Тимофеев А.С. Компенсация реактивной мощности

Подождите немного. Документ загружается.

применение усложненных законов управления (поочередное

управление последовательно соединенными преобразователями, не-

симметричное управление);

применение искусственной коммутации (одноступенчатой,

двухступенчатой).

Рисунок 4 Схема последовательного соединения преобразователей

с поочередным управлением

Перспективной является схема последовательного соединения

мостов с поочередным управлением. Такое исполнение особенно це-

лесообразно для двухъякорных двигателей, включаем по восьмерич-

ной схеме (рисунок 4). В результате того, что изменение выпрямлено-

го напряжения осуществляют регулированием одного преобразовате-

ля, потребление реактивной мощности по сравнению с обычными

схемами снижается на 30 40%. На рисунке 5 показана зависимость

относительной реактивной мощности от степенирегулирования при

постоянном выпрямленном токе для различных силовых схем вен-

тильных преобразователей (ВП). Замена ртутных вентилей полупро-

водниковыми вызвала интерес к схемам с искусственной коммутаци-

ей. Основным элементом в устройстве искусственной коммутации-

может быть батарея конденсаторов, специальный трансформатор

преобразователь частоты. В промышленных установках наиболее

удобны конденсаторы. За счет электромагнитной энергии конденса-

торов, вводимой в контур коммутации, происходит принудительный

сдвиг тока в сторону опережения, и преобразователи могут работать,

не потребляя реактивной мощности с

1cos

или генерируя ее в ка-

честве компенсатора.

1 трехфазный мостовой преобразователь с симметричным управле-

нием; 2 симметрично управляемый преобразователь с нулевыми вен-

тилями; 3 поочередное управление последовательно соединенными

преобразователями; 4 несимметричное управление параллельно со-

единенными преобразователями

Рисунок 5 Зависимость относительной реактивной мощности от

степени регулирования для различных схем ВП и

способов управления

2.4 Источники реактивной мощности

Для компенсации реактивной мощности, потребляемой электро-

установками промышленного предприятия, используют генераторы

электростанций и синхронные двигатели, а также дополнительно ус-

танавливаемые компенсирующие устройства синхронные компенса-

торы, батареи конденсаторов и специальные статические источники

реактивной мощности.

Синхронные компенсаторы являются синхронными двигателями

облегченной конструкции без нагрузки на валу. Они могут работать в

режиме как генерации реактивной мощности (при перевозбуждении

компенсатора), так и ее потребления (при недовозбуждении). Изме-

нение генерируемой или потребляемой реактивной мощности ком-

пенсатора осуществляют регулированием его возбуждения. В на-

стоящее время отечественная промышленность изготовляет синхрон-

ные компенсаторы мощностью от 5 до 160 MB А.Достоинствами

синхронных компенсаторов как источников реактивной мощности

являются: положительный регулирующий эффект, который заключа-

ется в том, что при уменьшении напряжения в сети генерируемая

мощность компенсатора увеличивается; возможность плавного и ав-

томатического регулирования генерируемой реактивной мощности;

достаточная термическая и электродинамическая стойкость обмоток

компенсаторов во время КЗ; возможность восстановления повреж-

денных сихронных компенсаторов путем проведения ремонтных ра-

бот.

К недостаткам синхронных компенсаторов следует отнести удо-

рожание и усложнение эксплуатации (сравнивая, например, с конден-

саторными батареями) и значительный шум во время работы. Потери

активной мощности в синхронных компенсаторах при их полной за-

грузке довольно значительны и в зависимости от номинальной мощ-

ности находятся в пределах от 0,011 до 0,03 кВт/квар (рисунок 6).

Удельная стоимость синхронных компенсаторов и потери активной

мощности значительно увеличиваются при уменьшении их номи-

нальной мощности, например, у синхронных компенсаторов мощно-

стью 7,5 Мвар удельная стоимость, включая все расходы на установ-

ку, составляет 12,5, а у компенсаторов 75 Мвар для наружной уста-

новки 7,5 руб/квар.

