相异步电动机的额定功率因数一般不超过0.89,例如Y系列低压电动机的额定功率为0.75kw-200kw,其额定的功率因数为0.70-0.89;
Y系列中型高压电动机额定功率为220kw-2800kw,其额定功率因数为0.73-0.89。
随着负载的降低,电动机的功率因数也随之降低,一般工矿企业的功率因数为0.65-0.84,这样一来就必需要在供电电源(企业变电所的变压器)供给大量的无功功率(无功电流)以维持电动机的正常运转。
为了提高系统的供电质量和能力,以及降低损耗电力部门要求各工矿企业采用集中补偿无功功率的措施,既在企业的高、低压配电所内设置若干组电容器组接在配电母线上,补偿该配电所范围内的无功功率,并使企业的总功率因数达到规定值(0.9或0.85)以上,这种补偿方法只能补偿高、低压母线之前(电源方向)线路上的无功功率,它们相当于把无功功率源移到了用电企业的配电所,使企业对供电系统要求的无功功率减少,但对配电母线以下的企业内部变压器和线路及用电设备的无功功率不能起到补偿作用,企业内部仍有大量的无功功率(无功电流)在企业内部线路上流动,并产生有功损耗。
这种集中补偿方式是对电力系统起到了补偿作用,而且初期投资较少,便于集中管理,可根据负荷变动的需要调整电容器容量及数量的投入,能合理的补偿无功功率和提高企业总的功率因数,提高供电质量等优点,就整个供电系统来看,这是必要的,也是供电部门所规定的必须要装置的补偿方式,所以一般企业也都在配电所安装了集中补偿装置,但是众多企业对另外两种无功补偿方式:
就地补偿和分组补偿的重视还是不够的,许多企业应用很少,甚至没有安装,这就造成了大量的无功功率(无功电流)在企业内部的供电线路中的流动而引起的有功损耗。
二、三相异步电动机无功就地补偿。
所谓就地补偿就是在用电设备的附近设置补偿装置,这种补偿方式相当于把无功电源直接搬移到三相异步电动机旁边,使异步电机所需求的无功功率不在由电力系统供给,直接由就地补偿装置供给,这样一来无功功率(无功电流)仅在电动机与就地补偿装置之间流动,从而消除了无功功率(无功电流)在高低压电网上的流动,减少了线路电流和有功功率损耗,这是一种最好的也是最彻底的补偿方式。
1减少线路电能损耗及相应的电费
如企业中对于电动机容量较大,且长期处于轻负载状态下运行,供电线路较长,采用就地补偿后,可取得较显著的节电效果。
例某自来水公司一台电动机,额定功率为40kw,电压380V,4极,供电线路长350米,铝芯35平方,补偿前供电线路电流为59.8A,功率因数为0.87,无功就地补偿15kvar后,线路电流为50.2A,功率因数为0.978,安装后全年运行节约电能6043kwh,节约电费3626元(按0.60元/kwh计算)仅4个月就可收回投资。
2提高功率因数和减少相应电费
如果企业用电没有达到国家规定的总功率因数标准值,则按照国家“功率因数调整电费办法”的规定,要受到供电部门的罚款,此时如对企业内较大功率且长期运行的电动机进行就地补偿,可提高功率因数,不但不可减少甚至于不罚款,还可以得到奖励减少电费支出。
另外,电动机进行就地补偿后,效率也相应的提高了,在输出相当功率的情况下(既拖动相同负载)输入功率减少,从而使相应的电费支出减少。
3增加电功率和减少用电贴费
采用就地补偿后,异步电动机所需要的大部分无功功率(无功电流)由补偿器供给,电动机的有功功率仍有电源(配电所变压器)供给,这样就减轻了电源(变压器)的负荷,相应的提高了变压器的供电能力,一般可提高15%-20%左右。
如果企业要扩大生产增容值在20%左右,就完全可用就地补偿的办法来满足增容要求,无需再购置变压器和其他的配套电器设备,节约了投资费用和基本电费的支出。
4电器开关和供电线路负荷,减少维修量,延长电器设备使用寿命,提高安全可靠性
由于电动机采用无功就地补偿后,电器设备和供电线路的电流减少了,开关触点的故障也因电流的下降而减少了,供电线路也随着电流下降发热也降低了,从而使安全可靠性得到提高。
5改善电机运行状况
电动机采用就地补偿后,除电动机的效率和功率因数得到提高外,由于供电线路的电流下降,相应的线路电压降减少,电动机的端电压升高,电磁转矩提高,特别对供电线路较长的电动机,启动状况得到改善,减少了启动时间和启动困难的情况。
从上面的分析可看出,电动机就地补偿技术是一个很好的办法,综合效益显著,是一种简便易行、行之有效的节能技改措施。
图1:
水泥厂供电系统
三、例如
某煤矿水泥厂供电系统如图1。
图1中1600kVA变压器型号为SJL1,输送功率980kW;
400kVA变压器型号为为SL7,输送功率250kW。
在未采用就地补偿前,高压供电线路电流为98A。
功率因数由补偿前的0.84(1600kVA变压器)和0.85(400kVA变压器)提高到补偿后的0.98。
现计算该水泥厂三相异步电动机无功就地补偿后高压供电线路和变压器的节电量和节约电费。
⑴高压供电线路电阻:
R=0.27×
3=0.81Ω
高压供电线路节约电力:
△P=3×
全年节约电量:
△W=△P×
h=6.192×
8000=49536
折回电费:
0.
