Компенсация электроснабжения

13.03.2018 Выкл. Автор admin

Компенсация неактивной мощности в системах электроснабжения

Ю.К. Розанов, М.Г. Лепанов, М.Г. Киселев
Московский энергетический институт (технический университет)

В данном докладе рассмотрены проблемы компенсации реактивной мощности, высших гармоник, токов небаланса в сетях электроснабжения и описаны современные методы компенсации неактивной мощности. Указаны недостатки традиционных способов компенсации и рассмотрена возможность создания компенсаторов на основе полностью управляемых полупроводниковых преобразователей с использованием импульсной модуляции напряжений и токов. Приведены результаты моделирования различных видов компенсаторов, таких как компенсатор реактивной мощности, активный фильтр, компенсатор токов несимметрии.

Перегруженность линий электропередач и рост нелинейных нагрузок делает актуальным создание «гибких» линий (FACTS) и повышение качества электроэнергии [1]. Эффективными средствами решения этих задач в настоящее время являются средства управления реактивной мощностью и активной фильтрации, то есть компенсаторы неактивной мощности. Развитие силовой электроники, в частности создание полностью управляемых мощных и быстродействующих приборов, работающих в ключевом режиме, сделали реальным успешное решение этих задач. Примерами таких устройств являются управляемые источники реактивной мощности как емкостного, так и индуктивного характера, известные как статические преобразователи типа СТАТКОМ. Эти устройства могут также использоваться для симметрирования напряжения и тока в трехфазных системах электроснабжения [2]. На их основе могут создаваться активные фильтры (АФ), имеющие общее или отдельное схемотехническое и конструктивное исполнение. Существенным преимуществом этих устройств перед традиционными, выполненными на тиристорах и пассивных элементах, конденсаторах и реакторах, является не только быстродействие, но и лучшие удельные массо-габаритные показатели. Последнее обусловлено тем, что их принцип действия основан на обмене мощностью как емкостного характера, так и индуктивного между сетью и одним накопителем, функции которого выполняет электролитический конденсатор, включенный на стороне постоянного тока статического преобразователя. Удельное значение массы и габаритов относительно энергоемкости у электролитических конденсаторов существенно выше, чем у металлобумажных. В то же время эта энергоемкость обеспечивает обмен мощностью как емкостного, так и индуктивного характера. Для этого в традиционном компенсаторе используются отдельно конденсаторы переменного тока и реактор.

Управление потоком мощности осуществляется методами импульсной модуляции. Для этого используются быстродействующие полупроводниковые приборы, работающие в ключевом режиме. Это накладывает жесткие требования к силовым пассивным элементам преобразователя — реакторам и конденсаторам фильтров. Для наращивания мощности и величины рабочего напряжения целесообразно использовать модульную конструкцию на основе многоуровневых схем силовой части.

Управление силовой частью СТАТКОМ и АФ осуществляется на основе p-q теории, согласно которой токи и напряжения трехфазной системы преобразуются в двухфазную систему α и β координат и вводится кроме понятия активной мощности р, «мнимая» мощность д. Далее вычисляются средние и переменные составляющие этих мощностей. На кафедре ЭиЭА МЭИ разработаны алгоритмы, математические модели и макетные образцы систем управления для различных типов компенсаторов неактивной мощности, таких как СТАТКОМ, АФ, устройств симметрирования токов нагрузки, а также преобразователей для вывода энергии из сверхпроводящего индуктивного накопителя (СПИН).

Преобразователь напряжения компенсатора неактивной мощности выполнен по схеме преобразователя переменного/постоянного тока с накопителем энергии на стороне постоянного тока и фильтрующими дросселями на стороне переменного тока [3]. Подключение преобразователя к сети показано на рис.1.

Математическое моделирование алгоритмов управления компенсаторов неактивной мощности и их силовой части проводилось в программе Matlab/Simulink. При работе преобразователя в режиме компенсации реактивной мощности преобразователь генерирует ток, отстающий или опережающий по фазе напряжение сети, что эквивалентно потреблению или генерированию преобразователем реактивной мощности, в результате чего достигается компенсация реактивной мощности сети. Результаты моделирования преобразователя в режиме генерации в сеть и потребления из сети реактивной мощности представлены на рис. 2.

На диаграмме показан процесс перехода из режима холостого хода в режим генерирования реактивной мощности индуктивного характера. Продолжительность включения компенсатора определяется параметрами регуляторов в системе управления и составляет 3-5 периодов сетевого напряжения. После изменения знака реактивной мощности (скачкообразного изменения фазы сигналов задания токов на 180°) преобразователь переходит в режим потребления реактивной мощности индуктивного характера (генерирует реактивную мощность емкостного характера). Переходной процесс длится в течение примерно двух периодов напряжения сети.