При оценке технико-экономических показателей синхронных

компенсаторов, следует учитывать, что в их комплект входят релей-

ная защита, АРВ, системы пуска и управления, устройства противо-

аварийной автоматики, а также соответствующие коммутационные

аппараты. Наличие на синхронных компенсаторах вращающихся

элементов, контактных соединений (реостат, коллектор и контактные

кольца) требует затрат на их текущий ремонт и обслуживание. Стои-

мость этих устройств практически не зависит от номинальной мощ-

ности синхронного компенсатора.

Решение о принятии варианта компенсации с применением син-

хронного компенсатора следует сопоставить с вариантом автоматиче-

ски регулируемых батарей конденсаторов. В отдельных случаях при-

менение синхронных компенсаторов может оказаться целесообраз-

ным на крупных подстанциях районного значения при больших мощ-

ностях необходимых компенсирующих устройств.

Затраты на генерацию реактивной мощности синхронным ком-

пенсатором:

,2,1,

QКQКЗ

кскcxc

где

генерируемая реактивная мощность, мвар;

...,1

номxxустсумкс

QPcСkК

удельные затраты на 1 мвар

генерируемой мощности, руб/мвар;

.,2

номкккс

QPcК

удельные затраты на 1мвар

генерируемой

мощности, руб/мвар

;

.сум

общие отчисления от капиталовложений, определяемые

суммой нормального коэффициента экономической эф-

фективности

нэ

, коэффициента амортизационных от-

числений

и расходов на обслуживание

оп

;

.уст

стоимость установки компенсатора, руб;

удельная стоимость потерь ХХ и КЗ соответственно,

руб/кВт;

номинальные потери ХХ и КЗ, кВт;

.ном

номинальная мощность компенсатора, Мвар.

Рисунок 6 Зависимость потерь активной мощности в синхронных

компенсаторах от номинальной мощности

Высокая удельная стоимость синхронных компенсаторов не-

больших мощностей и большие потери активной мощности в них

обусловливают применение синхронных компенсаторов лишь значи-

тельных мощностей на крупных подстанциях.

Синхронные двигатели в основном изготавливают с коэффи-

циентом мощности 0,9 при опережающем токе. Они являются эффек-

тивным средством компенсации реактивной мощности. Наибольший

верхний предел возбуждения синхронного двигателя определяется

допустимой температурой обмотки ротора с выдержкой, достаточной

для форсировки возбуждения при кратковременных снижениях на-

пряжения. Максимальную генерируемую реактивную мощность оп-

ределяют по выражению:

.....

номном

мрпдс

tqP

КQ

где

.ном

номинальная активная мощность двигателя;

... мpn

коэффициент перегрузки по реактивной мощности.

СДН 15 39 6, 1600 кВт: 1

.отн

= 0,95; 2

.отн

= 1,05;

СДН 20 31 60, 1600 кВт: 3

.отн

= 0,95; 4

.отн

= 1,1;

СДН 16 104 6, 6300 кВт; 5

.отн

= 0,95; 6

.отн

= 1,05.

Рисунок 7 Изменение коэффициента перегрузки по реактивной

мощности синхронных двигателей в зависимости от

коэффициента загрузки при различных значениях

напряжения

Величина

max..дс

зависит от загрузки двигателя активной мощ-

ностью

, подводимого напряжения

и технических данных дви-

гателя. На рисунках 7 и 8 представлены зависимости коэффициента

перегрузки по реактивной мощности для синхронных двигателей

СДН 15 39 6, СДН 20 31 60 и СДН 16 104 6 от коэффициента

загрузки

и относительного напряжения на зажимах двигате-

ля

номотн

UUU

. Из приведенных кривых видно, что напряжение на

зажимах двигателя существенно влияет на

... мрп

Например, при ко-

эффициенте загрузки двигателя

=0,7 отклонение напряжения в

пределах ± 5 %

.ном

приводит к изменению

max..дс

до 40 45%. Из-

менение коэффициента загрузки двигателя

оказывает особенно

большое влияние на величину

max..дс

в диапазоне

1,18,0

. При

дальнейшем снижении коэффициента загрузки эффект указанного

влияния снижается.

Основным критерием для выбора рационального режима возбу-

ждения синхронного двигателя являются дополнительные потери ак-

тивной мощности на генерацию реактивной мощности:

..2

..1

ном

дс

ном

дс

где

..2 , ..1 дсдс

расчетные величины, зависящие от параметров дви-

гателя, кВт.