6×
49536=29722元
⑵变压器节电(同法计算)
1600变压器节电:
补偿前后变压器铜损分别为10.35及7.6,节约2.75,全年节约电量为22000,折回电费13200元;
400kVA变压器节电:
补偿前后变压器铜损分别为3.2及2.41,节约0.79,全年节约电量为6320,折回电费3792元。
四、结束语
电动机是电力需求则最基层的地方,无功就地补偿最重要,可以减少在它以上各级电压电网中的无功流动数量和距离。
大量实践证明,电动机无功就地补偿节能效益显著,投资回收时间短,是一种很好的无功动态补偿方式。
参考文献
[1]陆安定胡康银曹士杰等,功率因数与无功补偿,上海科学普及出版社,2004.2第一版.
许多企业对无功补偿的节能意义认识不足,不知道为什么要装,仅仅是因为供电部门力调罚款,才不得不装。
客观地讲,无功补偿确实对供电部门有诸多好处,但对企业自身也有许多益处:
?
1.减少线路电能损耗及相应电费。
补偿后其所需要的无功功率大部分有补偿器供给,大量减少了补偿前无功电流在高,低压线路上的流动,即减少了供电线路的电能损耗。
2.提高功率因素及减少相应电费。
采用无功补偿后,功率因素从cosφ1提高到cosφ2,一般可达到0.9-0.97。
使企业达到电力部门的要求值以上,从而可获得供电部门的奖励和减少相应费用。
3.增加电功率和减少用电贴费。
采用无功补偿后,异步电动机所需的大部分无功电流有补偿器供给,电动机的有功功率仍有电源供给,这样就减少了电源的负载,即相应提高了电源(例供电变压器)的供电能力,一般可增容10%-20%。
4.改善电压质量和电动机运行状况。
用无功补偿后,由于供电线路上无功电流的减少,随之供电线路的电压也响应减少,线路电压和系统电压上升,提高可供电电压质量,电动机的运行状况也得到改善。
供电线路电流下降,响应线路电压降减少,电动机的端电压升高,较好地改善可电动机运行状况。
无功就地补偿后,使线路稳态电压升高,提高供电质量。
5.减轻电器、开关和供电线路负荷,减少维修量延长使用寿命,提高安全可靠性。
用无功补偿后,电器、开关、供电线路的电流减少,开关触头也因为电流下降而减少,供电线路也随电流下降而发热降低,安全性和使用寿命增加。
6.使调速系统的节能效果提高。
调速系统的功率因素主要有调速装置的功率和异步电动机的功率因素决定。
国内在风机、水泵的调速装置中,特别以前较多的是用相位控制型的变频器、晶闸管串级调速、液离偶合器等,这些调速装置使用后节电效果较显著,但在转速下降时,系统的功率因素也下降,有时下降数值还较大。
7.变压器损耗降低。
原来供电变压器安装无功补偿器后,使变压器的供电电流下降,损耗相应减少。
?
补偿后其所需要的无功功率大部分有补偿器供给,大量减许多企业对无功补偿的节能意义认识不足,不知道为什么要装,仅仅是因为供电
无功补偿与节电
现在,国内节电市场方兴未艾,国外的,合资的,国产的各种节电器也在市场上纷纷亮相,可是针对广大用户的有关节电的宣传却相对滞后,人们好多模糊的的概念得不到正面的引导,错误的观念也得不到正面解释与纠正.
就拿街头小贩卖的节电器来讲吧.有些地方的报导说只不过是些电容器,根本没有节电效果...都是骗人的...有些根本就是偷电.....等等;
这就给人们一个错误的信息:
加装电容器是不节电的,是偷电.
