三相异步交流电动机的无功补偿邵宗岐北京时代集团公司摘要：三相交流异步电动机在工矿企业中应用广泛，无论高压还是低压电动机，采取就地无功补偿对电动机运行节能降损具有重要意义。

根据工程项目的实施，对电动机无功补偿容量的计算方法做了归纳总结，多项工程实践证明是切实可行的，实际应用也取得了良好的效果。

关键词：无功补偿; 空载电流; 负载率; 电动机效率Three Phases AC Asynchronous Motor’sReactive Power CompensationSHAO Zong-qiTime Group Incorporation Beijing ChinaAbstract：Three phase AC asynchronous motors are widely used in factories.Whether for high voltage motors or low voltage motors, it’s important to effectively spread individual correction of the power factor. According to the project in practical experience,the design method of the the reactive power correction is summarized.It has been proved by many projects and gained good purpose in practical applications.Keywords: reactive power compensation；no-load current； load factor； motor’s efficiency 概述在我国，三相异步电机用电量占全国发电总量的60∽70%,是主要用电负荷。

然而，由于异步电动机独特的工作原理，以及电网节能降损的要求，异步电动机的应用使无功补偿装置成为其必不可少的配备一部分。

异步电动机作为企业的主要用电设备，在企业用电总消耗的无功功率中约占70％，因此对于异步电动机采用就地无功功率补偿以提高供电系统的功率因数，节约电能，减少运行费用以及提高电能质量，具有重要的意义。

尤其高压电动机额定容量大，年运行小时多，实施无功就地补偿，则节能效果更加显著。

我国有关部门对三相异步电动机无功就地补偿推广应用制定了相应的标准,国家技术监督局GB3485-83<<评价企业合理用电导则>>中规定:在100kW以上的异步电动机在安全条件允许的情况下,就地补偿无功功功率。

冶金部下达的电动机无功就地补偿技术推广目标要求：“对于远离电源的水源泵站电机，距离供电点200m及以上的连续运行的电动机，轻载或空载运行时间较长的电动机，JZR及MT系列电动机，高负载率变压器供电的电动机要首先采用。

国家标准GB12497-90《三相异步电动机经济运行》中规定：对于50kW及以上电动机，在安全允许条件下，就地进行功率因数补偿。

在修改的GB12497-95标准中，要求电动机无功功率就地补偿，并在宣贯教材中提出11kW及以上电动机应进行无功就地补偿。

2.无功功率补偿系统设计2.1用户设备运行情况时代集团公司于2007年12月中旬承接吉林省梅河口市某管业公司的高压10kV三相异步交流电动机及低压400V穿管机生产线的无功补偿及谐波治理项目工程，用户电力系统由变电所通过10kV架空线路LGJ-185约10km到达用户的10kV真空断路器进线柜。

本文仅对该用户高压电动机的无功功率补偿计算及设备投入运行的状况做了分析比较，进一步说明对电机的无功补偿节约电能的意义。

用户两台高压电动机均为西安西玛电机（集团）股份有限公司生产的YR系列10kV等级4极710kW，1000kW极高压三相异步电动机各一台，作为穿管机生产用设备之一，两台电动机位于同一高压开关柜下，铭牌额定功率因数cosФN=0.82。

相关测试数据如下：两台电机启动前，高压配电室内功率因数表显示值为0.9左右，启动后电动机空载运行，无补偿时功率因数表显示低于0.5以下，表针已到下限刻度尽头挡针位置，说明功率因数很低，电动机的空载无功功率较大，在电动机出线口用日置HIOKI 3196电力谐波分析仪综合测试，两台电动机空载工作时的平均电流值为：42A，cosФ=0.11。

2.2设计指导原则2.2.1系统设计目标补偿用户电动机的空载无功功率及带负载运行时补偿后目标功率因数≥0.95，避免因功率因数低而罚款。

2.2.2无功补偿电容量的确定因为已测量数据,因此按照输入功率计算。

电动机（kV） 电压（kW） 空载电流（A）空载功率因数运行功率因数负载率β 效率η71010.05 17.5 0.11 0.80 70% 88% 1000 10.05 24.35 0.11 0.77 60% 86% 设计目标功率因数为0.95。

710kW电动机计算确定补偿电容器容量()⎥⎥⎦⎢⎢⎣⎡−−−=−=1cos 11cos 1221221ϕϕηβϕϕηβe e c P tg tg P Q ⎥⎦⎢⎣⎡−−−×=195.0118.0188.070.071022()⎥⎥⎦⎢⎢⎣⎡−−−=−=1cos 11cos 1221221ϕϕηβϕϕηβe e c P tg tg P Q ⎥⎦⎢⎣⎡−−−×=195.01177.0186.060.0100022()var 349k =按照串联电抗率6%选取,电容电压取11KV,则安装容量为400kvar.投入运行后10KV 线路电压升高值计算10kV 架空线路LGJ-185,10km.由于2台高压电动机由同一真空断路器控制，电动机实施就地补偿后电压升高值按照全部补偿电容器投入后计算。