1 СДН 20 31 60, 1600кВт;

2 СДН 15 39 6, 1600кВт;

3 СДН 16 104 6, 6300кВт.

Рисунок 8 Изменение коэффициента перегрузки по реактивной

мощности синхронных двигателей в зависимости от

напряжения при коэффициенте загрузки

:7.0

Потери активной мощности на генерацию реактивной мощности

синхронным двигателем существенно зависят от номинальной мощ-

ности и частоты вращения двигателя. Например, для двигателей СДН

напряжением 6 кВ потери при их номинальной загрузке находятся в

пределах от 0,009 до 0,054 кВт/квар, чем ниже значение номинальной

мощности и частоты вращения синхронного двигателя, тем значи-

тельно выше потери в двигателе на генерацию реактивной мощности.

Конденсаторы специальные емкости, предназначенные для

выработки реактивной мощности. По своему действию они эквива-

лентны перевозбужденному синхронному компенсатору и могут ра-

ботать лишь как генераторы реактивной мощности. Конденсаторы из-

готовляют на номинальные напряжения 660 В и ниже, мощностью

12,5 50 квар в трех-и однофазном исполнениях, а на 1050 В и выше

мощностью 25 100 квар в однофазном исполнении. Из таких эле-

ментов собирают батареи конденсаторов требуемой мощности. Схема

батареи конденсаторов определяется техническими данными конден-

саторов и режимом работы в системе электроснабжения.

Конденсаторы по сравнению с другими источниками реактив-

ной мощности обладают малыми потерями активной мощности

(0,0025 0,005 кВт/квар), простотой эксплуатации (ввиду отсутствия

вращающихся и трущихся частей), простотой производства монтаж-

ных работ (малой массой, отсутствием фундаментов), возможностью

использования для установки конденсаторов любого сухого помеще-

ния.

К недостаткам конденсаторов относят зависимость генерируе-

мой реактивной мощности от напряжения:

....

номотнкботн

QUUQ

где

.отн

относительное напряжение сети в месте присоединения;

... отнкб

отношение номинального напряжения конденсаторов к

номинальному напряжению сети; чувствительность к искажениям,

питающего напряжения; недостаточную прочность, особенно при КЗ

и перенапряжениях.

Для покрытия реактивной мощности косинусными конденсато-

рами в сетях горных предприятий получили распространение центра-

лизованная, групповая, и индивидуальная виды компенсации (рису-

нок 9).При централизованной компенсации на стороне высшего на-

пряжения (рисунок 10а), когда конденсаторная установка подсоеди-

няется к шинам 6/10 кВ трансформаторной подстанции, получается

хорошее использование конденсаторов, их требуется меньше и стои-

мость 1квар получается минимальной по сравнению с другими спо-

собами. При компенсации по этой схеме загружаются от реактивной

мощности только расположенные выше звенья энергосистемы: пи-

тающие сети 6/10 кВ, трансформаторы главных подстанций 110/6 кВ,

питающие линии электропередачи 110 кВ и генераторы электриче-

ских станций. Распределительные же сети питающих трансформато-

ров не загружаются, а, следовательно, потери электроэнергии в них

не уменьшаются и мощности трансформаторов на подстанции не мо-

гут быть уменьшены.

Рисунок 9 Способы компенсации реактивной мощности в сетях

промышленных предприятий

При централизованной компенсации на стороне низшего напря-

жения (рисунок 10б), когда конденсаторная установка подсоединяет-

ся к шинам 0,66 кВ трансформаторной подстанции, от реактивной

мощности разгружаются не только сети 6/10 кВ, но и трансформато-

ры на подстанции, а внутризаводские распределительные сети

660/1140В остаются неразгруженными. При групповой компенсации

(рисунок 9в), когда конденсаторные установки устанавливаются на

штреках и подсоединяются непосредственно к участковым распреде-

лительным пунктам (РП) 0,66 кВ, разгружаются от реактивной мощ-

ности и трансформаторы на подстанции, и питательные сети 0,66кВ.

Неразгруженными остаются только распределительные сети к от-

дельным электроприемникам.

