УСТРОЙСТВО ПОПЕРЕЧНОЙ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электроэнергетике, в частности к устройствам поперечной компенсации реактивной мощности и получению дополнительной полезной энергии от колебательного контура между трансформатором-компенсатором и статическим конденсатором.
На сегодняшний день нашли широкое применение коммутируемые конденсаторные установки для поперечной компенсации реактивной мощности и конденсаторные установки с непрерывным управлением. Емкостная мощность линий передачи или кабельной сети частично компенсируется параллельным шунтом из подключенных к линии реакторов, индуктивные нагрузки компенсируются шунтирующими конденсаторами. Линейные реакторы постоянно подключены к линиям передачи, чтобы обеспечить постоянную компенсацию в широком рабочем диапазоне. Шунтирующие конденсаторы обычно разделены на ступени для компенсации промежуточных нагрузок. Непрерывное управление реактивной мощностью ранее было возможно только с помощью регулирования возбуждения генераторов или специальных синхронных конденсаторных установок.
В сравнении с синхронными компенсаторами, трансформатор-компенсатор: имеет низкую цену в производстве и обслуживании; имеет возможность регулировки реактивной мощности пофазно; синхронный компенсатор, также может работать в режиме генерации, но при этом энергия будет поступать в сеть, к которой он подключен, предполагаемая установка может подключиться на любое напряжение.
В сравнении с конденсаторной установкой регулируемой коммутационными аппаратами, трансформатор-компенсатор имеет плавную регулировку реактивной мощности и дополнительную генерацию полезной энергии; отсутствует коммутационное перенапряжение.
Известно Устройство регулируемой однофазной поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока (патент на полезную модель RU 127540, МПК H02J 3/18, Опубл.: 27.04.2013 Бюл. №12), содержащее главный выключатель с приводом и с последовательно соединенной конденсаторной батареей, а между ней и рельсом подключены параллельно соединенные цепи с реактором и резистором, в каждой из которых установлены индивидуальные управляемые быстродействующие ключи, кнопки Вкл и Откл, отличающееся тем, что для синхронизированного включения управляемых индивидуальных быстродействующих ключей резистора и реактора введены датчик тока в цепи резистора, элемент ИЛИ, первый, второй и третий RS-триггеры, ограничитель длительности входного сигнала, первый, второй и третий усилители, первый и второй двухвходовые логические элементы И, первый и второй счетчики импульсов с обнуляющими и счетными входами, датчик прохождения тока через нуль и токовое реле. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности регулировки реактивной мощности пофазно, а лишь синхронизировано.
Из уровня техники известно Устройство для компенсации реактивной мощности (патент на полезную модель RU 157 694, МПК H02J 3/18, Опубл.: 10.12.2015 Бюл. №34), содержащее последовательно соединенные базовые модули, каждый из которых связан с модулем управления, и состоит из конденсаторной группы и силовой полупроводниковой схемы, имеющей силовые переключаемые полупроводниковые компоненты, и выполненной с возможностью регулирования емкостей конденсаторной группы за счет периодического подключения их к электрической сети. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности регулировки реактивной мощности пофазно. Недостатком известного устройства является низкие точность и надежность системы управления.
Из уровня техники известно Регулируемое устройство поперечной компенсации реактивной мощности для сетей 0,4 кв (патент на изобретение RU 2 197 052, МПК H02J 3/18, Опубл.: 20.01.2003 Бюл. №2), представляющее собой устройство, которое разбивается на две однофазные батареи, каждая из которых дополнительно секционируется особым образом, и для равномерного распределения мощности этих однофазных батарей по фазам питающей сети в схему вводится специальный дроссель, обеспечивающий угол сдвига 90° между напряжениями батарей. Недостатком известного устройства является низкие надежность системы управления.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели можно отнести Устройство компенсации реактивной мощности (патент на полезную модель RU 55 223, МПК H02J 3/18, Опубл.: 27.07.2006, Бюл. №21), содержащее синхронный компенсатор, возбудитель синхронного компенсатора, блок автоматического регулирования возбуждения синхронного компенсатора, датчик режимных параметров статорной цепи синхронного компенсатора, подключенный своими выходами к информационным входам блока автоматического регулирования возбуждения синхронного компенсатора, асинхронный электродвигатель, кинематически связанный с валом синхронного компенсатора и снабженный управляющей обмоткой, подключенной через коммутатор к пусковому реостату, отличающееся тем, что введены возбудитель асинхронного электродвигателя, питающий его управляющую обмотку, блок автоматического регулирования возбуждения асинхронного электродвигателя и датчики углового положения ротора и режимных параметров статорной цепи асинхронного электродвигателя, выходы которых подключены к информационным входам блока автоматического регулирования возбуждения асинхронного электродвигателя.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности поперечной компенсации реактивной мощности и отсутствие получения дополнительной полезной энергии.
