電動(dòng)機(jī)無功功率就地補(bǔ)償技術(shù)是國(guó)家推廣的一項(xiàng)節(jié)電項(xiàng)目。大力推廣這一新技術(shù),對(duì)節(jié)能具有十分重要的意義。在煤礦井下,由于低壓供電負(fù)荷距離變壓器較遠(yuǎn),采用電動(dòng)機(jī)無功功率就地補(bǔ)償技術(shù)除了節(jié)約電能外,還可降低線路壓降、使電動(dòng)機(jī)易于起動(dòng)。

    1、電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償容量的選擇

    電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償容量的選擇,一般應(yīng)以空載時(shí)補(bǔ)償其功率因數(shù)至1為宜,不能以負(fù)荷情況計(jì)算。因?yàn)橐钥蛰d情況補(bǔ)償,則滿載時(shí)仍為滯后。若以負(fù)荷情況補(bǔ)償至cos=1,空載(或輕載)時(shí)勢(shì)必過補(bǔ)償(即功率因數(shù)超前)。過補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)在切斷電源后,由于電容器之放電供給電動(dòng)機(jī)以勵(lì)磁,能使仍在旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)成為感應(yīng)發(fā)電機(jī),而使電壓超出額定電壓好多倍,對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣和電容器的絕緣都不利,因此,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償?shù)碾娙萜魅萘靠捎上率酱_定:

    QC≤1.732UNI0

    式中:QC—就地補(bǔ)償電容器的三相總?cè)萘?kW;

    UN—電動(dòng)機(jī)的額定電壓,kV;

    I0—電動(dòng)機(jī)的空載電流,A。

    防止電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生自激的電容器容量可按下式選用:

    QC=0.9×1.732UNI0=1.5588UNI0

    就地補(bǔ)償電容器容量選擇的主要參數(shù)是電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流,因?yàn)椴皇褂秒娙萜骺梢栽斐呻妱?dòng)機(jī)自激是選用電容器容量的必要條件。由于電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)與負(fù)載率、極數(shù)和容量有很大關(guān)系,負(fù)載率越低,功率因數(shù)越低;極數(shù)越多,功率因數(shù)也越低;同時(shí),容量越小,功率因數(shù)也越低。電動(dòng)機(jī)電容器制造廠訂做6.9kV標(biāo)稱電壓的高壓電容器和0.45kV標(biāo)稱電壓的低壓電容器。

    2、電容器的過電壓

    2.1電容器的無功功率與運(yùn)行電壓的平方成正比

    在正弦波電壓條件下,電容的無功功率為:

    Q=UI=U2/XC=ωCU2

    從上式中可以清楚看出,Q與U2成正比,當(dāng)電容器的運(yùn)行電壓為額定電壓的90%時(shí),無功功率Q降低了19%,而當(dāng)運(yùn)行電壓為額定電壓的110%或120%時(shí),無功功率分別增加了21%或44%。

    2.2運(yùn)行電壓升高,使電容器的發(fā)熱和溫升都增加

    電容器中由于介質(zhì)損失引起的有功功率損失PS,可用下式表示:

    PS=ωCU2tgδ

    從上式中可以看出,電容器的功率損耗和發(fā)熱量也隨著電壓值的平方變化,運(yùn)行電壓的升高,會(huì)使電容器的溫度顯著增大。當(dāng)過電壓太高時(shí),就會(huì)導(dǎo)致熱不平衡,最后造成電容器損壞。

    2.3　電容器的壽命隨電壓的升高而縮短

    電容器內(nèi)部的絕緣介質(zhì)在長(zhǎng)期高電場(chǎng)作用下產(chǎn)生老化作用,使電容器絕緣強(qiáng)度逐漸降低而發(fā)生擊穿。電容器絕緣介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度愈高,老化愈快,電容器絕緣介質(zhì)的壽 命也愈短。研究認(rèn)為,當(dāng)電壓增加15%時(shí),其壽命就可以縮短到運(yùn)行于額定電壓時(shí)的32.7%～37.6%左右。因此,嚴(yán)格要求電容器運(yùn)行電壓在允許范圍之內(nèi),是保證電容器安全運(yùn)行的重要措施。根據(jù)相電力電容器運(yùn)行電壓的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,電容器不要在超過1.1倍額定電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行。

