Определение системы компенсации реактивной мощности

стики коротких замыканий в энергосистемах / Электрические станции. 1999. № 8. С. 15-23.

T.A. Koloskov

DEFINING THE PARAMETERS OF RELAYING ELECTRICAL NETWORK TO IMPROVE THE RELIABILITY OF THEIR WORK

А range of systems redundancy schemes based on the RPA theory of reliability for the equipment of electric substations and networks with a voltage 0,4-750 kV, which improves the reliability of relay protection. Improving the methods and means of calculating the hardware reliability of relay protection of electric power systems is developed.

Key words: relay protection, relay protection system reliability, design, cabinets protection.

Получено: 24.12.11

УДК 621.311

Н.А. Жирнов, магистр,

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Рассмотрена возможность использования конденсаторных установок в сетях предприятий для компенсации реактивной мощности. Обоснована эффективность применения управляемых реакторов совместно с батареями конденсаторов.

Ключевые слова: реактивная мощность, компенсация реактивной мощности, конденсаторная установка, управляемый реактор, устройство компенсации.

Проблема компенсации реактивной мощности возникла одновременно с практическим использованием переменного тока, поскольку передача необходимой для работы электроустановок реактивной мощности является одной из основных составляющих технологических потерь электроэнергии в сетях электроснабжения. Значительная часть потерь активной энергии обусловлена сетевыми перетоками реактивной мощности, а их снижения можно достигнуть за счет увеличения степени компенсации реактивной мощности.

Рациональная (оптимальная) компенсация реактивной мощности в электросетях предприятий охватывает комплекс вопросов, направленных на повышение экономичности работы электроустановок и включает в себя методы выбора и расчета компенсирующих устройств; места их установки; рациональной и безопасной эксплуатации; защиты от аварийных режимов; автоматического регулирования реактивной мощности в сети. Поэтому обеспечение норм качества и снижение потерь электроэнергии в значитель-

236

ной степени определяется наличием и конструктивным построением устройств компенсации реактивной мощности.

Известно, что большинство электроприемников, а также устройств преобразования электроэнергии в силу своих физических свойств требуют для работы реактивной энергии (необходимой для создания переменного электромагнитного поля).

Несмотря на то, что на выработку реактивной мощности активная мощность, а следовательно и топливо, непосредственно не расходуется, ее передача по сети вызывает затраты активной энергии, которые покрываются активной энергией генераторов (за счет дополнительного расхода топлива).

Величина данных потерь может быть представлена следующим образом:

Q 2

и2

где т - временная характеристика графика передачи реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности применяется для нескольких целей. Во-первых, она необходима для соблюдения условия баланса реактивной мощности узлов нагрузки. Во-вторых, устройства компенсации реактивной мощности применяются с целью снижения потерь. В-третьих, устройства компенсации могут быть использованы при регулировке напряжения и улучшения норм качества электроэнергии.

Условием нормального режима работы и обеспечения норм качества электроэнергии для любой электрической сети является соблюдение в ней баланса полной мощности (равенство производимой и потребляемой электроэнергии).

Нарушение баланса реактивной мощности приведет к изменению уровня напряжения в сети. Если генерируемая реактивная мощность больше потребляемой, то напряжение повышается, а при дефиците реактивной мощности - снижается. Однако в отличие от активной недостающую реактивную мощность целесообразно не передавать из соседних энергосистем, а генерировать с помощью устройств компенсации, установленных непосредственно в данной энергосистеме.

Отмечено, что без устройств компенсации, устанавливаемых в сетях энергосистем, режим баланса реактивной мощности при допустимых уровнях напряжений в узлах нагрузки неосуществим [1].

Установка в сетях предприятий устройств компенсации предназначена для обеспечения оптимального баланса реактивной мощности, запаса устойчивости в узлах нагрузки, регулирования напряжения, уменьшения несинусоидальности напряжения. Для этого могут использоваться синхронные компенсаторы и электродвигатели, конденсаторные установки и устройства компенсации, содержащие индуктивность и емкость [2].

