大型电动机无功补偿计算
最新三相异步电动机就地无功补偿容量的计算及应用
三相异步电动机就地无功补偿容量的计算及应用三相异步电动机就地无功补偿容量的计算及应用学院：物理与机电工程学院专业：电气自动化技术学号：20100486311姓名：李有维指导老师：江国栋【摘要】随着工业化程度的加速发展，电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展。
三相异步电动机在工农业生产及人们的日常生活中却有极其广泛的应用。
从三相异步电动机的作用和性能为出发点，探究三相异步电动机的机械特性及功率因数与无功补偿容量的计算及应用。
【关键词】三相异步电动机机械特性功率因数无功补偿容量目录1、三相异步电动机的机械特性 02、电动机的功率因数 (1)3、电动机无功补偿的分类 (1)4. 三相异步电动机就地无功补偿容量计算 (2)5、低压异步电动机就地无功补偿 (4)5.1三相低压异步电动机就地和功补偿的好处 (5)5.2对电动机进行无功补偿应注意谐波危害 (7)6、小结 (8)参考文献： (8)三相异步电动机就地无功补偿容量的计算及应用三相异步电动机具有结构简单，运行可靠，价格低，维护方便等一系列优点。
因此三相异步电动机被广泛应用在电力拖动系统中，尤其是随着电子技术的日新月异，使得三相异步电动机的性能得到了大大的提高。
目前三相异步电动机被广泛用在各个工业自动化电气控制领域中，就不得不对它的某些性能进行探索。
1、三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系。
由于转速与转差率有一定的对应关系，所以机械特性也常用转矩，转差率之间按一定的对应关系成立。
三相异步电动机的电磁转矩是由转子电流和主滋通相互作用所产生的。
转子电流与气隙磁密度作用产生电磁力，遵守电磁力定律，但是由于转子电流滞后转子电动势，在气隙磁场同一极性下面的各转子有效导体中，电流方向不会相同，所以电磁转矩与转子电路的功率因数有关。
[1]主磁通决定于定子电动势，而定子电动势则决定于定子的电压平衡关系，当定子漏阻抗电压降可以忽略不计时，定子电动势与电网电压相平衡，因为电网电压实际上是恒定的，所以主磁通可以近似认为是恒定的。
无功补偿
无功补偿的意义
谐波电流会对供电系统中的电器设备产生损害，不仅 造成企业检修费用提高，而且对供电系统的安全稳定运行 埋下很大隐患。 基于以上分析，要求企业必须对供电系统存在的此类 危害进行治理。无功功率补偿技术(SVC)是一种挖掘现有
电力资源潜力、改善电能质量、消除此类事故隐患的行之
有效的方法之一，对供电系统的安全稳定运行具有非常重 大的意义。
吴佳祥
无功补偿
无功补偿的意义 无功补偿的基本原理
提高功率因数的方法
无功补偿的意义
随着我国电力工业的不断发展大范围的高压输电 网络逐渐发展形成，同时对电网无功功率的要求也日
益严格。无功功率如同有功功率一样，是保证电力系
统的电能质量、降低电能损耗以及保证其安全运行所 部不可缺少的部分。电网无功功率不平衡将导致系统 电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出 现系统电压崩溃和稳定破坏事故。
无功补偿的意义
研究无功功率，可以解决现代电力系统中与无功功率相关的一 系列技术问题。与无功功率相关的技术问题很多，主要有：
1.无功功率静态稳定问题； 2.电容性无功功率引起的发电机自励磁问题； 3.因潜供电流引起的单相快速自动重合闸电弧不能熄灭问题；
4.冲击性无功负荷的调节问题；
5.无功功率中的高次谐波公害和闪变问题； 6.跟随馈电系统引起的负荷功率因数的变化与改善问题。
无功补偿的基本原理
无功补偿的基本原理实质上就是把具有容性功率 负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路上, 能量
在两种负荷之间相互交换。这样， 感性负荷所需要的
无功功率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。即把 原来是由电网或者变压器提供的无功功率， 改为由交 流电力电容器来提供。
大中型泵站电动机启动及无功补偿装置的选择
用 的直接启动 、变频器 启动、 自耦变压器启 动、电抗器启动 、变压器抽头启动 、热 变电阻启 动、磁控 电抗器启 动及 开关变压器启动等方式及第 １ 、３代 无功补偿 装置 的选择 进行 了技术 经济方 面 的分 析 比较，提 出 了一些个 人观 、２
点 ，供 同行 探 讨 。
关键词 电机启动 中图分类号
热变电阻启 动装 置是近年来 采用 的一种 启动方 式 ，是 传统液阻启动的改进 型。其基本 原理 与传统液 阻启动 基本 相 同，其技术在 我国具有 独立知 识产权 ，在 我 国矿 山、冶 金 、石化等领域 的电动机上 已采用 ，但 其运行 经验与 其他 方式相 比还不够丰富。启 动 电流一般为 ２ ，启 动时问 ～４Ｉ ｒ
对所要启 动 的电机容量 足够 大 ，如 果供 配电 系统 的容 量不
够 ，机组启动时就会使电网产生很大压降 以及 出现机组启动
失败等问题 。另外 ，采用全压异步启动 的电机造价 比采用变
站 ，采用变频启动 方式 ，其综合 投资及 工程 整体性 能均 可
能较优 ，特别是 对于 有变 速运 行工况 的泵 站 ，此时 ，变 频
频启动的电动机要高。但 由于此种方式简单、方便 ，只要工
