При выборе и размещении средств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий различают две группы электросетей в зависимости от состава их нагрузок:
первая группа — сети общего назначения, сети с режимом прямой последовательности основной частоты 50 Гц,
вторая группа — сети со специфическими нелинейными, несимметричными и резкопеременными нагрузками.
Решение задачи компенсации реактивной мощности для второй группы имеет ряд особенностей, в том числе необходимость обеспечения показателей качества электроэнергии у электроприемников с требуемым быстродействием.
При проектировании сначала вычисляются наибольшие суммарные расчетные активные и реактивные мощности предприятия Ррасч и Qрасч, которые обуславливают естественный коэффициент мощности.
Для определения мощности компенсирующих устройств пользуются не расчетной мощностью Qрасч, а меньшим значением Qмах, учитывая несовпадение по времени наибольшей активной нагрузки энергосистемы и наибольшей реактивной мощности промышленного предприятия. Это несовпадение учитывают коэффициентом kмах, значения которого в зависимости от того, к какой отрасли промышленности относится предприятие, лежат в пределах от 0,75 до 0,95. Тогда Qмах = kмах∙Qрасч
Значения наибольшей активной нагрузки Ррасч и суммарной реактивной Qmax сообщаются в энергосистему для определения значения экономически оптимальной реактивной мощности, которую энергосистема может передать предприятию в режимах наибольшей и наименьшей активной нагрузки энергосистемы, соответственно Qэ1 и Qэ2.
По мощности Qэl определяется суммарная мощность компенсирующих устройств Qку=Qmaх-Qэ1, а по мощности Qэ2 - регулируемая часть компенсирующих устройств Qкурег=Qэ1-Qэ2
|
|
Устанавливаемые на шинах низкого напряжения главных понизительных подстанций (ГПП) предприятия компенсирующие устройства не только обеспечивают поддержание коэффициента мощности системы cos φсист, но и уменьшают мощность силовых трансформаторов ГПП Sтр:
Такими компенсирующими устройствами могут быть синхронные компенсаторы, конденсаторные батареи и синхронные двигатели.
Синхронные компенсаторы (рис. 1.) устанавливаются только на ГПП крупных промышленных предприятий по согласованию с питающей энергосистемой, при этом синхронные компенсаторы находятся на балансе у энергосистемы и используются при необходимости (например, при системных авариях) как резервный источник реактивной мощности. Поэтому установка их в сетях первой группы ограничена.
Синхронные двигатели высокого напряжения (двигатели компрессорных, насосных станций и т.п.) учитываются в общем балансе реактивной мощности предприятия, но, как правило, их реактивной мощности бывает недостаточно, и тогда недостающую реактивную мощность восполняют за счет батарей конденсаторов.
Рис.1. Синхронные компенсаторы
Баланс реактивной мощности в узле 6-10 кВ промышленного предприятия можно записать в виде следующего соотношения:
Qвн + Qтп + ΔQ - Qсд - Qкб - Qэ1 = 0,
где Qвн - расчетная реактивная нагрузка приемников высокого напряжения (ВН) 6-10 кВ,
Qтп - нескомпенсированная мощность нагрузки Qн сети до 1 кВ, питаемой через трансформаторы цеховых трансформаторных подстанций (ТП),
|
|
ΔQ — потери реактивной мощности в сети 6 - 10 кВ, особенно в трансформаторах ГПП.
Использование конденсаторов на напряжение 6 - 10 кВ снижает затраты на компенсацию реактивной мощности, так как конденсаторы низкого напряжения обычно более дорогие (на 1 кВАр мощности).
В сетях низкого напряжения (до 1 кВ) промышленных предприятий, к которым подключается большая часть приемников электроэнергии, потребляющих реактивную мощность, коэффициент мощности нагрузки лежит в пределах 0,7 — 0,8. Эти сети электрически более удалены от источников питания энергосистемы или местной тепловой электроцентрали (ТЭЦ). Поэтому для снижения затрат на передачу реактивной мощности компенсирующие устройства располагают непосредственно в сети до 1 кВ.
Рис. 2. Компенсаторный блок, установленный на подстанции
На предприятиях со специфическими нагрузками (ударными, резкопеременными) кроме выше указанных устройств компенсации в сетях второй группы применяют фильтрокомпенсирующие, симметрирующие и фильтросимметрирующие устройства. В последнее время вместо вращающихся компенсаторов находят все более широкое применение статические компенсаторы реактивной мощности (СТК), которые наряду с улучшением коэффициента мощности позволяют стабилизировать питающее напряжение.
Рис. 3. Размещение компенсирующих устройств в сетях электроснабжения промышленного предприятия: ГПП — главная понизительная подстанция предприятия, СК — синхронный компенсатор, АВР — устройство автоматического ввода резерва, КУ1 — КБ для централизованной компенсации реактивной мощности, КУ2 — КБ для групповой компенсации реактивной мощности, КУ3 — КБ для индивидуальной компенсации реактивной мощности, ТП1—ТП9 — цеховые трансформаторные подстанции, СД — синхронные двигатели, АД — асинхронные двигатели
|
|
В цеховых сетях большинства предприятий для регулирования реактивной мощности используются батареи статических конденсаторов. При этом осуществляется централизованная (КУ1), групповая (КУ2) или индивидуальная (КУ3) компенсация реактивной мощности.
Таким образом, источники реактивной мощности в системе электроснабжения промышленного предприятия, используемые для компенсации реактивной мощности, могут быть расположены так, как это показано на рис. 3.
Контрольные вопросы
1. Как классифицируются электрические сети в зависимости от типа нагрузки?
2. Какие типы компенсирующих устройств вы знаете?
3. Какое основное достоинство статических компенсаторов?