那应该如何解释这个问题呢?
先让我们来了解一下什么是无功功率补偿.
无功电源同有功电源一样,是保证电能质量不可缺少的部分。
在电力系统中应保持无功平衡,否则,将会使系统电压降低.设备损坏.功率因数下下降,严重时,会引起电压崩溃,系统解裂,造成大面积停电事故。
因此,解决电网的无功容量不足,增装无功补偿设备,提高网络的功率因数,对电网的降损节电,安全可靠运行有着极为重要的意义。
当电网需要增设的确定后,即应按照“全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡”的总原则,进行合理的配置,以便取得最大的综合补偿效益。
具体要求是:
既要满足全区(地区或县)的无功功率平衡,还要满足分区(供电区).分站(变电站)的无功平衡,尽可能地使长距离输送的无功量小,最大限度地减少功率及电能损耗。
集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿为主。
既要在变电站进行集中补偿,又要在配电线路及部分用户进行分散补偿,但大部分补偿设备应配置在配电网络中,以实现就地就近补偿。
电力部门补偿与用户补偿相结合。
据统计分析,无功功率大约有50%消耗在用户方面,剩下的约50%左右消耗在电力网的损耗上。
因此,电力部门与用户共同进行补偿是适宜的。
降损与调压相结合,以降损为主。
[align=center][b]1.同步发电机[/b][/align]同步发电机既是有功电源,又是无功的主要电源。
一般中.小型发电机的额定功率因数为0.80-0.85,即每供给万kw的有功功率,同时还供给7.5-6.2万kw的无功功率,如果发电机的有功输出未满载,在保证发电机的电压为额定电压,并且定转子电流不超过额定值的条件下,发电机的无功出力还可以适当增加。
[align=center][b]2.输电线路的充电功率[/b][/align]架空线路的导线是平行排列的。
导线之间形成电容,当电压加在输电线上时,线路便产生充电电流。
即使线路不接负载,也有电容电流流过。
由于电容电流的存在,运行中的输电线路将产生充电功率,影响沿线路各点的电压,输电功率和功率因数。
因此,分析电力网的运行情时,必须计算线路的电容和充电功率。
[align=center][b]3.并联电容器[/b][/align]并联电容器(又称移相电容器)是一种无功电源,他的主要用余是补偿电力网中感性负荷需要的无功,提高网络的功率因数,并兼有调压的辅助作用。
并联电容器补偿的联结方式分为单相.三相星形.三相三角形三种。
在实际接电中,为了满足补偿容量的需要,往往采用多台电容器并联或串联组成电容器组,若每台电容器的容量均为C0,则由m组并联,由n台串联组成的电容器组总容量为:
[align=center]C=m/n*C0[/align]并联电容器发出的无功功率与电压平方成正比,当电网传输的无功较大,补偿点的电压偏低,需要大量无功使电压恢复时,电容器发出的无功反而随电压的下降成平方关系减小,促使电压更趋于下降。
相反,当补偿点电压偏高,需要减少无功时,电容器随电压升高而增发无功,又促使电压升高。
电容器这种无功特性满足不了电网调压要求,为此,常用带负荷调压变压器与并联电容补偿配合使用的运行方式。
如果没有带负荷调压装置,一般是将电容器组分成若干组,实行分组投切。
当电网电压降低或负荷功率因数减少时,投入部分电容器组;
反之,则切除部分电容器组。
并联电容器由于具有设备简单.安装和维护方便.本身损耗低.节电效果显著等优点,在电力网的无功补偿中得到广泛的应用。
[align=center][b]4.同期调相机[/b][/align]同期调相机实质上是和中空载运行的同步电动机,既是一种专用的无功功率发电机,他不带任何机械负载,仅从电网上吸收少量的有功功率以供给本身的损耗。
调相机的主要用途是发出无功功率,提高电网功率因数,改善电压质量,提高电力系统运行的稳定性。
由于调相机容量较大,只能集中使用,一般装于大型的枢纽变电站内。
[align=center][b]5.无功静止补偿装置[/b][/align]无功静止之补偿装置(静止补偿器),是一种技术先进.调节性能好的动态无功功率补偿设备。
主要由并联电容器组.可调饱和电抗器以及检测与控制系统三部分组成。
静止补偿器兼有电容器和调相机二者的优点,既可在几个周波内快速完成调节,保持网络电压稳定,增强系统的稳定性。
静止补偿装置主要用于:
具有冲击性负荷的大型工业用户。