Синхронные компенсаторы могут работать в режиме генерирования и потребления реактивной мощности. Синхронные электродвигатели в режиме перевозбуждения также способны генерировать реактивную мощность.

Как показывают исследования, использование для компенсации реактивной мощности низковольтных синхронных двигателей любой мощности, а также высоковольтных синхронных двигателей мощностью до 1600 кВт является неэкономичным.

Для компенсации реактивной мощности наиболее широкое распространение в промышленных, городских электрических сетях 0,4(10)/0,4 кВ получили комплектные конденсаторные установки, которые по удельным затратам, эксплуатационным и технологическим преимуществам (небольшим потерям активной энергии, широким диапазонам номинальных мощностей, отсутствию вращающихся частей, возможности установки и подключения в любой точке сети) при присоединенной мощности потребителей до нескольких десятков мегаватт предпочтительнее электромашинных способов компенсации [2]. Современные основные комплектующие элементы конденсаторных установок - силовые (косинусные) конденсаторы, регуляторы реактивной мощности, электромагнитные и тиристорные контакторы, фильтрующие антирезонансные и разрядные дроссели.

Дискретное автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок в зависимости от изменения режима потребления реактивной мощности позволяет свести к минимуму потери электроэнергии от возможного режима недокомпенсации или перекомпенсации реактивной мощности.

К основным функциям современного регулятора реактивной мощности относятся автоматическое определение угла коррекции между фазным напряжением и током; расчет мощности компенсации и включение минимально необходимого для этого числа ступеней.

Установка комплектных конденсаторных установок с автоматическим регулятором реактивной мощности позволит оптимизировать режим компенсации в часы как максимальной, так и минимальной нагрузки.

Очевидно, что даже ступенчатая система регулирования мощности конденсаторных батарей исключает точную компенсацию индуктивной нагрузки. Применение для этих целей статических тиристорных компенсаторов позволяет решить проблему точной компенсации индуктивной нагрузки предприятия, но очень дорого и требует установки фильтров высших гармоник.

Значительно дешевле и эффективнее использование управляемого реактора параллельно конденсаторной батарее. Автоматическое управление управляемым реактором в каждой фазе по сдвигу фаз напряжения и тока в месте установки компенсирующего устройства со стороны питающей сети позволяет непрерывно обеспечивать нулевой сдвиг фаз тока и напряжения и, следовательно, обеспечивать максимальный коэффициент

мощности. Соответственно уменьшаются ток и потери мощности в питающей сети [3].

Быстродействие управляемого реактора позволяет следить не только за плавно изменяющейся нагрузкой, но и за быстропеременной. Так, например, асинхронный двигатель прокатного стана в режиме реверса потребляет в 5...7 раз больший ток, чем в нормальном режиме проката. Причем этот ток практически полностью индуктивный. Для предотвращения резких посадок напряжения во всей сети цеха (завода) при таких бросках тока устанавливается мощная конденсаторная батарея, ток через которую равен или больше броска тока при реверсе прокатного стана.

В результате сеть оказывается нечувствительной к броску тока при реверсе. Но в нормальном режиме проката емкость батареи оказывается избыточной, и сеть нагружается избыточным током конденсаторной батареи. Для компенсации этого тока может быть использован управляемый реактор:

Qs = -Qc).

В этом случае в нормальном режиме проката управляемый реактор компенсирует избыточный ток конденсаторной батареи, а в режиме реверса привода ток через управляемый реактор резко уменьшается до величины тока холостого хода. В результате индуктивная нагрузка на сеть от привода прокатного стана все время сохраняется неизменной на уровне тока реверса. Она полностью компенсирует ток конденсаторной батареи, и потребляемый из сети ток оказывается равным току нормального режима проката.

Основные технические данные реакторов приведены в таблице.