Результаты моделирования устройства в режиме активного фильтра показаны на рис. 3.

При работе регулятора в качестве активного фильтра преобразователь создает токи высших гармоник в противофазе с высшими гармониками тока, потребляемого из сети. Вычисление сигналов задания токов осуществляется отдельно для каждой

гармоники с помощью ^-преобразования на соответствующей частоте. В качестве нелинейной нагрузки используется трехфазный мостовой диодный выпрямитель, потребляющий из сети несинусоидальный ток.

На рис. 4 представлены результаты моделирования работы устройства в режиме компенсации несимметрии токов. В данном режиме вычисляются сигналы задания токов обратной и нулевой последовательностей в синхронных координатах. Таким образом, компенсатор токов несимметрии обеспечивает потребление токов прямой последовательности из сети при несимметричной нагрузке, тем самым разгружая нулевой провод между компенсатором и сетью и уменьшая дополнительные потери в распределительном трансформаторе, возникающие в нем при наличии токов нулевой и обратной последовательностей.

Результаты проведенных теоретических исследований показали, что на основе преобразователя, выполненного на полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементах, могут быть созданы высокоэффективные устройства компенсации реактивной мощности, активной фильтрации высших гармоник токов и компенсации токов несимметрии.

1. Управление качеством электроэнергии / И.И. Кар-ташев, В.Н. Тульский, Ю.В. Шаров и др. М.: Издательство МЭИ, 2006.

2. Gerardo Escobar, Andres A. Valdez,Raymundo E. Torres-Olguin, and Misael F. Martinez-Montejano. A Model-Based Controller for A Three-Phase Four-Wire Shunt Active Filter With Compensation of the Neutral Line Current. // IEEE Transactions on power electronics. November, 2007. Vol. 22. № 6.

3. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника. М.: Издательский дом МЭИ, 2007.

распечатать | скачать бесплатно Компенсация неактивной мощности в системах электроснабжения, Ю.К. Розанов, М.Г. Лепанов, М.Г. Киселев, Источник: Труды конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем», 2010 г., МЭИ,
www.energy2010.mpei.ru

скачать архив.zip(300 кБт)

Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Тел.(495) 360-66-26 E-mail:
© Портал ЭнергоСовет.ru — энергосбережение, энергоэффективность, энергосберегающие технологии 2006-2019
Возрастная категория Интернет-сайта 18 +
реклама | карта сайта | о проекте | контакты | правила использования статей

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему: Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения леспромхозов

Текст работы Бакшаева, Наталья Сергеевна, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи Бакшаева Наталья Сергеевна

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛЕСПРОМХОЗОВ

Специальность — 05.09.03 — Электротехнические комплексы

и системы, включая их управление и регулирование

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор В.В.Черепанов

Введение. Актуальность проблемы; цель задачи исследований; методы исследования; научная новизна; практическая ценность; основные положения, выносимые на защиту; сведения о внедрении результатов. 5

Глава I. Анализ проблемы компенсации реактивных нагрузок в системах электроснабжения леспромхозов. 13

1.1 Схемы электроснабжения леспромхозов. . 13

1.2 Характеристика основных потребителей режимов работы электроприемников лесоперерабатывающей отрасли . 16

1.3 Методика выбора средств компенсации реактивных нагрузок. 18

1.4 Способы и средства компенсации реактивной мощности, применяемые в лесной промышленности. 30

1.5 Автоматизация регулирования мощности компенсирующих устройств. 36

1.6 Постановка задачи исследования. 43

Глава И. Исследование графиков электрических нагрузок основного производства лесопромышленных хозяйств и схем электроснабжения. 45

2.1 Экспериментальное исследование графиков электрических нагрузок основных производств. 45

2.2 Исследование графиков нагрузок главных приводов

ПЛХ и кранов. 50

2.3 Статистическая обработка и анализ результатов исследований. 54

2.4 Разработка типовой модели схемы электроснабжения. 68

2.5 Выводы по второй главе. 72

Глава III. Разработка методики выбора оптимальных мощностей компенсирующих устройств и мест их размещения. 74

3.1 Определение затрат на компенсацию реактивной мощности при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения. 74

3.2 Выбор критерия оптимизации и метода решения поставленной задачи. 93

3.3 Математическая модель задачи оптимальной компенсации реактивной мощности в электрических сетях леспромхозов. 97

3.4 Разработка рекомендаций по компенсации реактивной мощности в электрических сетях леспромхозов. 104