5110U X Q U c ⋅⋅=Δ∗ c Q —补偿电容器容量var k∗X —架空线路电抗值—标准电压—电压升高值1U kV 5.10U ΔkVV kV U 5.2342345.0105.1033.36705==××=Δ 根据电容器组投入后电网电压升高值,调整高压补偿装置的过压保护限值。

a.用实测有功功率和功率因数方法确定Q C =P 1(tgф1-tgф2) kvar (1) P 1:电机输入功率 kWФ1:补偿前功率因数角无功就地补偿电容电机满负载运行时功率因数会略高于0.95,经过计算为0.96，最终确定补偿容量为270kvar。

(2).计算YR1000电动机的空载补偿电容量Q C2:电动机额定功率P2=1000kW, cosФN2=0.82利用公式(4)计算得I N2=70.4A利用公式(3)计算得I02=25.34A利用公式(2)计算补偿电容量Q C2-1=395kvar按照电机满负荷运行时的目标功率因数按照0.95计算,利用公式(4)计算得:Q C2-2=1000(tgcos-10.82-tgcos-10.95)=369.3kvar，串联电抗率选5%,则实际应选容量为:Q C= Q C2-2/95%=388.7kvar，分析比较电动机满负荷运行与空载补偿容量,按照400kvar容量补偿,400*0.95=380kvar,经过计算为0.95,故最终确定补偿容量为400kvar,属于常规标准电容设备。

3.用户生产运行状况分析通过理论计算值确定补偿容量后,用户电动机的实际运行还存在一个效率的问题。

按照一般企业电动机的运行效率, 考虑到电机的发热问题,都会留一定余量,有的企业单位用户甚至电动机的实用效率为30∽40%,出现大马拉小车的现象,造成电机空载无功缺额较大。

若用户按照较大的余量选用电动机,则电动机实际最大工作功率小于额定功率,造成用户带负载工作时的功率因数达不到0.95,反而较低。

现以用户2台电动机工作为例计算如下： 按照国家标准，电动机空载时功率因数为0.2左右。

现场实际测量为0.11,若以理想目标值补偿至0.99计算:补偿前空载平均电流为42A,则2台电机运行的有功功率为：P=√3U l*I l cosФ=1.732*10*42*0.11=80kW空载补偿容量为:Q C=P(tgcos-10.11-tgcos-10.99)=80(tgcos-10.11-tgcos-10.99)=711.5kvar则电机空载时补偿711.5kvar功率因数可达到0.99。

满负荷运行时达到0.99的补偿量计算:Q C=P(tgcos-10.82-tgcos-10.99)=1710(tgcos-10.82-tgcos-10.99)=949.9kvar以我公司设计的补偿量做为参照计算：空载时设备补偿容量670kvar，串联5%电抗器，实际补偿容量为：670*95%=636.5kvar空载时补偿的功率因数计算:636.5=80((tgcos-10.11-tgcos-1x1) cosx1=0.68满负荷运行时功率因数计算:636.5=1710((tgcos-10.82-tgcos-1x2) cosx2=0.95η：电动机输出效率β：电动机负载率从图中可以看出，若用户对电动机的余量较大，则应考虑到负荷的输出效率，根据实际电机运行的参数修正补偿容量，使功率因数达到最佳值，以达到最佳节能补偿效果。

由此再考虑我公司确定的补偿容量，若用户电机的输出效率较低，则设计的目标功率因数0.95将不能达到,会低于此值,具体到多少,根据用户电动机的实际输出效率而定。

通过设计装置前对用户的了解，用户的负载对于电动机基本为满负荷工作，输出效率在90%以上，因此可以确认我们设计的补偿容量是合理的。

通过2008年3月初期用户生产的实际运行数据测试，电动机满负荷工作时功率因数可达到0.93∽0.94,最高到0.95，说明电机输出效率高，与设计参数吻合。

电动机轻载运行时高压配电室功率因数表达到0.82∽0.83,理论设计电动机空载功率因数为0.68,因为用户低压侧还有其它的补偿设备,所以高压配电室显示的功率因数较高。

通过我公司客服人员仔细观察用户高压电动机的生产运行状况，每小时的生产运行中电动机约有半小时处于空载状态，半小时为满负载运行。

针对用户的这种运行状况和我们确定的补偿容量做对比分析，从补偿角度而言，若用户电动机空载工作时间较少，则基本满足用户的需求，补偿容量是理想的，但由于用户高压电动机相对空载运行时间较长，而空载时的功率因数较低，所以可对原补偿容量做适当修正，以提高轻载时的功率因数。

因补偿装置是电动机启动后延时投入电容器组的，电动机停机电容器组随即切除，未并联固定在电动机线圈侧，所以可以避免发生由于固定并联在电机线圈上产生自励磁现象，因此可适当增加空载补偿容量。