Тимофеев А.С. Компенсация реактивной мощности

Подождите немного. Документ загружается.

рующих устройств, решается вопрос о необходимости их регулиро-

вания, выбирается параметр регулирования и т. д.

При небольшом различии в приведенных затратах по вариантам

в пределах точности расчета и исходных данных принимается вари-

ант с лучшими техническими показателями (перспективность схемы,

удобство эксплуатации, расход материалов и оборудования и т. д.).

3. При выборе средств компенсации, устанавливаемых в элек-

трических сетях потребителей электроэнергии, исходными являются

следующие данные, получаемые от энергосистемы:

а) экономически или технически обоснованное значение реак-

тивной мощности, которая может быть передана из энергосистемы в

режиме ее наибольшей активной нагрузки в сеть электроустановки;

это значение определяется энергосистемой при расчете экономиче-

ских значений реактивной мощности в ее узлах в соответствии с ме-

тодикой, утвержденной в установленном порядке;

б) значение реактивной мощности, которая может быть переда-

на из энергосистемы в режиме ее наименьшей активной нагрузки в

сеть электроустановки; это значение определяется энергосистемой

при расчете оптимальных режимов ее работы;

в) значение реактивной мощности, которая может быть передана

из энергосистемы в послеаварийных режимах в сеть электро-

установки; это значение определяется энергосистемой при расчете

уровней напряжения в ее узлах в характерных послеаварийных режи-

мах.

4. При выборе средств компенсации необходимо:

а) учитывать потери реактивной мощности в элементах сети и

реактивную мощность, генерируемую воздушными линиями, токо-

проводами и кабельными линиями с номинальными напряжениями

выше 20 кВ, а для кабельных сетей значительной протяженности-

также и 6 20 кВ;

б) определять целесообразную степень использования реактив-

ной мощности генераторов местных электростанций и синхронных

двигателей для сетей напряжением как 6 20, так и до 1 кВ;

в) проверять возможность уменьшения пропускной способности

элементов сети при увеличении степени компенсации (уменьшение

числа и мощности трансформаторов, снижение сечений проводов и

кабелей и т. п.);

г) выбирать способ управления компенсирующими устройства-

ми (ручное или автоматическое), параметр регулирования (напряже-

ние, реактивная мощность, время и т. д.);

д) учитывать по возможности дополнительный экономический

эффект при использовании средств компенсации для повышения ка-

чества электроэнергии.

5. При технико-экономических расчетах стоимости потерь элек-

троэнергии и активной мощности должны определяться по за-

мыкающим затратам.

6. При выборе средств компенсации необходимо учитывать, что

наибольший экономический эффект достигается при их размещении в

непосредственной близости от потребляющих реактивную мощность

электроприемников.

Передача реактивной мощности из сети 6 35 кВ в сеть напря-

жением до 1 кВ во многих случаях оказывается экономически невы-

годной, если это приводит к увеличению числа цеховых трансформа-

торов.

7. Распределять конденсаторные установки между сетями 6 20

и сетями напряжением до 1 кВ следует на основании технико-

экономического расчета.

Место установки регулируемых конденсаторных батарей в сетях

напряжением до 1 кВ должно определяться с учетом требований ре-

гулирования напряжения сети или регулирования реактивной мощно-

сти. Установка конденсаторных батарей на стороне 6 10 кВ цехо-

вых подстанций не рекомендуется.

Индивидуальная компенсация может быть целесообразной лишь

у крупных электроприемников с относительно низким коэффициен-

том мощности и большим числом часов работы в году.

8. При составлении баланса реактивной мощности следует учи-

тывать происходящее при регулировании напряжения изменение по-

требления реактивной мощности в соответствии со статическими

характеристиками.

Эксплуатация

1. При эксплуатации электроустановок должны осуществляться

следующие мероприятия, снижающие потребление реактивной мощ-

ности:

а) упорядочение технологического процесса, ведущее к сниже-

нию потребления реактивной нагрузки в максимум активной на-

грузки энергосистемы;

б) ограничение холостой работы асинхронных двигателей, сва-

рочных трансформаторов и других электроприемников путем вне-

дрения ограничителей холостого хода;

в) замена или отключение на период малых нагрузок трансфор-

маторов, загружаемых менее, чем на 30% номинальной мощности,

если это допускается по условиям режима работы сети и электропри-

емников;

г) замена загружаемых менее, чем на 60% асинхронных двигате-

лей двигателями меньшей мощности при условии технико-

экономического обоснования и наличия практической возможности

такой замены;

д) допустимая по условиям работы электропривода замена асин-

хронных двигателей синхронными, если асинхронные двигатели под-

лежат демонтажу вследствие износа, изменения технологического

процесса или возможности использования в других установках, не

нуждающихся в искусственной компенсации реактивных нагрузок, а

также если замена может быть обоснована технико-экономическим

расчетом.