Технический результат направлен на устранение данных недостатков.
Поставленная задача решается созданием Устройства поперечной компенсации реактивной мощности, состоящего из статичных косинусных конденсаторов и трансформатора-компенсатора. Уменьшение в сети потребителя индуктивной нагрузки увеличивает емкостную составляющую реактивной энергии конденсаторов, которая возвращается к генератору, загружая питающую сеть.
При включении в схему трансформатора-компенсатора лишняя емкостная нагрузка косинусных компенсаторов компенсируется, создается колебательный контур между косинусными конденсатором и трансформатором-компенсатором, используя дополнительную обмотку на трансформаторе-компенсаторе можно получить полезную энергию колебательного контура не нагружая питательную сеть.
Полезная мощность генерируемая колебательным контуром зависит от значения высвободившейся емкости косинусных конденсаторов и качества железа в трансформаторе-компенсаторе. В среднем полезная энергия составит до 10% от суммарной мощности колебательного контура между конденсаторами и трансформатором-компенсатором.
Однофазный трансформатор-компенсатор состоит из трехстержневого магнитопровода, первой обмотки (сетевой), подключенной к источнику генерации, второй обмотки, подключенной к потребителю (нагрузке) и третьей обмотки (вентильной), предназначенной для управления насыщения магнитопровода. При отсутствии постоянного тока подмагничивания на вентильной обмотке первичный ток сетевой обмотки равен холостому ходу. При увеличении постоянного тока на вентильной обмотке, ток сетевой обмотки возрастает до короткого замыкания, в зависимости от насыщения железа магнитопровода. На второй обмотке устанавливается напряжение, в зависимости от соотношения витков на первичной обмотке и сетевого напряжения. Нагрузка не меняется при насыщении магнитопровода, что важно при подключении к потребителям. На данной обмотке, также можно использовать дополнительную полезную энергию, полученную в результате компенсации реактивной мощности между сетевой обмоткой и конденсаторной установкой.
Подключение устройства к сети осуществляется:
- косинусный конденсатор С1 подключается параллельно к сетевой обмотке W1 трансформатора-компенсатора и в зависимости от схемы рис. 3, 4 присоединяется к питающей сети;
- для снятия полезной энергии используется вторичная обмотка W2 рис. 2.;
- регулировка трансформатора-компенсатора осуществляется с помощью подачи постоянного тока на обмотку W3 рис. 1 через тиристорные ключи, проверка состояния сети и управления тиристорными ключами с фиксацией косинуса осуществляется контролером.
В связи с тем, что идея предлагаемого устройства заключается в компенсации реактивной и получении полезной мощности, типы тиристорных ключей и контролеров, а так же их подключение в данном описании не рассматривается.
Заявляемый объект поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлен трансформатор-компенсатор, на фиг. 2 показано расположение обмоток трансформатора-компенсатора, на фиг. 3 - схема подключения к однофазной сети, на фиг. 4 - схема подключения к трехфазной сети треугольником или звездой.
п
1
1
b
2
3
1
1
1
Устройства поперечной компенсации реактивной мощности, состоящего из статичных косинусных конденсаторов С и трансформатора-компенсатора Т. Трансформатор-компенсатор T состоит из трех обмоток: обмотки, подключаемой к питающей сети W обмотки, подключаемой к нагрузке W, и обмотке W, для управления индуктивной составляющей трансформатора-конденсатора T и из трехстержневого магнитопровода: первая обмотка (сетевая) расположена на первом и третьем стержне магнитопровода и необходима для подключения к сети; вторая обмотка так же располагается на первом и третьем стержне магнитопровода и необходима для снятия полезной энергии при возникновении колебательного процесса в контуре между трансформатором-компенсатором T и косинусным конденсатором С; третья обмотка расположена на третьем стержне магнитопровода и предназначена для регулировки степени насыщения магнитопровода, позволяющая изменять индуктивность трансформатором-компенсатором IV
1
1
1
Подключение к однофазной сети предназначено для получения дополнительной энергии, повышения косинуса и удержания реактивной составляющей однофазной сети в заданном режиме с помощью насыщения железа, используя вентильную обмотку, причем косинусный конденсатор С, емкость и напряжение которого рассчитывается в зависимости от напряжения питающей сети и индуктивной составляющей подключенных потребителей, трансформатор-компенсатор T позволяет в автоматическом режиме плавно регулировать реактивную нагрузку в зависимости от установленного косинуса и вырабатывать дополнительную энергию, созданную колебательным контуром при компенсации высвободившейся емкости C.