程 比选合理 ，宜优先考虑选用 （ 对于重要 的特 大型泵站 ， 但 还 是应全 面慎重考 虑） 。如果供电 系统 的电源不具有 足够大 的 容量 ，要达到 良好启动 目的 ，就需要改善供配 电系统了 ，其
启动方式往往可能成为一种更为合理 的方 案。
１２２ 磁 控 电 抗 器启 动 方 案 ．．
磁控 启动是从 普通 电抗器 启动方 式衍生 出来而优于 普
通 电抗器启动 的一种方式。问世 已有 １ 多 年 ，是我 国具 有 ０
变电所负荷计算和无功补偿的计算
变电所负荷计算和无功补偿的计算1 计算负荷的方法及负荷计算法的确定由于用电设备组并不一定同时运行，即使同时运行，也并不一定都能达到额定容量。
另外，各用电设备的工作制也不一样，有连续、短时、断续周期之分。
在设计时，如果简单地把各用电设备的额定容量加起来，作为选择导线截面和电气设备容量的依据，选择过大会使设备欠载，造成投资和有色金属的浪费；选择过小则会使设备过载运行，出现过热，导致绝缘老化甚至损坏，影响导线或电气设备的安全运行，严重时会造成火灾事故。
为避免这种情况的发生，设计时，应用计算负荷选择导线和电气设备。
计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在供电设计中，通常采用半小时的最大平均值作为按发热条件选择电气设备和导体的依据。
用半小时最大负荷来表示其有功计算负荷，而无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流则分别表示为、和。
我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。
由于需要系数法的优点是简便，适用于全产和车间变电所负荷的计算，因此本设计变电所的负荷的计算采用需要系数法。
2 需要系数法的基本知识(1).需要系数需要系数是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值，即=/=/ 式(1)用电设备组的设备容量，是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量之和，即=。
而设备的额定容量，是设备在额定条件下的最大输出功率。
但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不一定都满负荷，同时设备本身和配电线路都有功率损耗，因此用电设备组的需要系数为=/式(2)式中代表设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与30P 30Q 30S 30I dK d K max P e P 30P eP eP NK e P ∑NP dK K ∑LK e WLηηK ∑全部设备容量之比;代表设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比；代表设备组的平均效率；代表配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与首段功率之比。
高压电动机就地无功补偿的选型及计算公式
深圳市三和电力科技有限公司 密码为0 电机就地无功补偿相关计算 系统电压UL/kV 10 电容器额定线电压Uc/kV 11 电抗率K 0.06 电动机额定功率Pn/Kw 2000 电动机负载率β 1 参数值 电动机效率η 0.95 Kf----补偿系数，推荐为0.9 0.9 补偿前电机功率因数COSφ 1 0.9 补偿后目标功率因数COSφ 2 1 电动机额定电流In/A 135.053 电动机空载电流IO/A 28.096 功率因数--计算容量Qo1/kvar 1019.625 空载电流--计算容量Qo2/kvar 437.973 计算值 功率因数--安装容量Qc1/kvar 1159.ห้องสมุดไป่ตู้22 空载电流--安装容量Qc2/kvar 498.151 成套装置实际选择安装容量Qc 750 成套装置实际输出无功容量Qo 659.399 电机原无功功率 1019.625 实际值 补偿后实际功率因数 0.986 电容器实际运行电流 38.070 可降低电流 38.070 计算的空载电流 27.011
壹伍零 零贰零玖 柒零玖贰
P1=Pn×β ÷η P1为电机实际输入功率 电容器额定电流小于90% 电动机空载电流，故可 避免产生自励磁现象， 当装置额定容量按上述 配置时，补偿效果良好 。
Q0 Qc U 0 2 U C 1 K
2
P ) 1 tg (cos1 ) 1 ] 1 [tg (cos
负荷计算及无功补偿
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在计算补偿用电力电容器容量和个数时，应考虑 实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 到实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的 实际容量将低于额定容量，此时需对额定容量作修正： U 2 Qe = QN ( ) UN
