Выбор мощности компенсирующих устройств

Обмен энергии в магнитных и электрических полях различных устройств переменного тока обуславливают потребление этими устройствами индуктивной или емкостной реактивной мощности. Потребление емкостной реактивной мощности эквивалентно генерации индуктивной. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели, индукционные электрические печи, сварочные аппараты.

По аналогии с активной энергией для реактивной также различают полезное потребление и потери. Для питающих сетей энергосистем в качестве полезной принимается реактивная мощность, выдаваемая с шин вторичного напряжения понизительных подстанций. Основные потери реактивной мощности имеют место в повышающих и понижающих трансформаторах и в линиях электропередачи.

Генерация реактивной мощности осуществляется в установках, которые можно подразделить на системные и потребительские. Системные установки – это синхронные генераторы электростанций, синхронные компенсаторы, мощные батареи статических конденсаторов поперечного включения, линии электропередачи напряжением 110 кВ и выше.

Потребительские установки – конденсаторные батареи, синхронные двигатели, работающие в режиме перевозбуждения, статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности с непрерывным регулированием СТК – предназначены для повышения коэффициента мощности отдельных предприятий. Осуществляя генерацию реактивной мощности непосредственно в пункте ее потребления, эти установки обеспечивают разгрузку элементов энергосистемы от реактивных составляющих токов, что ведет к уменьшению потерь активной мощности и энергии, уменьшению потерь напряжения, повышению уровней напряжения, увеличению пропускной способности ЛЭП и т.д.

Синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов, СТК называют компенсирующими устройствами, а выработку реактивной мощности этими устройствами – компенсацией реактивной мощности. В настоящее время наблюдается рост потребления активной и реактивной энергии в промышленности, широкое применение находят новые приемники электрической энергии в коммунально-бытовом секторе. Это приводит к увеличению токов в существующих сетях и снижению уровней напряжения, поэтому компенсация реактивной мощности, поэтому компенсация реактивной мощности как мероприятие, способное уменьшить эти негативные явления, имеет большое значение.

В феврале 2007 года приказом Минпромэнерго России утвержден порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности ( ). В соответствии с этим приказом для всех потребителей электрической энергии (за исключением потребителей бытового назначения), присоединенная мощность энергопринимающих устройств которых более 150 кВт, в договоре энергоснабжения указывается предельное значение коэффициента реактивной мощности , потребляемой в часы максимальных нагрузок электрической сети. Значения определяются для каждой точки присоединения потребителей электроэнергии к электрической сети в соответствии с табл. 2.3

Таблица 2.3

Предельные значения коэффициента реактивной мощности

Положение точки присоединения потребителя к электрической сети
· напряжением 110 кВ	0,5
· напряжением 35 кВ	0,4
· напряжением 6 - 20 кВ	0,4
· напряжением 0,4 кВ	0,35

Соблюдение указанных соотношений между активной и реактивной мощностью должно обеспечиваться потребителем электрической энергии либо осуществлением мероприятий, направленных на снижение потребления реактивной мощности, либо использованием устройств компенсации реактивной мощности. В случае несоответствия коэффициента мощности указанным в договоре значениям сетевая компания, а также поставщик электроэнергии применяют повышающий коэффициент к тарифу на услуги по передаче электрической энергии (в том числе в составе конечного тарифа на электрическую энергию).

Значение коэффициента реактивной мощности, генерируемой в часы малых суточных нагрузок электрической сети, установлено равным нулю.

В перечень вопросов, подлежащих рассмотрению в данном курсовом проекте не входит упорядочение технологического процесса предприятий, получающих электроэнергию от подстанций 1 – 6. Поэтому для соблюдения соотношения между активной и реактивной мощностью следует предусмотреть установку компенсирующих устройств. Подключение компенсирующих устройств условно предусматривается к секциям шин 10 кВ. В действительности компенсация реактивной мощности производится не только в сети 10 кВ, но и в сети 0,38 кВ. Реактивная мощность потребителей i – ой подстанции , равна:

, (2.4)

где - значение заданной максимальной активной мощности нагрузки;

- коэффициент мощности нагрузки, определяемый по заданному значению .