В целях равномерного распределения компенсирующих ус-

ройств целесообразно подключать конденсаторную установку к ши-

нам РП таким образом, чтобы реактивная нагрузка этого РП состав-

ляла более половины мощности подключаемой конденсаторной уста-

новки.

При индивидуальной компенсации (рисунок 9г), когда конден-

саторная установка подключается непосредственно к зажимам по-

требляющего реактивную мощность электроприемника, такой способ

является наиболее эффективным в отношении разгрузки от реактив-

ной мощности питательной и распределительной сетей трансформа-

торов и сетей высшего напряжения, но при этомполучается относи-

тельно недостаточное использование кондесаторных установок, так

как при отключении электроприемника отключается и его конденса-

торная установка. В целом по всей шахте потребуется большая уста-

новленная мощность конденсаторов. Индивидуальная компенсация

целесообразна при высоком коэффициенте одновременности для не-

которых видов электроприемников, являющихся постоянными по-

требителями реактивной мощности.

Преимуществом индивидуальной компенсации является и то,

что для конденсаторной установки используется то же пусковое уст-

ройство, что и для электроприемника, а разрядным сопротивлением

служит электроприемник. Возможны также варианты комбинирован-

ного размещения конденсаторных установок. Все рассмотренные

выше способы компенсации имеют положительные стороны, благо-

даря чему каждый из них находит свое применение.

Определение наивыгоднейших решений выбора способа ком-

пенсации реактивной мощности производится на основании технико-

экономических расчетов, тщательных исследований производствен-

ных условий, факторов конструктивного характера и т.д. При выборе

места размещения конденсаторной установки в распределительной

сети необходимо учитывать ее влияние на режим напряжения и вели-

чину потерь энергии в сети.

Как правило, компенсация реактивной мощности должна произ-

водиться в той же сети (на том же напряжении), где она потребляется,

при этом будут минимальные потери энергии, а следовательно, и

меньшие мощности трансформаторов. Но могут быть и исключения.

Например, на предприятии установлено большое количество двигате-

лей напряжением 0,66 кВ с коэффициентом мощности 0,4 0,6. Для

решения этого вопроса можно принять индивидуальную компенса-

цию, т.е. установку конденсаторов около каждого двигателя. Однако

с учетом технологии данного производства эти двигатели работают в

течении смены с большими перерывами и изменяющейся нагрузкой.

Таким образом, установка индивидуальной компенсации будет эко-

номически невыгодна из-за недоиспользования большой установлен-

ной мощности конденсаторов, а если учесть, что нельзя установить

конденсаторы внутри шахты из-за наличия газа и пыли и недостаточ-

ной вентиляции, то следует проверить возможность групповой ком-

пенсации на напряжении 660/1140 В.

Но для групповой компенсации необходимо место внутри

ПУПП для размещения конденсаторной установки, а его может не

оказаться. Следовательно, осуществить компенсацию реактивной

мощности в той же сети 660 В, где она потребляется, в данном случае

не представилось возможным.

При анализе участковой сети напряжением 660 В на данном

предприятии, а также в связи с неэкономичным использованием кон-

денсаторных установок у мало загруженных двигателей и наличием

места в распределительном устройстве (РУ) 6 кВ подстанции для ус-

тановки конденсаторов напряжением 6 кВ, наиболее приемлемым и

экономически оправданным оказался централизованный способ ком-

пенсации реактивной мощности на шинах 6 кВ ЦПП.

Во избежание существенного возрастания затрат на отключаю-

щую, измерительную и другую аппаратуру не рекомендуется уста-

новка батарей конденсаторов 3 10 кВ мощностью менее 400 квар

при присоединении конденсаторов с помощью отдельного выключа-

теля (рисунок 10а) и менее 100 квар при присоединении конденсато-

ров через общий выключатель с силовым трансформатором, асин-

хронным двигателем и другими приемниками (рисунок 106). При от-

ключении конденсаторов необходимо, чтобы запасенная в них энер-

гия разряжалась автоматически на постоянно включенное активное

сопротивление (например, трансформатор напряжения). Значение со-

противления должно быть таким, чтобы при отключении конденсато-

ров не возникало перенапряжение на их зажимах.