3.5 Выводы по третьей главе. 3 07

Читайте так же:  Приказ о цене водки с 1 августа 2019

Глава IV. Практические рекомендации по компенсации реактивной мощности. 108

4.1 Продольная компенсация реактивной мощности. 108

4.2 Выбор способа регулирования генерации реактивной мощности. 125

4.3 Разработка технических требований к регулятору реактивной мощности в лесопромышленных хозяйствах. 131

4.4 Разработка программного обеспечения для регулятора реактивной мощности конденсаторных батарей. 134

4.5 Практические рекомендации по компенсации реактивной мощности в электрических сетях леспромхозов. 140

4.6 Выводы по четвертой главе. 142

Заключение. Основные результаты работы. 143

П-1. Алгоритм и программа оптимальной компенсации реактивной мощности («Расчет оптимальной компенсации реактивной мощности»). 156

11-2. Программа расчета нагрузки двигателя («Асинхронный

двигатель с фазным ротором»). 175

П-3. Описание программы «Расчет индивидуальной компенсации реактивной мощности» . 187

П-5. Текст и описание программы работы регулятора реактивной мощности конденсаторных батарей. 213

П-6. Применение разработанной методики расчета оптимальной компенсации реактивной мощности лесопромышленных

П-7. Акт внедрения. 229

П-8. Расчет токов короткого замыкания. 231

П-9. Программа «Исследование работы регулятора реактивной мощности». Результаты исследования фушсций регулирования регулятора реактивной мощности конденсаторных батарей. 235

П-10. Выражения для расчета градиента, модуля градиента целевой функции затрат и значений переменных на каждом шаге перемещения. 258

Одним из главных вопросов, решаемых на стадии проектирования, при проведении реконструкций и во время эксплуатации систем электроснабжения предприятий, является вопрос компенсации реактивной мощности, правильное решение которого означает большую экономию денежных и материальных ресурсов. Эти проблемы всегда занимали и занимают первостепенное значение в общем комплексе вопросов, решаемых энергетиками предприятий. В условиях рыночной экономики необходим взвешенный, комплексный, продуманный подход к решению этой важной проблемы. Особую актуальность проблема компенсации реактивной мощности приобрела после введения в 1991 г. непосредственной платы за потребление реактивной энергии в часы максимальных нагрузок и ее генерацию в электрическую сеть в часы минимальных (вместо ранее существовавшей системы надбавок и скидок к тарифам на активную электроэнергию). Непрерывный рост тарифов на электроэнергию и цен на компенсирующие устройства требует тщательного анализа их соотношения и новых подходов к оценке целесообразности применения компенсации реактивной мощности в каждом конкретном случае.

При проведении компенсации реактивной мощности предлагается учитывать специфику лесопромышленных предприятий. К числу основных особенностей относятся /1, 3,4, 5/:

1. Большая протяженность питающих линий 10 кВ, достигающая 10-30 км, см. рис. 1.1.

2. Размещение лесопромышленных предприятий на больших площадях, охватывающих многие десятки, а зачастую и сотни квадратных километров.

3. Ограничен срок работы лесопромышленных предприятий, особенно его отдельных участков.

4. Мощность трансформаторных подстанций, как правило, от 63 до 250 кВА. Каждый трансформатор обслуживает значительный район, что требует проводов больших сечений в сетях 380 В. В результате в них обычно расходу-

ется металла в 2-3 раза больше, чем в сетях 10 кВ (распределительных сетях напряжением выше 1000 В).

/-у-^ коммун,- бытовые, \J¡LJ производ.потрсбит.

школа коммун.- быт. потр.

^^^— нижний склад п. Камский

Рис. 1.1. Схема электроснабжения Перервенского леспромхоза.

5. Главная понизительная подстанция присутствует не всегда.

6. Потребителями электроэнергии являются производство и коммунально-бытовая сфера, tq <р оборудования, применяемого в ЛПХ, составляет от

2.3, а с учетом коммунально-бытовой нагрузки он колеблется от 1.2 до 0.8. Коэффициент загрузки трансформаторных подстанций обычно не превышает 0.3 -0.5. Асинхронные двигатели работают с недогрузкой. Широко применяются двигателей с фазным ротором ¡11.

7. Вследствие небольших нагрузок, мощность конденсаторных батарей обычно не превышает 100 — 150 квар.

Следует отметить, что дела с компенсацией реактивных нагрузок на лесопромышленных предприятиях обстоят в большинстве случаев крайне негативно. Выбор темы диссертации связан с тем, что в существующих методах расчета компенсации реактивной мощности для предприятий небольшой мощности не учтена специфика лесопромышленных предприятий, и поэтому они не дают оптимального решения (минимальных затрат).