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2.4.6.2 功率因数对供电系统的影响 （1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电 气元件，容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用。 （2）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能 损耗。 损耗。 （3）线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 线路的电压损耗增大。影响负荷端的异步电动机 及其它用电设备的正常运行。 （4）使电力系统内的电气设备容量不能充分利用。
人工补偿无功功率的方法主要有以下三种： • • • 并联电容器补偿 同步电动机补偿 动态无功功率补偿
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用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器） 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛 应用的一种补偿装置。 应用的一种补偿装置。 电力电容器的补偿容量可用下式确定 Qc=Pav（tanϕ1-tanϕ2）=αPca（tanϕ1-tanϕ2）
瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的 变化情况。 变化情况。
1
（2）平均功率因数 平均功率因数指某一规定时间内，功率因数的平 均值。其计算公式为 1 Wa cosϕwm = = 2 2
无功补偿及计算
无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。
无功补偿的合理配置原则,从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。
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。
(1 ) 总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。
(2) 电力部门补偿与用户补偿相结合。
在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，其余的无功功率消耗在配电网中。
因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。
(3) 分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。
集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。
分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。
集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。
但不能降低配电网络的无功损耗。
因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。
所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。
所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。
(4) 降损与调压相结合，以降损为主。
2、影响功率因数的主要因素功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。
当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。
在极端情况下，当Q=0时，则其力率=1。
因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
2. 1、异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。
而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。
高压无功就地补偿装置容量计算公式
系统电压U L /kV
10电容器额定线电压Uc/kV 11电抗率K
0.06电动机额定功率P N /Kw 280电动机负载率β1电动机效率η
0.928Kf----补偿系数，推荐为0.90.9补偿前电机功率因数COS φ10.79补偿后目标功率因数COS φ20.9电动机额定电流I n /A 22.05069775电动机空载电流I O /A
9.2612930570.9倍电动机空载电流I O1/A 8.335163751功率因数--计算容量Qo 1/kvar 88.03179048空载电流--计算容量Qo 2/kvar 144.3692711功率因数--安装容量Qc 1/kvar 100.1273585空载电流--安装容量Qc 2/kvar 164.2056089
成套装置实际选择安装容量Qc 120
成套装置实际输出无功容量Qo 105.5037806成套装置额定工作电流I N （A） 6.298366573电机原无功功率Q 1
234.16346补偿后实际功率因数cos φ'0.919861729补偿后实际功率因数cos φ'
