Выбор мощностей компенсирующих устройств

диаграммами, характеризующими:
увеличение угла сдвига фаз между током и
напряжением по всем элементам сети Z —
от генераторов электрической энергии G до
потребителей М.
Укажем возможные места включения компенсирующих устройств (синхронные компенсаторы СК, конденсатор-ные батареи).
Действительные места их расстановки определяются
технико-экономическими расчетами.

питания; б — схема замещения; в — векторные диаграммы, характеризующие угол между током и напряжением в различных точках системы электроснабжения до компенсации реактивной мощности и после; значения векторов тока и напряжения взяты условно; векторы токов до компенсации; векторы токов после компенсации

(СД),
а также дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства
синхронные компенсаторы (СК),
батареи конденсаторов (БК),
специальные статические источники реактивной мощности (ИРМ).

Они
могут работать в режиме как генерации реактивной
мощности (при перевозбуждении компенсатора), так и
ее потребления (при недовозбуждении).
Изменение генерируемой или потребляемой реактивной мощности компенсатора осуществляют
регулированием его возбуждения.
В н. вр. отечественная промышленность изготовляет синхронные компенсаторы мощностью от 5 до 160 MB*А.

при уменьшении напряжения в сети генерируемая СК мощность увеличивается;
возможность плавного и автома-тического регулирования генерируемой РМ;
достаточная терм. и эл.динам. стойкость обмоток СК во время коротких КЗ;
возможность восстановления поврежденных СК путем проведения ремонтных работ.

К недостаткам СК относятся
удорожание
и усложнение эксплуата-ции (сравнивая с КБ),
значительный шум во время работы.
Высокая стоимость, знач.
уд. потери активной мощности, сложные условия пуска ограничи-вают применение СК на пром. предприятиях.

количества, которое можно
получить от эн.системы и от СД,
имеющихся на предприятии, исполь-
зуются установки на базе КБ.
КБ включаются параллельно
(поперечная компенсация) или
последовательно нагрузке продольная компенсация).
Для компенсации РМ и регулирования
уровня напряжения применяют
параллельное включение КБ, в кот-х
конденсаторы, соединяются в «треугольник» и реже — в «звезду».

Мощность трехфазной КБ ной
установки, соединенной в «треугольник»,

в «звезду»

и отключается вся установка.
При многоступенчатом регулировании автом. переключаются отдельные секции КБ

Принципиальная схема регулируемой конденсаторной установки мощностью 112,5 квар: С — конденсатор; ВК — вакуумный контактор; АРМ — блок автоматического управления; ТТ - трансформатор тока; ТН — трансформатор напряжения

рекомендуется установка КБ 6—10 кВ Q < 400 квар при
присоединении конденсаторов с помощью отдельного выключателя (рис. а) и
Q < 100 квар при присоединении конденсаторов через общий выключатель с
силовым трансформатором, асинхронным двигателем и др. приемниками (рис. б).
При отключении конденсаторов необходимо, чтобы запасенная в них энергия
разряжалась автоматически на постоянно включенное активное сопротивление
(например, ТН). Значение сопротивления д. б. таким, чтобы при отключении
конденсаторов не возникло перенапряжение на их зажимах.

Схема включения КБ:
а — с отдельным выключателем;
б — с выключателем нагрузки;
ТН — трансформатор напряжения, используемый в качестве разрядного сопротивления для КБ;
ЛИ — сигнальные индикаторные
лампы

и вентили (тиристоры),
обеспечивающие ее быстрое
преобразование.
Группы вариантов схем:
а - мостовые ИРМ с индуктивным
накопителем L0, подключенным к сети
через выпрямительное устройство ВУ
и трансформатор Т ;
б - реакторы насыщения с нелин. ВАХLH ;
в - реакторы с линейной ВАХ Lл и последовательно включенным
тиристорным ключом Т1

Принципиальные схемы статических компенсирующих устройств. Содержат фильтры высших гармоник (генерирующая часть) LфCф и регулируемый реактор в различных исполнениях.

Достоинства СТК — высокое быстродейст-вие, надежность работы и малые потери активной мощности. Недостатком является
необходимость установки дополнительного
регулируемого реактора.

СТК
Различают ступенчатое (секции
КБ подключают с помощью
тиристорных ключей) и плавное
регулирование РМ (используют
преобразователи частоты, преоб-
разователи с искусственной
коммутацией тиристоров).
СТК с ступ. регулированием

Косвенная компенсация РМ заключается в том, что параллельно нагрузке включается стабилизатор РМ, обеспечивающий
неизменную РМ

В качестве стабилизаторов в настоящее время используются тиристорные компенсаторы РМ.