Актуальность проблемы. Согласно действующим правилам пользования электрической и тепловой энергией промышленное предприятие должно выдерживать определенную величину потребления реактивной мощности, заданную энергосистемой. Невыполнение этого требования влечет за собой значительное увеличение платы за электроэнергию, потерь мощности и снижение качества электроэнергии. Потребление электроэнергии на предприятиях лесной отрасли характеризуется высоким отношением реактивной мощности к активной. Поэтому весьма важно правильное выполнить компенсацию реактивной мощности в условиях лесопромышленного комплекса. В связи с этим реактивной мощности предприятием носит неравномерный характер, поэтому актуальным является и внедрение автоматического регулирования мощности конденсаторных установок. Большое влияние в наше время уделяется вопросам качества электрической энергии. Компенсация реактивной мощности влияет на важнейшие показатели качества электрической энергии — отклонение и колебание напряжения в узлах нагрузки. Поэтому задачу компенсации реактивной мощности нужно решать в комплексе с задачей поддержания напряжения в заданных ГОСТ 13 109 пределах.

Цель работы. Целью работы является: разработка методики выбора устройств компенсации реактивных нагрузок в системах электроснабжения лесопромышленных комплексов, позволяющей получить минимальные затраты на компенсацию реактивной мощности с учетом современной ситуации в экономике и качества электрической энергии.

1) Разработана методика оптимальной компенсации реактивных нагрузок, учитывающая: нелинейность зависимости затрат на установку конденсаторных батарей малой мощности, различную постановку задачи компенсации реактивной мощности, индивидуальные требования и дополнительные условия конкретных предприятий.

2) Предложен новый подход к выбору критерия оптимизации. В качестве критерия оптимизации принят не глобальный минимум общесистемных приведенных затрат, а минимум приведенных затрат в условиях конкретного предприятия.

3) Разработана методика выбора соотношения продольной и поперечной компенсации реактивных нагрузок по критерию соответствия колебаний напряжения требованиям ГОСТ 13 109.

Практическое значение работы. Практическое значение работы заключается в следующем.

1) Разработанные методика, алгоритм и программа оптимальной компенсации реактивной мощности могут применяться для расчета компенсации реактивных нагрузок на действующих предприятиях лесного комплекса и в проектной практике для выбора мощностей и мест установки конденсаторных батарей в проектируемых системах электроснабжения предприятий.

2) Полученные результаты и выводы могут быть применены не только для расчета компенсации реактивных нагрузок на лесопромышленных предприятиях, но и на предприятиях небольшой мощности других отраслей промышленности.

3) Практическое использование разработанной методики выбора продольно-поперечной компенсации позволяет уменьшить влияние на качество напряжения электроприемников, работающих с резко переменной нагрузкой.

4) Разработанный на основе современной элементной базы регулятор реактивной мощности конденсаторных батарей не требует настройки в процессе его эксплуатации, црост в обслуживании и может быть применен на любых производственных предприятиях.

Достоверность полученных результатов. При решении поставленных в диссертации задач использовались методы математического моделирования электрических сетей системы электроснабжения и математической статистики, ряд положений электротехники и основ электроснабжения. Обоснованность и достоверность научных положений, теоретических выводов, основных результатов и рекомендаций диссертации подтверждены их проверкой в реальных электрических сетях лесопромышленных предприятий, а также сопоставлением результатов расчета с экспериментальными данными.

Реализация результатов работы. Разработанный с участием автора регулятор реактивной мощности конденсаторных батарей внедрен в системах электроснабжения Верхнекамского и Верхневятского леспромхозов. Методика расчета компенсации реактивной мощности применена при решении вопросов компенсации в четырех ЛПХ Кировской области (Верхнекамский, Перервен-ский, Синегорский, Верхневятский ЛПХ) и на АО Стройкерамика г. Йошкар-Ола.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технической и методической конференции «Энергосбережение, энергопотребление и электрооборудование» (Новомосковск, 1994); на научно-технической и методической конференции «Электросбережение, электроснабжение, электрооборудование» (Новомосковск, 1996); на кафедре электроснабжения ВятГТУ; на кафедре Э1Д1 МЭИ.

Основное содержание диссертации опубликовано в шести работах.

Положения. выносимые на защиту.

1. Результаты экспериментальных исследований графиков электрических нагрузок основного производства лесопромышленных хозяйств и модели схем электроснабжения леспромхозов: модель схемы электроснабжения без промежуточной трансформации напряжения и модель схемы электроснабжения с промежуточной трансформацией напряжения (схемы с I ГШ и ГРП).

2. Методика и алгоритм расчета поперечной компенсации реактивных нагрузок в сетях электроснабжения леспромхозов, позволяющая получить минимальные затраты на установку конденсаторных батарей.