Предельная реактивная мощность , превышение которой повлечет увеличение тарифа на электроэнергию, определяется по :

. (2.5)

Мощность компенсирующих устройств , устанавливаемых на каждой подстанции равна:

. (2.6)

Наиболее широкое распространение для компенсации реактивной мощности получили комплектные конденсаторные установки (ККУ). Характеристики ККУ, выпускаемых Серпуховским конденсаторным заводом «Электроинтер», приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Комплектные конденсаторные установки

Структура условного обозначения:

УК – установка конденсаторная;

Л(П) – левое (правое) размещение ячейки ввода;

57 – исполнение без разъединителя;

10,5 – номинальное напряжение;

У – для умеренного климата;

3 – размещение внутри помещения.

Необходимая мощность батарей конденсаторов, устанавливаемых на каждой подстанции, набирается параллельным включением серийно выпускаемых ККУ. При мощности компенсирующего устройства на одну секцию шин не менее 10 Мвар при напряжении 10 кВ и не менее 5 Мвар при напряжении 6 кВ экономически целесообразна установка синхронных компенсаторов, их характеристики приведены в [4].

В курсовом проекте можно считать, что трансформаторы на двухтрансформаторных подстанциях загружены одинаково и могут эксплуатироваться раздельно. Поэтому мощности ККУ, подключаемых к каждой секции низшего напряжения подстанции, рекомендуется выбирать одинаковыми и равными половине суммарной мощности ККУ для подстанции.

В результате выбора типа и мощности компенсирующих устройств определяются расчетные нагрузки в пунктах потребления, которые используются для всех последующих расчетов при проектировании сети. Это максимальная зимняя нагрузка:

, (2.7)

где - номинальная мощность компенсирующих устройств на i-й подстанции, включенных в режиме наибольших нагрузок.

Пример 2.

Для электрической сети, изображенной на рис. 2.1, выполнить компенсацию реактивной мощности. На подстанциях 1 ÷ 4 установлены по два трансформатора, на подстанции 5 – один. Напряжение на шинах низшего напряжения, к которым присоединяются потребители электрической энергии, равно 10 кВ.

Для подстанции 1 реактивная мощность нагрузки определяется по заданному значению коэффициента мощности, Мвар:

,

.

Предельное значение реактивной мощности равно, Мвар:

,

.

Мощность компенсирующих устройств, Мвар:

.

Трансформаторы на подстанциях 1 ÷ 4 работают раздельно, каждый на свою секцию шин, нагрузка каждого из них равна половине мощности нагрузки подстанции . Поэтому конденсаторные установки должны подключаться к обеим секциям шин 10 кВ.

По табл. 2.4 выбираются тип и количество комплектных конденсаторных установок. К каждой секции шин можно подключить по две конденсаторные установки УКЛ 57-10,5-2250У3. Суммарная мощность конденсаторных установок на подстанции 1 равна, Мвар:

2 х 2 х 2,250 = 9,0.

Расчетная нагрузка на шинах низшего напряжения подстанции 1 после компенсации, МВ·А

.

Результаты расчета для остальных подстанций сведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Результаты расчета компенсации реактивной мощности

Параметр	Подстанция
, МВт
	0,62	0,67	0,65	0,62	0,62
, Мвар	24,80	6,03	14,30	9,92	4,96
	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
, Мвар	16,00	3,60	8,80	6,40	3,20
	8,80	2,43	5,50	3,52	1,76
Количество и тип ККУ, установлен-ных на одной секции	2´УКЛ 57-10,5-2250У3	1´УКЛ 57-10,5-1350У3	1´УКЛ 57-10,5-2250У3 1´УКЛ 57-10,5-450У3	1´УКЛ 57-10,5-1800У3	1´УКЛ 57-10,5-1800У3
Количество секций
, Мвар	9,00	2,7	5,40	3,6	1,8
, МВ×А	40+j15,80	9+j3,33	22+j8,90	16+j6,32	8+j3,16