0.919861729
参数值
计算值
实际值。
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2 6 3 6 100 Q 100 82.63 kvar 6.6 3 6 . 6
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在上例中,额定容量为 3000 kvar 的电容器组,当运行在 6kV 电压的情况下,实 际容量只有 30x82.63=2479kvar .所以在确定补偿容量时,要考虑电网实际电 压水平。
大型电动机无功补偿计算
1 设置补偿原则 a 由 6－10kV 装置变电所母线供电的主风机组，无功补偿由该变电所统 一考虑。宜逐台计算出各用电负荷(各回路)所消耗的无功功率，进而 计算出自然功率因数并以此确定补偿容量。 b 由总变电所以专用 6－10kV 线路供电的主风机组或以变压器－电动机 组供电的机组，可按以下原则进行无功补偿： (1) 两机组配置，一般不需无功补偿。因为该机组只要投入运行，负 荷率就会很高（80％以上） ，其自然功率因数即是电动机的额定 功率因数,一般都在 0.9 以上。 (2) 三机组或四机组配置，电机一般为发电工况或轻载的电动工况， 功率因数一般都很低，特别是在异步发电状态对系统功率因数影 响较大，因此需要进行无功补偿。以下主要列举这种配置方式的 无功补偿计算。 3.3.2 计算实例 a 机组由总变电所专用线路供电， 三机组配置， 电机正常为轻载电动工况。 此时应按正常运行计算补偿容量，补偿后的 cos∮ 0.91-0.92，但机组甩 烟机后电机满载运行时功率因数不宜大于 0.95。 电动机额定参数： 9400kW, 6kV, 1049A, cos∮n=0.90, §=95.7%,正常运行 负载 2300kW (负载率 24.5％)。 查电动机负载曲线当 KI=24.5%时,cos∮=0.795, sin∮=0.606, §=94.7% ∴ P1=2300/0.947=2429kW Q1 =P1xtg∮ =2429x0.763=1853 kvar 当补偿到 cos∮=0.91 (tg∮=0.456) 时, Q2 =2429x0.456=1107 kvar ∴ 补偿容量 :Q =Q1－Q2＝1853－1107＝746 kvar 取 750 kvar P1=9400/0.957=9822 kW, Q1=9822x0.4843=4757 kvar (cos∮n=0.90 时，tg∮=0.4843) 从电网实际吸收的无功功率为： Q’1 =Q1－Q =4757-750＝4007 kvar, 验算满载时的 cos∮ :
按电机实际消耗的无功补偿即 Q= Qf =2040kvar
例如某厂区变电所原有平均供电负荷为： P1＝14200 kW，Q1＝6470 kvar 平均的 cos∮1＝0.91, tg∮1=0.456 当异步发电机投入运行后，系统供给总负荷为： P2＝14200 –2000 =12200 kW Q2＝6470+2040＝8510 kvar tg∮2＝8510/12200 =0.6975 , 平均 cos∮=0.82 若保持原有功率因数不变，则需补偿无功： △Q＝12200x (0.6975-4556)=2951 kvar, 实际取 3000kvar 补偿后，Q2＝8510－3000＝5510kvar 补偿后的平均 cos∮＝ 3.3.3 工程设计中的注意事项 a b 关于电容器组接线 根据国家标准 GB50227“并联电容器装置设计规范” ， 中压 电容器组推荐星形接线，并按需要选择适当的串联电抗器。 实际补偿容量的修正 电容器的额定电压与所接电网的实际电压并不完全相符，为了电容器的可靠 运行，一般电容器的额定电压要高于实际运行电压。这样实际的无功补偿容 量比计算值有所减少。例如，额定电压为 6.6/ 3 kV ，100 kvar 的电容器， 星形接线，当运行在母线电压为 6.0kV 的系统时，实际容量为：
S P1 Q '1 9822 2 4007 2 10608 kVA
cos∮=9822/10608=0.926 b 变压器－电动机组供电，三机组配置，电机正常为异步发电工况。 此运行工况对系统功率因数的降低影响较大，必须进行无功补偿。根据 发电功率的多少，其补偿容量的确定有以下两种情况： 1) 发电功率很小时(如小于电机额定功率的 10％空载时消耗的无功功率进行补偿； b 按该电机在此负载率下实际消耗的无功功率进行补偿。 2) 当发电功率较大时(如达到电机额定功率的 20－60％)： a b 按该电机在此负载率下实际消耗的无功功率进行补偿； 按全厂用电负荷无功平衡或按该机组供电的厂区变电所无功平 衡确定补偿容量。 3) 计算实例 异步电动/发电机：12000kW, 6kV, 1357A, cos∮n=0.89, §=95.6 %,空 载电流 I0=202A, 正常运行平均发电功率 Pf = -2000kW (负载率 KI=0.167),由电机特性曲线查得此时 cos∮= -0.70, tg∮= -1.02 即 Qf = -2000x(-1.02) =2040 kvar a 按空载时消耗无功功率进行补偿(假定空载时全为无功消耗) △Q=Q0 = 3UI0 3 6 202 2099 kvar b c 按全厂或供电变电所无功平衡进行补偿. 取 2100 kvar