3. Практические рекомендации по выбору устройств поперечной компенсации реактивных нагрузок в системах электроснабжения леспромхозов.

4. Методика выбора соотношения продольной и поперечной компенсации реактивных нагрузок с учетом технических ограничений.

5. Практические рекомендации по выбору устройств продольно-поперечной компенсации реактивной мощности.

6. Новый подход к выбору критерия оптимизации и определения срока окупаемости с учетом современной ситуации в экономике.

7. Технические требования к регулятору реактивной мощности конденсаторных батарей. Блок-схема, алгоритм работы регулятора.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения; четырех глав; заключения; списка литературы, включающего 105 наименований; 10 приложений. Общий объем диссертации 155 страниц машинописного текста (включая список литературы), рисунки 136, таблицы 35. Общий объем приложений 143 страницы машинописного текста.

Читайте так же:  Мировой суд города армавира судебный участок 5

Во введении обосновывается актуальность работ, сформулирована цель диссертации, охарактеризована ее структура, показана научная новизна работы и ее практическая ценность, представлены сведения о внедрении работ, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ состояния проблемы компенсации реактивных нагрузок в системах электроснабжения леспромхозов. Отмечается, что дела с

компенсацией реактивных нагрузок на лесопромышленных предприятиях обстоят в большинстве случаев крайне негативно: компенсация реактивной мощности на большинстве предприятий отсутствует (или выполнена в недостаточной степени); конденсаторные батареи, эксплуатируемые в системах электроснабжения леспромхозов, как правило, нерегулируемые. При решении вопросов компенсации реактивной мощности применяется методика расчета для промышленных предприятий, которая не учитывает специфики леспромхозов. Установлено, что существующие методы расчета компенсации реактивной мощности для предприятий небольшой мощности не дают оптимального решения (минимальных затрат). В работе рассмотрены известные способы и средства регулирования генерации реактивной мощности и выявлены следующие недостатки существующих регуляторов, эксплуатируемых в электрических сетях лесопромышленных предприятий. Для существующих регуляторов характерны низкая надежность, сложность настройки и эксплуатации, низкое быстродействие, высокая стоимость и т.д. (автоматические регуляторы, в схемах которых используются электромеханические реле, обладают низкой надежностью; аналоговые регуляторы сложны в подключении, настройке, обслуживании; в цифровые регуляторы заложено большое количество сервисных функций, что снижает надежность работы и в значительной степени усложняет эксплуата

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СИСТЕМАХ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ПРОЕКТ РЕКОМЕНДАЦИЙ

ПО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СИСТЕМАХ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Компенсация – включение источников емкостной реактивной мощности в определенном узле электрической сети для обмена реактивной энергией между этим источником и индуктивным потребителем с целью разгрузки сети от реактивной энергии.

Конденсатор – устройство, состоящее из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, способное накапливать электроэнергию.

Батарея конденсаторов – группа последовательно и параллельно включенных конденсаторов.

Реактор – катушка индуктивности.

Регулируемое устройство компенсации – источник реактивной энергии, мощность которого можно изменять.

Компенсирующая установка (КУ) – установка, включающая в себя батарею конденсаторов, реактор, устройства управления и защиты.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Рекомендации распространяются на устройства компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения тяги поездов на участках железных дорог, электрифицированных на постоянном токe 3 кВ и переменном токе 25 кВ частотой 50 Гц.

Основное назначение установки КУ – компенсация реактивной мощности тяговой нагрузки.

2.2. Целью рекомендаций является определение основных положений по выбору схемы, размещения КУ и их параметров для решения следующих задач:

— снижения потерь электрической энергии и падений напряжения;

— фильтрация токовых гармоник;

— разгрузки генераторов энергосистемы.

2.3. Рекомендации предполагают применение в качестве источника реактивной мощности конденсаторов, имеющих сравнительно низкие удельные стоимости, малые потери в сравнении с синхронными компенсаторами, возможность установки их в различных точках системы электроснабжения, в том числе на электротяговом подвижном составе.

2.4. Необходимость установки, количество и мощность КУ определяется проектными организациями по согласованию с энергосистемой, исходяиз минимума приведенных затрат и требований национальных стандартов.

2.5. Технико-экономическое обоснования применения КУ должно учитывать взаимоотношения с национальными электроснабжающими организациями (в зависимости от методов расчета за потребленную реактивную электроэнергию).

2.6. С учетом уменьшения (спада) перевозок, уменьшению и неравномерности тяговых нагрузок необходим перерасчет мощности КУ и ее регулирование.