    2.4　補(bǔ)償電容器串聯(lián)的影響

    當(dāng)每相之間的電容器組是由幾個(gè)單臺(tái)電容器串聯(lián)以后再接入電網(wǎng)時(shí),由于各臺(tái)電容值的差異,而承受的電壓并不一致,也會(huì)引起過電壓(制造標(biāo)準(zhǔn)上允許的誤差為±10%,過電壓即可達(dá)到20%)。另外,對(duì)于中性點(diǎn)不接地的接線電容器組,相間電容差值也會(huì)產(chǎn)生三相電壓的不平衡。

    2.5　串聯(lián)電抗器的影響

    當(dāng)接入網(wǎng)絡(luò)的電容器組采用串聯(lián)6%的電抗器以防止高頻諧波共振時(shí),要考慮到加裝電抗器后引起加于電容器組上端電壓的升高,以免產(chǎn)生長(zhǎng)期過電壓運(yùn)行。

    2.6　應(yīng)提高補(bǔ)償電容器的額定電壓

    目前我國(guó)生產(chǎn)的移相電容器其額定電壓是按照電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓而設(shè)計(jì)的,例如0.4kV/6.3kV/10.5kV等,如果這些電容器接在變電所或在變電所附近,由于送電端的關(guān)系,其母線運(yùn)行電壓往往高于電容器的標(biāo)稱電壓,例如0.4kV或6.9kV或者11.5kV,在此基礎(chǔ)上往往又可能在10%的過電壓下持續(xù)運(yùn)行,尤以輕負(fù)荷時(shí)更為嚴(yán)重,這樣將嚴(yán)重地影響到電容器的使用壽命。因此有必要向電力電容器制造廠訂做6.9kV標(biāo)稱電壓的高壓電容器和0.45kV標(biāo)稱電壓的低壓電容器。

   3、電容器的過電流和過負(fù)荷

   3.1電容器的過電流和過負(fù)荷

    移相電容器的過電流和過負(fù)荷主要是由于運(yùn)行電壓的升高或高次諧波的畸變兩個(gè)原因引起的。第一機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)JB1629-75對(duì)移相電容器規(guī)定,必須能在由于電壓升高或高次諧波引起的不超過1.3倍的額定電流下長(zhǎng)期工作。如果電容器組的過電流和過負(fù)荷超過廠家規(guī)定的允許范圍時(shí),應(yīng)將電容器組從電源上斷開,并采取相應(yīng)措施加以解決后方可投入運(yùn)行。

    3.2電容器的電流和無功負(fù)荷的關(guān)系

    三相電容器的額定電流和額定無功功率的關(guān)系如下:

    IN=QC/1.732UN

    運(yùn)行中的三相電容器無功負(fù)荷功率和運(yùn)行電流的關(guān)系如下:

    Q=1.732UI

    3.3防止諧波共振過電壓和電容器嚴(yán)重過負(fù)荷

    若安裝地點(diǎn)運(yùn)行電壓并不高,但電容器過流又很嚴(yán)重,則應(yīng)主要考慮波形畸變的問題,首先應(yīng)對(duì)附近用戶負(fù)荷性質(zhì)進(jìn)行了解,分析其諧波成分及比例,找出產(chǎn)生諧波的原因。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有諧波源并影響到電容器安全運(yùn)行時(shí),可以在電容器回路中串聯(lián)一組電抗器,其感抗值的選擇應(yīng)該在可能產(chǎn)生的任何諧波下均使電容器回路的總電抗為感抗而不是容抗,從根本上消除產(chǎn)生諧波的可能。電抗器感抗值XL按下式計(jì)算:

    XL=KXC/n2

    式中:XC—補(bǔ)償電容器的工頻容抗,Ω;

    n—可能產(chǎn)生的最低諧波次數(shù);

    K—可靠系數(shù),一般取1.2～1.5。

    可能產(chǎn)生的最低諧波次數(shù),一般取n=5,則:

    XL=1.5X5/n2=0.06XC

    我國(guó)用于6kV和10kV電容器的電抗器,一般為三相鐵芯式,電抗器的額定電流應(yīng)稍大于電容器的電流。但應(yīng)注意,由于串聯(lián)電抗器的結(jié)果,加于電容器上的電壓Uc升高了,其值為:

     UC=UXC/(XC-XL)