Основные технические данные реакторов

Типоисполнение Номиналь- Мощность Потери при Число Мощность Полная

реактора ное напря- при номи- номиналь- фаз двигателей масса,

жение, кВ нальном напряжении, кВА ном напряжении, кВА системы охлаждения, кВт кг

РОМ-1100/10У1 6,6 1100 20 1 — 3720

11,0

РТМ-3300/6У1 6,6 3300 35 3 — 7800

РТМ-3300/10У1 11,0 3300 35 3 — 7800

РТМ-20000/35У1 38,5 20000 120 3 — 31700

РТД-20000/3 5У1 38,5 20000 120 3 3 32000

РОДБС- 121 33333 120 1 1,5 30000

33333/110У1

Такая система регулирования позволяет значительно уменьшить сечение питающей электропроводки (как правило, кабелей) и использовать

более легкие аппараты в питающей сети (выключатели, разъединители), что позволяет получить значительную экономию от установки управляемого реактора [3].

На основе полученных мощностей электропотребления проводится расчет подлежащей компенсации реактивной мощности от фактического текущего значения (начальный коэффициент реактивной мощности tgф1) до целевого значения (конечный коэффициент реактивной мощности tgф2). Суммарная мощность компенсирующего устройства определяется следующим образом:

^У = Р(^Ф1 -

где Р - активная мощность нагрузки.

Удельная мощность компенсирующего устройства определяется по формуле

кКУ _ - > 5 уст.

где 5уст - установленная трансформаторная мощность.

На современном этапе развития отечественной электроэнергетики необходим переход к энергосберегающим технологиям и различным способам снижения потерь электроэнергии, сокращающим потребность в новых генерирующих мощностях. Одним из основных направлений снижения потерь электроэнергии и повышения эффективности работы электроустановок является компенсация реактивной мощности.

Как на стадии проектирования, так и при эксплуатации систем электроснабжения правильный выбор компенсирующих устройств позволит разгрузить распределительные линии и трансформаторы; уменьшить потери электроэнергии от перетока реактивной мощности; повысить качество электроэнергии.

Список литературы

1. Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: руководство для практических расчетов. / М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. 280с.

2. Красник В.В. Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности в электросетях предприятий. / М.: Энергоатомиздат, 1983. 136 с.

3. Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы: учеб. по-

собие. / СПб.: Центр подготовки кадров, 2005. 200с.

N.A. Zhirnov

DEVELOPMENT OF REACTIVE COMPENSATION POWER

The possibility of using capacitor banks in enterprise networks for reactive power compensation is considered. Effectiveness of the controlled reactors in conjunction with capacitor banks is justified.

Key words: reactive power, reactive power compensation, capacitor installation, controlled reactor, compensation device.

Получено: 24.12.11

УДК 621.311

Д.Е. Алексеев магистр,

НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Представлена методика расчета надежности для основных схем электроснабжения городских потребителей с учетом стратегии обслуживания элементов сети. Разработаны математические модели изменения параметра потока отказов элементов сети с частичным восстановлением ресурса с учетом ремонта в процессе эксплуатации

Ключевые слова: надежность электроснабжения, модели надёжности, проектирование, аварийность в системах электроснабжения.

Показатели надежности характеризуют такие важнейшие свойства систем, как безотказность, живучесть, отказоустойчивость, ремонтопригодность, сохраняемость, долговечность, и являются количественной оценкой их технического состояния и среды, в которой они функционируют и эксплуатируются. Оценка показателей надежности сложных технических систем на различных этапах жизненного цикла используется для выбора структуры системы из множества альтернативных вариантов, назначения гарантийных сроков эксплуатации, выбора стратегии и тактики технического обслуживания, анализа последствий отказов элементов системы.

Аналитические методы оценки показателей надежности сложных технических систем управления и принятия решения базируются на положениях теории вероятности. В силу вероятностной природы отказов оцен-

241