3. ВЫБОР МЕСТА ВКЛЮЧЕНИЯ И СХЕМЫ КУ.

3.1. Компенсировать реактивную мощность экономически выгодно на том напряжении, на котором она потребляется.

3.2. Места установки и режимы работы КУ следует выбирать такими, чтобы обеспечивались наилучшие технико-экономические показатели.

3.3. На тяговых подстанциях постоянного тока КУ рекомендуется подключать к шинам, от которых питаются тяговые трансформаторы.

3.4. На участках, электрифицированных на переменном токе, КУ рекомендуется подключать к шинам 27,5 кВ тяговых подстанций или постов секционирования.

3.5. КУ тяговых подстанций постоянного тока выполняются трехфазными. При этом группы конденсаторов соединяются в звезду или треугольник с предохранителями (рис.1), с трансформаторами тока (рис. 2) или согласно рис.3.

3.6. КУ на участках переменнoro тока 25 кВ выполняются однофазными (рис.4).

3.7. В связи со значительными колебаниями тяговой нагрузки, а следовательно изменением величины потребления реактивной мощности по техническим соображениям целесообразно применять регулируемые КУ (рис. 5). Необходимость применения регулируемого КУ определяется в зависимости от местных энергетических условий и на основании экономических расчетов.

4. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КУ

4.1. Определение мощности КУ рекомендуется проводить в следующей последовательности: намечаются места размещения КУ, производится расчет мощности по приведенным расходам из условия уменьшения потерь активной мощности в тяговой сети, трансформаторах, питающих линиях до подстанции энергосистемы и в КУ. Если полученная по расчету мощность КУ меньше заданной энергосистемой по условию баланса реактивной мощности, то расчет следует повторить. Места установки КУ при этом должны быть определены по согласованию с энергосистемой.

4.2. Максимальный ток компенсирующей установки Iкуmax определяется, исходя из броска напряжения при включении КУ:

Uку — напряжение при включенном КУ;

U — напряжение до включения КУ;

Хп — сопротивление питающей системы (от шин подстанции энергосистемы до места подключения КУ).

4.3. Напряжение на батарее конденсаторов КУ ( Uc ) выше напряжения шин (Uш) на величину, определяемую соотношением сопротивлений реактора и конденсатора:

Хс — сопротивление конденсаторов;

Хр — сопротивление реактора.

С учетом этого, а также ряда других факторов, количество последовательно включенных конденсаторов определяется из выражения:

1,03 х Uш х a x b

1,03 — коэффициент, учитывающий разброс емкости рядов конденсаторов;

U с — напряжение на шинах, к которым подключена КУ;

а — коэффициент увеличения напряжения на конденсаторах, вызванного наличием реактора;

b — коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев от высших
гармоник и солнечной радиации;

Uн — номинальное напряжение одного конденсатора.

Количество параллельных рядов конденсаторов выбирают, исходя из выбранной мощности КУ.

4.4. Для обеспечения заданного энергосистемой коэффициента мощности cos ? энергия КУ должна быть определена из выражения:

Wc = Wg – W x tg ?o ,

Wg – W — фактически потребляемые активная и реактивная энергии.

Реактивная мощность трансформатора, подлежащая компенсации:

Q = ?3 x U x I0 x sin ?o ,

U — напряжение сети;

I 0 — ток трансформатора в режиме холостого хода.

Общая емкость конденсатора:

Q — мощность конденсаторов.

4.5. Последовательная резонансная цепь имеет для основной гармонической емкостной характер и для высших гармонических индуктивный характер.

Напряжение Uc вследствие индуктивности реактора:

Напряжение на реакторе: Uр = (а – 1) х U ,

f0 — частота, на которую настроена резонансная цепь;

f1 — частота основной гармонической.

W20 x C a W21 x C

Частота, на которую должна быть настроена резонансная цепь, должна быть определена расчетом и экспериментальными измерениями.

4.6. Для КУ с регулируемой компенсационной мощностью Q c в случае применения регулировочной параллельной дроссельной катушки обычно исходят из максимальной реактивной мощности Qmax, уменьшенной на значение регулируемой мощности Qpp

Qc = Qmax — Qpp K

причем, коэффициент регулирования К меняется от 1 до 0.

К = 1 для минимальной реактивной мощности установки, при которой

исключена опасность перекомпенсации.

К = 0 при максимальной реактивной мощности установки.

5. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО КУ.

5.1. В КУ электрифицированных участков, как правило, применяются высоковольтные конденсаторы наружной установки. Они должны быть экологически безопасны, обладать высокой надежностью и долговечностью.

Конденсаторы допускают длительную работу при повышении напряжения до 110 % и действующем значении тока до 130 % от номинального.