1
2
3
1
2
3
1
Подключение к трехфазной сети треугольником или звездой предназначена для получения дополнительной энергии, повышения косинуса и удержания реактивной составляющей трехфазной сети в заданном режиме с помощью насыщения железа, используя вентильную обмотку, где косинусные конденсаторы С, С, С, емкость и напряжение которых рассчитывается в зависимости от напряжения питающей сети и индуктивной составляющей подключенных потребителей, а трансформаторы-конденсаторы Т, Т, Т, позволяющие в автоматическом режиме плавно регулировать реактивную нагрузку, в зависимости от установленного косинуса и вырабатывать дополнительную энергию, созданную колебательным контуром при компенсации высвободившейся емкости С.
Уменьшение в сети потребителя индуктивной нагрузки увеличивает емкостную составляющую реактивной энергии конденсаторов, которая возвращается к генератору, загружая питающую сеть.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ
1. Расчет потерь на ВЛ-35 В. Стеблиевская-Ахтанизовская-Голубицкая с проводом марки АС-150 с учетом изменений реактивной нагрузки
Достаточную точность расчета для данной ВЛ обеспечивает метод "прямого счета".
где Iск - среднеквадратичный ток, который, проходя по линии за время Δt, вызывает те же потери мощности и электроэнергии, что и Δt, действительный изменяющийся ток за это же время, А
R - активное сопротивление участка ВЛ, Ом
Δt - промежуток времени за расчетный период, ч
Ток Iск рассчитывается в свою очередь по формуле:
где Кф - коэффициент формы графика, принимаем равным 1,1
W - расход активной энергии, кВтч
Т - время расхода активной энергии, ч
U - напряжение в сети, кВ
UcosfcpB - средневзвешенный коэффициент мощности, принимаем равным 0,92 и 0,72
Сопротивление ВЛR рассчитываем по формуле:
где g - удельное сопротивление, Ом/км
1 - протяженность ВЛ, км
Расчет произведем по статистическим данным 2016 г, выбирая промежуток времени, равный 1 год.
0
92
2
3
ΔW,=3*189*0,21*95*10*8760≈18728020 кВтч;
2
-3
ΔW 0,72=3*241,5*0,21*95*10*8760≈30577539 кВтч;
Снижение потерь при уменьшении реактивной нагрузки
jΔW 0,72-0,92 = ΔW0,72-ΔW0,92 = 11849519 кВтч
При среднеотпускном тарифе эл. энергии по Славянским электрическим сетям
F = 2,11 руб/кВтч, годовой экономический эффект получаем:
при уменьшении реактивной нагрузки:
1
В= jΔW 0,72-0,92 F = 25094,9 т. руб
Снижение потерь на собственные нужды в год составит:
ΔWc.н. = P*T = 5*8760 = 43800 кВтч.
2
Экономический эффект на собственные нужды В = 92,4 т. руб.
Годовой экономический эффект В = 25094,9 т. руб.
Полученные расчеты сводим в таблицу №1
2. Расчет затрат на установку компенсатора
Суммарные затраты на установку компенсатора (С) состоят из затрат на приобретение материалов (См), транспортных расходов (Стр) и стоимости производства монтажных работ (Ср).
Затраты на приобретение оборудование сведены в таблицу 2.
Транспортные расходы в среднем составляют 5% от стоимости материалов.
Стр = 0,05 См = 525 т. руб
Согласно запроса в ПЭО ПАО "Кубаньэнерго" полная стоимость производства работ равна:
Ср = 10500*0,3 = 3150 т. руб.
По формуле (4) рассчитываем полные затраты на установку компенсатора.
Результаты расчетов сводим в таблицу 3.
3. Затраты на эксплуатацию регулируемого компенсатора реактивной энергии можно прировнять на затраты по эксплуатации силового трансформатора
Сэкс = 120 т. руб.
4. Технико-экономическое обоснование.
Компенсация реактивной энергии в центрах питания обеспечивает допустимые отклонения напряжения у потребителей, присоединенных к сети 10 кВ, снижение загруженности трансформаторов реактивной энергией и уменьшении потерь по питающим ВЛ.
Рассчитаем экономический эффект от внедрения данного оборудования.
Период окупаемости
Суммарная прибыль
где t=1, 2, 3, … m - число временных интервалов жизненного цикла проекта принимаем m=12 лет
Рентабельность
где t = 1, 2 … Т - год выхода проекта на полную мощность, принимаем равную 1 год.
Для этих расчетов определяем С по формуле:
С = Сз + Сэкс(t)
Используя формулы 8, 9, 10 рассчитываем экономические показатели. Полученные расчеты сводим в таблицу 4.
Таким образом, заявляемая полезная модель имеет низкую себестоимость производства и обслуживания, небольшой срок окупаемости комплектующих.
Заявляемая полезная модель имеет возможность регулировки реактивной мощности пофазно, а использование синхронного компенсатора, способного работать в режиме генерации, направляющего поступление энергии в сеть, к которой он подключен, причем предполагаемая установка может подключиться на любое напряжение, что способствует получению поперечной компенсации реактивной мощности и дополнительной полезной энергии.