2. Должен быть обеспечен систематический контроль за работой

средств компенсации. Для этого не реже 2-х раз в год следует прове-

рять:

а) располагаемую реактивную мощность средств компенсации;

б) наличие и действие устройств автоматического управления и

регулирования мощности средств компенсации, правильность выбора

установок этих средств.

Осмотр конденсаторных установок должен производиться в со-

ответствии с требованиями ПТЭ. Результаты осмотров и проверок

фиксируются в акте, который должен предъявляться представителю

органов Госэнергонадзора.

3. В случае изменения нагрузок по сравнению с принятыми при

проектировании в режим работы источников реактивной мощности

следует вносить коррективы в соответствии с фактическими графи-

ками реактивных нагрузок.

Контроль

1. Контроль за реактивной мощностью, потребляемой или выдавае-

мой в сеть энергосистемы потребителями электроэнергии, осу-

ществляется ежеквартально.

2. Контролируемыми являются:

а) наибольшая потребляемая реактивная мощность за получасо-

вой интервал в период наибольшей активной нагрузки энергосисте-

мы;

б) реактивная мощность, потребляемая или выдаваемая в сеть

энергосистемы в период наименьших активных нагрузок энерго-

системы.

3. Периоды наибольших и наименьших нагрузок, а также режи-

мы работы компенсирующих устройств устанавливаются энерго-

снабжающей организацией и фиксируются в договоре на пользование

электроэнергией.

4. Для контроля наибольшей реактивной мощности, передавае-

мой из сети энергосистемы в сеть потребителя, используются специ-

альные электросчетчики реактивной энергии с указателем 30-

минутного максимума нагрузки и контактными часами и автоматизи-

рованные информационно измерительные системы учета и контро-

ля электроэнергии. Для контроля реактивной мощности, потребляе-

мой или выдаваемой потребителем в сеть энергосистемы в период ее

наименьших нагрузок, используются обычные электросчетчики реак-

тивной энергии с контактными часами.

В случае отсутствия специальных счетчиков реактивной энергии

с указателем 30-минутного максимума нагрузки и контактными часа-

ми, учет потребляемой или выдаваемой потребителем в сеть энерго-

системы реактивной мощности производится по записям показаний

обычных счетчиков. Записям подлежат 30-минутные показания счет-

чиков в часы наибольшей нагрузки энергосистемы и показания счет-

чиков на начало и конец периода наименьшей активной нагрузки

энергосистемы.

2.3 Способы снижения потребления реактивной мощности

приемниками электроэнергии

Мероприятия по снижению потребления реактивной мощности

приемниками электроэнергии рассматривают в первую очередь, по-

скольку для их осуществления, как правило, не требуется значитель-

ных капитальных затрат. Поскольку основными потребителями реак-

тивной мощности на промышленных предприятиях являются асин-

хронные двигатели, трансформаторы и вентильные преобразователи,

то предметом всестороннего анализа должны быть следующие вопро-

сы:

замена малозагруженных асинхронных двигателей двигателя-

ми меньшей мощности;

понижение напряжения у двигателей, систематически рабо-

тающих с малой загрузкой;

ограничение XX асинхронных двигателей;

замена или отключение в период малых нагрузок трансформа-

торов;

применение наиболее целесообразной силовой схемы и систе-

мы управления вентильного преобразователя

2.3.1 Замена малозагруженных двигателей двигателями

меньшей мощности. Потребление реактивной мощности асинхрон-

ными двигателями зависит от коэффициента загрузки и его техниче-

ских данных. При номинальной загрузке и номинальном напряжении

асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность:

. ном

ном

где КПД двигателя при полной загрузке.

Реактивную мощность, потребляемую двигателем из сети при

XX, находят из выражения:

xномx

IUQ

где

ток XX асинхронного двигателя.

Для двигателей с номинальным коэффициентом мощности

93.091.0cos

.ном

реактивная мощность XX составляет около 60%

реактивной мощности при номинальной загрузке двигателя. Для дви-

гателей с

79,077,0cos

.ном

она достигает 70%.