Для снижения нагрева конденсаторов солнечными лучами рекомендуется устраивать над ними навес.

В установках компенсации рекомендуется выполнять параллельное соединение конденсаторов в каждом ряду, что позволяет допустить большой разброс емкости отдельных конденсаторов.

Подбирать конденсаторы в каждом ряду следует так, чтобы сопротивления рядов не отличались друг от друга более чем на 2 — 3 %.

5.2. Для предотвращения резонансных явлений последовательно с батареей конденсаторов включается реактор. Реакторы должны быть выполнены с ответвлением обмотки для изменения величины индуктивности и возможности применения в КУ различной мощности, предпочтительно сухие, экологически безопасные.

5.3. В качестве коммутирующих аппаратов целесообразно применять вакуумные или элегазовые выключатели. В случае применения для этих целей масляных выключателей, для предотвращения повторных пробоев и значительных перенапряжений при этом, следует вводить в цепь КУ ограничивающий резистор.

5.4. Для разряда конденсаторов после отключения КУ параллельно им устанавливается трансформатор напряжения, используемый также в качестве датчика для защиты КУ по напряжению.

Читайте так же:  Жалоба о неправильной парковке

5.5. Все электрические соединения конденсаторов друг с другом и шинами должны исполняться гибкими проводниками.

6.1. КУ рекомендуется оборудовать следующими защитами, действующими на отключение:

— от токов короткого замыкания без выдержки времени;

— от перегрузки конденсаторов высшими гармониками с выдержкой времени;

— от повышения напряжения на конденсаторах с выдержкой времени;

— от витковых замыканий в сухих реакторах.

6.2. Для защити от токов короткого замыкания применяется максимальная токовая защита, которая должна быть отстроена от pабочих токов,токов включения и разряда КУ в сеть.

Максимальная токовая защита может быть дополнена продольной дифференциальной защитой для повышения чувствительности при повреждении удаленных от выключателя рядов конденсаторов,

В качестве токовой защиты может быть применена только дифференциальная защита.

6.3. Защита от перегрузки настраивается на отключение действующих токов, превышающих 1,3 Iн.

6.4. Защита по максимальному напряжению должна отключать КУ при повышении напряжения выше 1,1 Uн.

Защита по максимальному напряжению дополняется дифференциальной защитой по напряжению реагирующей на разность напряжений половин рядов конденсаторов (Рис. 6).

6.5. Защиту от витковых замыканий необходимо применять при использовании в КУ сухих реакторов.

7. ЭКСПЛУАТАЦИЯ КУ.

7.1. Осмотры, ремонты и профилактические испытании оборудования и устройств защиты проводятся в объемах и сроках, которые определяются национальными нормами.

7.2. При осмотрах КУ без отключения рекомендуется обращать особое внимание на отсутствие вздутий конденсаторов и течи диэлектрика, а также на уровень напряжения установки и температуру окружающей среды (особенно в жаркое время года).

7.3. При ремонтах с отключением КУ следует мегомметром проверить отсутствие замыканий между зажимами и корпусом конденсаторов и целость цепи разряда.

7.4. При проведении профилактических испытаний следует проверять распределение напряжений по рядам и измерять емкость конденсаторов.

7.5. Эксплуатация КУ запрещается:

— при напряжении на шинах выше 1,1 Uн;

— при температуре окружающего воздуха превышающей наивысшую и наинисшую температуру, допустимую для конденсаторов данного типа;

— если имеется капельная течь жидкости из конденсаторов или
повреждение изоляторов.

Способы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения

Реактивной мощностью называется та доля полной мощности, которая идет на поддержание электромагнитных процессов в нагрузках, имеющих индуктивную и емкостную реактивные составляющие.

Реактивная мощность сама по себе не расходуется на выполнение какой-либо полезной работы, в отличие от активной мощности, однако наличие в проводах реактивных токов приводит к их нагреву, то есть к потерям мощности в форме тепла, что вынуждает поставщика электроэнергии все время подавать потребителю повышенную полную мощность. А между тем, в соответствии с приказом Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации №267 от 4 октября 2005 года, реактивная мощность отнесена к техническим потерям в электрических сетях.

Но электромагнитные поля всегда возникают в нормальных режимах работы огромного числа разновидностей электрического оборудования: люминесцентных ламп, электродвигателей различного назначения, индукционных установок и т. д. — все подобные нагрузки не только потребляют из сети полезную активную мощность, но и являются причинами появления реактивной мощности в протяженных цепях.