在高压.超高压远距离输电线路末端,用于解决电压稳定问题。
用于电网内的集中调压措施。
[align=center][b]6.同步电动机的调相运行[/b][/align]同步电机调相运行是一种特殊的运行方式,即发电机不发有功,只发无功。
主要作用是补偿电网的无功不足。
[align=center][b]7.同步电动机进相运行[/b][/align]同步电动机是一种无功补偿设备,主要带机械负荷。
它有两种运行方式:
迟相运行(欠励磁运行,功率因数滞后),从电网吸收无功;
进相运行(过励磁运行,功率因数超前),向电网输送无功。
同步电动机造价较贵,维护较复杂,只有大容量时才采用。
[align=center][b]8.异步电动机的同步化运行[/b][/align]一般的绕线式异步电动机,可以改为同步化运行,向电网提供无功。
其无功出力可以达到其额定有功功率的80%以上。
但改造费较高,不经济,有功损耗增加,运行稳定性较差。
[b]二.无功负荷[/b]
[b]电动机的无功损耗[/b]
异步电动机的无功损耗包括两部分:
一部分是建立旋转磁场所需要的空载无功功率,约占时机额定无功功率的60%-70%,其大小主要与容量有关;
另一部分是带负荷时在绕组漏抗中消耗的无功功率,他与电动机受载系数(负载率)的平方成正比,负载率越小,功率因数越低。
异步电动机所消耗的无功功率可按下式计算:
Q=Q0+(Qn-Q0)(P/Pn)2=Q0+(Qn-Q0)β2
式中Q――电动机所消耗的无功功率,kwar;
Q0――电动机空载无功功率,kwar;
Qn――电动机额定无功功率,kwar;
Pn――电动机额定有功功率,kw;
P――电动机实际负载功率,kw;
β――电动机的负载率。
<
/P
电动机无功就地补偿器(箱)
一、用途
本公司生产的XBQ型电动机无功就地补偿器,主要是对额定电压380V,频率为50Hz的交流三相异步电动机进行无功功率就地补偿.特别是对:
1、远离配电房而且线路压降,造成启动困难的电动机。
2、配电线路较长,且连续运行的电动机。
3、经常处于轻载或空载运行时间较长的电动机。
4、起重、冶金用的电动机。
5、高负载率变压器供电的电动机。
二、性能
1、能减少电动机的实际功率COSØ
提高到0.95以上。
2、减少线损、变损,能为企业节约用电10~25%。
3、降低变压器和线路的视在功率,实际可提高变压器容量20%~35%。
4、减少线路电流,可减少导线载面积10-30%。
55、延长开关触头等电器寿命40%以上。
6、改善用电质量,能提高电动机的端电压3-5%。
7、每千乏补偿容量每年可节约用电150-300千瓦时(按电动机每年运行时间1500-3000小时计算)。
、延长开关触头等电器寿命40%以上。
三、特点
1、损耗低、温升低:
产品内部元件采用金属化聚丙烯膜为电介质,自身能量损耗极小,在额定条件下使用时,其损耗仅为0.2瓦/千乏,其箱壳温度仅比环境温度高出3-5℃。
2、有自愈功能:
自愈能力强,提高了产品的使用可靠性和寿命。
3、自放电特性:
断开电源后3分钟,剩余电压降为50V以下。
4、防火防爆装置和器体内充有无毒惰性颗粒,当产品出现故障时,能起防火防爆作用。
5、体积小,重量轻,安装方便,维护简单。
6、投资少,不到一年可从电费中收回投资。
四、使用条件
1、海拔高度不超过2000米。
2、温度类别:
-40℃~+45℃
3、湿度:
小于85%RH
4、安装地点应无剧烈振动,无腐蚀性气体,无较强热源,同是应是干燥通风的室内。
五、技术参数及安装尺寸
额定电压:
400VAC
额定容量:
1-100KVar
损耗角正切值:
低于0.10%
最高充许过电压:
额定电流的130%
符合标准:
IEC831-1(1988)
型号规格
额定
容量
(KVar)
电压(V)
额定
电流
(A)
可选配
容量(KVar)
外形尺寸
重量(kg)
铜连接
导线
截面
(mm2)
长
(L)
宽
(B)
高
(H)
XBQ-0.4-6
6
400
9
1,3,5
235
180
450
3
1.6
XBQ-0.4-12
12
8,9,10
4
2
XBQ-0.4-18
27
14,15,16
5
XBQ-0.4-24
24
20,22,
250
8
XBQ-0.4-36
55
32,34,
XBQ-0.4-42
42
64
38,40
360
10
XBQ-0.4-48
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