Увеличение потребления реактивной мощности при полной за-

грузке двигателя по сравнению с потреблением при XX:

xномном

ном

xномном

IUtq

QQQ

. (2)

При загрузках асинхронного двигателя, меньших номинальной,

прирост потребления реактивной мощности по сравнению с XX про-

порционален квадрату коэффициента загрузки двигателя:

номз

QkQ

где

ном

PPk

коэффициент загрузки двигателя.

Таким образом, коэффициент мощности асинхронного двигате-

ля при произвольной загрузке:

//cos

номзаномзномз

QkQPkPkSP

. (3)

Из (3) следует, что коэффициент мощности двигателя уменьша-

ется при уменьшении его загрузки. Например, если для какого-то

конкретного двигателя при 100% загрузке

8.0cos

, то при 50%

он равен 0,65, а при 30% 0,51. Отсюда следует, что замена система-

тически малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощно-

сти способствует повышению мощности промышленных электроус-

тановок.

Условия рентабельности требуют, чтобы замена двигателя влек-

ла за собой уменьшение суммарных потерь активной мощности как в

энергосистеме, так и в приемнике. Для суммарных потерь

.сум

спра-

ведливо выражение:

PQkP

unсум.

, (4)

где

полные потери активной мощности в двигателе;

ип

коэффициент изменения потерь, кВт/квар (задается пред-

приятию энергосистемой).

Коэффициент изменения потерь

ип

численно равен удельному

снижению потерь активной мощности во всех элементах системы

электроснабжения (от источников питания до мест потребления элек-

троэнергии), получаемому при уменьшении передаваемой предпри-

ятию реактивной мощности. Как показали расчеты, наименьшее зна-

чение

ип

примерно равно 0,02 кВт/квар для трансформаторов, при-

соединенных непосредственно к шинам станции.

Преобразовав (4) в более удобный для расчета вид, с учетом (2)

получится:

ном.

aзxипномззxсум

PkPkQkkQP

, (5)

где

дв

номx

потери активной мощности при XX дви-

гателя, кВт;

дв

ном

прирост потерь активной мощности в двига-

теле при загрузке 100%, кВт;

дв.

расчетный коэффициент, зависящий от конструкции

двигателя:

дв

100

где

потери XX, %, активной мощности, потребляемой двигате-

лем при загрузке 100%.

Работы, проведенные в Главгосэнергонадзоре, показали, что ес-

ли средняя загрузка двигателя составляет менее 45 % номинального

значения его мощности, то замена двигателя менее мощным всегда

целесообразна и проверка расчетами не требуется. При загрузке дви-

гателя более 70% номинальной мощности можно считать, что замена

его в общем случае нецелесообразна. При загрузке двигателей 45 70

% целесообразность замены их должна быть подтверждена достаточ-

ным уменьшением суммарных потерь активной мощности в электри-

ческой системе и двигателе, рассчитанных по (5).

2.3.2 Понижение напряжения у двигателей, систематически

работающих с малой загрузкой. При невозможности замены мало-

загруженного асинхронного двигателя следует проверить целесооб-

разность снижения напряжения на его зажимах. Снижение напряже-

ния на выводах асинхронного двигателя до определенного мини-

мально допустимого значения

min

приводит к уменьшению потреб-

ления реактивной мощности (за счет уменьшения тока намагничива-

ния) и тем самым к увеличению коэффициента мощности. При этом

одновременно уменьшаются потери активной мощности и, следова-

тельно, увеличивается КПД двигателя. На практике применяют сле-

дующие способы снижения напряжения у малозагруженных асин-

хронных двигателей:

переключение статорной обмотки с треугольника на звезду;

секционирование статорных обмоток;

понижение напряжения в сетях промышленных предприятий

путем переключения ответвлений понижающих трансформаторов.

Переключение статорной обмотки с треугольника на звезду

можно рекомендовать для двигателей напряжением до 1 кВ, система-

тически загруженных менее чем на 40% номинальной мощности. Из-

менение коэффициента мощности и КПД асинхронного двигателя

при указанном переключении приведено в таблицах 2 и 3. При пере-

ключении обмотки двигателя с треугольника на звезду из-за умень-

шения максимального вращающего момента в 3 раза необходимо

производить проверку по предельному коэффициенту загрузки двига-

теля, определяемому условиями устойчивости. Предельный коэффи-

циент загрузки:

5,4/

.. ммпрз

где

мм

кратность максимального вращающего момента по отно-

шению к номинальному (приводится в каталогах на дви-

гатели).