    如果系統(tǒng)電壓較高,要防止由于加裝電抗器引起的電容電壓長(zhǎng)期過運(yùn)行。

    4、就地補(bǔ)償?shù)慕泳€方式

    4.1直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償接線

    對(duì)直接起動(dòng)或以變阻器、電抗器、自耦變壓器起動(dòng)的高低壓三相異步電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)無功功率就地補(bǔ)償裝置的電容器可以直接和它的出線端子相連接,電容器和電動(dòng)機(jī)之間不需要裝設(shè)任何開關(guān)設(shè)備。當(dāng)電動(dòng)機(jī)和電源脫離之后其繞組即為電容器放電電阻,因此不必專設(shè)電容器的放電裝置。高壓電動(dòng)機(jī)的就地補(bǔ)償裝置,一般串聯(lián)接入6%容抗值的三相電抗器,以防止高頻諧波共振對(duì)電容器造成的損害。

    4.2星—三角起動(dòng)器起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償接線

    對(duì)于采用星—三角起動(dòng)器起動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī),最好采用三臺(tái)單相電容器,每臺(tái)電容器直接并聯(lián)在電動(dòng)機(jī)每相繞組的兩個(gè)端子上,使電容器的接法總是和電動(dòng)機(jī)繞組的接法相一致,電容器和電動(dòng)機(jī)之間也不需要裝設(shè)開關(guān)設(shè)備。

    4.3煤礦井下中央變電所水泵電機(jī)的補(bǔ)償

    根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》,煤礦井下中央變電所水泵電動(dòng)機(jī)需要裝設(shè)三組,一組使用,一組備用,一組檢修。而電容補(bǔ)償設(shè)備可以只裝設(shè)一組,三臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用,采用成套設(shè)備。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),其控制柜的輔助開關(guān)接點(diǎn)接通電容器柜的高壓真空接觸器,當(dāng)電動(dòng)機(jī)退出運(yùn)行時(shí),控制柜的輔助開關(guān)斷開電容器柜的高壓真空接觸器。由于電容器柜采用單獨(dú)的保護(hù)和控制,其可靠性較高,但應(yīng)安裝專用電容放電裝置(一般用電壓互感器作為放電裝置)。

    4.4起動(dòng)困難的低壓電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償接線

    煤礦井下低壓電動(dòng)機(jī)經(jīng)常因供電距離太遠(yuǎn)造成起動(dòng)困難,這時(shí)可以采用電動(dòng)機(jī)無功功率就地補(bǔ)償技術(shù), ,為了提升負(fù)載端電壓,可以適當(dāng)增加補(bǔ)償電容器的容量,當(dāng)電容器的容量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)(即過補(bǔ)償),負(fù)載端的電壓有可能達(dá)到或超過電源電壓。當(dāng)然,正常使用時(shí)不必要做到負(fù)載端的電壓達(dá)到電源電壓,否則線路有功損耗將增大。為了避免造成電動(dòng)機(jī)的自激,電容器組使用單獨(dú)的真空接觸器控制,真空接觸器由電動(dòng)機(jī)控制接觸器的輔助接點(diǎn)控制通斷,當(dāng)電動(dòng)機(jī)脫離電源時(shí)電容器也脫離電動(dòng)機(jī)。電容器組應(yīng)設(shè)專用放電電阻或AD15型長(zhǎng)壽節(jié)能電容放電信號(hào)燈。

    5、結(jié)語

    電動(dòng)機(jī)無功功率就地補(bǔ)償裝置主要的應(yīng)用范圍為單向旋轉(zhuǎn)的負(fù)載,如水泵、風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)等,不適用于雙向旋轉(zhuǎn)的設(shè)備,也不適用于頻繁點(diǎn)動(dòng)的設(shè)備。

    電動(dòng)機(jī)采用無功功率就地補(bǔ)償技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn),可以節(jié)約有功電量8%～15%,節(jié)約無功功率50%～80%;還能夠減少線路輸送電流15%～30%,達(dá)到進(jìn)一步節(jié)約線路損耗和變壓器損耗的目的。選用電容器時(shí)應(yīng)提出訂貨的特殊要求,要求電容器標(biāo)稱電壓比原來提高10%,即高壓為6.9kV或11.5kV,低壓為0.45kV,這樣做可以提高電容器的使用壽命,同時(shí)也簡(jiǎn)化了電容器的保護(hù),減少了電容器的事故率。