И хотя без реактивной мощности многие потребители, содержащие ощутимые индуктивные составляющие, не смогли бы работать в принципе, поскольку им необходима реактивная мощность, как часть полной мощности, реактивная мощность зачастую фигурирует как вредная чрезмерная нагрузка по отношению к электрическим сетям.

Вред от реактивной мощности без компенсации

В общем и целом, когда объем реактивной мощности в сети становится значительным, понижается напряжение в сети, такое положение дел весьма характерно для энергосистем с дефицитом активной составляющей, — там всегда напряжение в сети ниже номинала. И тогда недостающая активная мощность поступает из соседних энергосистем, в которых на данный момент генерируется чрезмерное количество электроэнергии.

Но такие системы, которые всегда требуют пополнений за счет соседей, всегда получаются в итоге неэффективными, а ведь их можно легко превратить в эффективные, достаточно создать условия для генерации реактивной мощности прямо на месте, в специально приспособленных компенсирующих устройствах, подобранных для активно-реактивных нагрузок данной энергосистемы.

Дело в том, что реактивную мощность не обязательно генерировать на электростанции генератором, вместо этого ее можно получать в компенсирующей установке (в конденсаторе, синхронном компенсаторе, в статическом источнике реактивной мощности), расположенной на подстанции.

Компенсация реактивной мощности сегодня является не только ответом на вопросы об энергосбережении и о способе оптимизации нагрузок на сеть, но и ценным инструментом влияния на экономику предприятий. Ведь конечная стоимость любой производимой продукции формируется не в последнюю очередь из расходуемой электроэнергии, которая будучи снижена — уменьшит себестоимость продукции. К такому выводу пришли аудиторы и специалисты по энергоресурсам, что побудило многие компании прибегнуть к расчету и установке систем компенсации реактивной мощности.

Для компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки — подбирают определенной емкости конденсатор, в итоге потребляемая непосредственно от сети реактивная мощность снижается, она потребляется теперь от конденсатора. Другими словами, коэффициент мощности потребителя (с конденсатором) повышается.

Активные потери теперь становятся не более 500 мВт на 1 кВар, при этом движущиеся части у установок отсутствуют, шума нет, а эксплуатационные затраты мизерны. Установить конденсаторы можно в принципе в любой точке электросети, а мощность компенсации подбирается индивидуально. Установка производится в металлических шкафах или в настольном исполнении.

Способы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения

В зависимости от схемы подключения конденсаторов к потребителю, есть несколько видов компенсации: индивидуальная, групповая и централизованная.

При индивидуальной компенсации конденсаторы (конденсатор) подключаются прямо к месту возникновения реактивной мощности, то есть свой конденсатор(ы) — к асинхронному двигателю, отдельный — к газоразрядной лампе, индивидуальный — к сварочному аппарату, личный конденсатор — для индукционной печи, для трансформатора и т.д. Здесь от реактивных токов разгружаются подводящие провода к каждому конкретному потребителю.

Групповая компенсация подразумевает подключение одного общего конденсатора или общей группы конденсаторов сразу к нескольким потребителям со значительными индуктивными составляющими. В этом случае постоянная одновременная работа нескольких потребителей сопряжена с циркуляцией общей реактивной энергии между потребителями и конденсаторами. Линия подводящая электроэнергию к группе потребителей окажется разгружена.

Централизованная компенсация предполагает установку конденсаторов с регулятором в главном или групповом распределительном щите. Регулятор оценивает в режиме реального времени текущее потребление реактивной мощности, и оперативно подключает и отключает необходимое количество конденсаторов. В итоге потребляемая от сети суммарная мощность всегда сводится к минимуму в соответствии с мгновенной величиной требуемой реактивной мощности.

Каждая установка компенсации реактивной мощности включает в себя несколько ветвей конденсаторов, несколько ступеней, которые формируются индивидуально для той или иной электросети, в зависимости от предполагаемых потребителей реактивной мощности. Типичные размеры ступеней: 5; 10; 20; 30; 50; 7,5; 12,5; 25 кВар.

Для получения больших ступеней (100 и более кВар) — объединяют параллельно несколько небольших. В результате нагрузки на сети снижаются, токи включения и сопровождающие их помехи уменьшаются. В сетях с большим количеством высших гармоник сетевого напряжения, конденсаторы компенсирующих установок защищают дросселями.

Выгоды от компенсации реактивной мощности

Автоматические компенсирующие установки дают ряд преимуществ оборудованной ими сети:

снижают загрузку трансформаторов;

упрощают требования к сечению проводов; позволяют больше нагрузить электрические сети, чем это было возможно без компенсации;

устраняют причины для снижения напряжения сети, даже если потребитель присоединен протяженными проводами;

повышают КПД мобильных генераторов на жидком топливе;