Секционирование статорных обмоток асинхронных двигателей

можно рекомендовать, когда невозможно переключить обмотки ста-

тора с треугольника на звезду. Если двигатели изготовлены с парал-

лельными ветвями в статорной обмотке, то секционирование осуще-

ствляют относительно просто путем перепайки лобовых соединений

обмотки. Сложнее переключить статорную обмотку двигателя на

другую схему соединений, если она выполнена одиночным проводом.

В таких случаях переключение секций обмотки возможно лишь при

капитальных ремонтах двигателей

Таблица 2 Коэффициент мощности асинхронного двигателя при

переключении статорной обмотки с треугольника на звезду

Номинальный

cos

двигателя

Отношение

cos/cos

при

коэффициентах нагрузки

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,78

1,94

1,8

1,64

1,49

1,35

0,8

1,85

1,73

1,58

1,43

1,3

0,82

1,78

1,67

1,52

1,37

1,26

0,84

1,72

1,61

1,46

1,32

1,22

0,86

1,66

1,55

1,41

1,27

1.88

0,88

1,6

1,49

1,35

1,22

1,14

0,9

1,57

1,43

1,29

1,17

1,1

0,92

1,5

1,36

1,29

1,11

1,06

Таблица 3 Изменение двигателя при переключении его

обмотки с треугольника на звезду

Переключение ответвлений понижающего трансформатора для

снижения рабочего напряжения асинхронных двигателей также явля-

ется эксплуатационным приемом, направленным на повышение ко-

эффициента мощности, если данный трансформатор не питает одно-

временно другие приемники, не допускающие снижения напряжения

на их зажимах.

2.3.3 Ограничение холостого хода работы асинхронных дви-

гателей. Работа большинства асинхронных двигателей характерна

тем, что в перерывах между нагрузками они вращаются на XX. Для

ряда потребителей время работы двигателей на XX достигает 50 65

% всего времени работы. Если промежутки работы на XX достаточно

велики, то целесообразно на это время отключать двигатель от сети.

Потребление активной и особенно реактивной энергии при этом зна-

чительно уменьшается. Применение ограничителей XX приводит к

экономии электроэнергии, когда промежутки работы на XX превы-

шают 10 с. Когда промежутки XX меньше 10 с, вопрос об эф-

фективности ограничителей решается на основании контрольного

расчета.

2.3.4 Замена или отключение в период малых нагрузок

трансформаторов. Значительных результатов в повышении естест-

венного коэффициента мощности промышленного предприятия дос-

тигают за счет рационализации работы трансформаторов, которую

проводят путем их замены и перегруппировки, а также отключения

некоторых трансформаторов в часы малых нагрузок. Если при этих

мероприятиях снижается потребление реактивной мощности и

уменьшаются потери активной мощности, то осуществление их, не-

сомненно, целесообразно.

Применение наиболее целесообразной силовой схемы в системе

управления вентильного преобразователя. Вентильный преобразова-

тель постоянного тока является потребителем реактивной мощности,

так как основная гармоника тока отстает от напряжения. Угол сдвига

0,1

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

1,27

1,1

1,06

1,04

1,02

1,01

1,005

φ1 между основными гармониками напряжения и тока определяется в

основном глубиной регулирования выпрямленного напряжения. С

достаточной точностью можно считать, что

вов

UUar /cos

где

среднее значение выпрямленного напряжении

во

выпрямленное напряжение идеального XX, определяемое

силовой схемой преобразователя.

Коэффициент мощности преобразователя по основной гармони-

ке:

SP/

С учетом того, что

cos3UIP

;

UIS 3

, получается выра-

жение:

cos

mиск

где

IIk

mиск

коэффициент искажения тока;

основная гармоника переменного тока преобразователя.

Реактивная мощность на шинах преобразователя со стороны

системы переменного тока определяется по уравнениям:

2...

1..

sin

UkU

UUIUIQ

ипвВО

ВВОВВВпв

где

среднее значение выпрямленного тока;

... ипв

расчетный коэффициент, учитывающий силовую схему

преобразователя. Для трехфазной мостовой схемы

..пив

;

фазное напряжение на входе преобра-

зователя.

Реактивную мощность, потребляемую преобразователем, опре-

деляют в основном соотношением между напряжением на стороне

переменного тока и средним выпрямленным напряжением (степенью

зарегулирования).

К уменьшению реактивной мощности, потребляемой преобразо-

вателем, приводят следующие меры:

применение более сложной силовой схемы (включение нуле-

вого вентиля, регулирование напряжения на стороне переменного то-

ка);