Схема фазоуправляемого тиристорного регулятора (а), кривые i(t), u(t) при угле управления α≠0 (б)

косвенной компенсации также используют стабилизаторы с синхронизи-
рованными тиристорными ключами Т1…Т3 .При изменении РМ нагрузки подключается различное количество реакторов. Для снижения тока переходного процесса вкл. и отк. реакторов производятся при α = π/2, когда проходящий ток равен нулю. В связи с этим запаздывание на включение
и отключение реакторов не превышает 10мс. Достоинством этого ИРМ является отсутствие высших гармоник в спектре тока.
-

6—10 кВ снижает затраты на компенсацию РМ, т.к.конденса-торы НН обычно более дорогие (на 1 квар мощности).
В сетях НН (до 1 кВ) промпредприя-тий, к которым подключается боль-шая часть ЭП, потребляющих РМ, 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 РМ компенсирующие устройства располагают непосред-ственно в сети до 1 кВ.
На предп. со спец.нагрузками (ударными, резкопеременными) кроме выше указан-ных КУ сетях второй группы применяют фильтрокомпенсирующие, симметри-рующие и фильтросимметрирующие устройства.

— расчетная реактивная нагрузка
приемников ВН 6 - 10 кВ;

нескомпенсированная РМ нагрузки
QH сети до 1 кВ, питаемой через цеховые ТП;

∆Q — потери РМ в сети 6—10 кВ,
особенно в трансформаторах ГПП.

предприятия; СК — синхронный компенсатор; АВР — устройство автоматического ввода резерва;
КУ1 — КБ для централизованной компенсации РМ; КУ2 — КБ для групповой компенсации РМ;
КУЗ — КБ для индивидуальной компенсации РМ;
ТП1-ТП9 — цеховые трансформаторные подстанции; СД — синхронные двигатели;
АД — асинхронные двигатели

реактивную Qм составляющие
электрических нагрузок предприятия, которые
обусловливают естественный коэффициент мощности.

Наибольшая суммарная реактивная нагрузка предприятия, принимаемая для определения мощности компенсирующих устройств, определяется по выражению
QM1 = K x QM
где К = 0,75…0,95 – коэффициент, учитывающий несовпадение во времени наибольших активной нагрузки эн.системы и РМ промпредприятия, и значения коэффициента несовпадения для всех объединенных энергосистем принимаются в зависимости от отрасли промышленности.

и требуемому cosφдоп
QКУдоп = Рн х К,
где Рн – активная мощность нагрузки, К – коэффициент при требуемом cosφдоп .
После определения требуемой мощности выбирают тип устройства:
регулируемое или нерегулируемое,
модульное или моноблочное,
с фильтрами высших гармоник либо без фильтров,
косинусные (фазовые) конденсаторы,
тиристорные установки.
Выбор конкретного устройства определяется как техническими параметрами, так и эконом. соображениями.

является задача поиска
РМ устройства, соответствующей минимуму суммарных затрат в системе электроснабжения
З = ЗП + ЗКУ

Зп — затраты, обусловленные
активными потерями от прохождения потоков активных и реактивных мощностей;
ЗКУ — затраты на КУ.

При использовании батарей
конденсаторов

Целевая функция при установке КБ на подстанции

γку — удельные затраты на КБ, руб/квар
в год;
Qку — реактивная мощность
компенсирующего устройства.

QH — реактивная мощность нагрузки подстанции;
с0 — уд.стоимость активных потерь; R — эквивалент.сопротивление сети;
Q = Qн - Qкy - РМ, протекающая в сети после установки КБ.
Взяв производную и приравняв ее нулю имеем

оптимальное значение Qоптпосле
компенсации

мощности КБ

При расчете не учтено влияние Qку и Qoпт на U, т.к. ∆U=Qp/U ≈ 0.

же, как и в сетях со спокойной нагрузкой, если выполняются
следующие условия:
для вентильных преобразо-вателей (ВП) с мощностью SВП
для других нелинейных нагрузок с суммарной мощностью SНЛ
где SK — мощность КЗ.

Если Кнс < 5 %, рекомендуется
применять в качестве устройств компенсации
КБ в комплекте с защитным реактором Р и разрядником ВР

Схема защиты КБ от высших гармоник

гармоник

Рис. СЭС с КБ и фильтрами высших гармоник:
Sк1> Sк2 — мощность КЗ на шинах 1 и 2;
Т— силовой трансформатор;
Sпр — мощность преобразователя