СРО 3 Нураев 20-11

Представим пример схемы электроснабжения промышленного предприятия со схемой замещения и векторными 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.

Схема, поясняющая принцип и необходимость компенсации реактивной мощности: а — схема 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

Для компенсации РМ мощности, потребляемой электроустановками промышленного предприятия, используют
генераторы электростанций,
синхронные двигатели (СД),
а также дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства
синхронные компенсаторы (СК),
батареи конденсаторов (БК),
специальные статические источники реактивной мощности (ИРМ).

СК являются синхронными двигателями (СД)
облегченной конструкции без нагрузки на валу. 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.

Достоинствами СК как ИРМ
являются:
положительный регулирующий
эффект, заключающийся в том, что 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.

В качестве доп. ИРМ для
обеспечения ЭП пром.пред. сверх
того 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»

Регулирование м. б. одно- или многоступенчатым.
При одноступенчатом регулировании автом. включается 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

Во избежание существенного возрастания затрат на отключающую, измер.
и др.аппаратуру не 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

СТК
Элементами СТК являются :
конденсатор
и реактор — накопители
электромагнитной энергии
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 могут работать по принципу компенсации
прямой - предусматривает
генерирование РМ 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)

Схема стабилизатора РМ с синхронизированными тиристорными ключами
В качестве ИРМ при 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.
-

Баланс реактивной мощности в узле 6-10 кВ
Использование конденсаторов на
напряжение 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.

Размещение КУ в СЭС промышленного предприятия: ГПП — главная понизительная подстанция
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

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ КУ
При проектировании определяют
наибольшие суммарные расчетные активную Рм
и 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.

Расчет требуемой мощности установки компенсации QКУдоп при известном cosφ или tgφ 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.

В общем случае определение
мощности КУ – это оптимизационная задача; целью 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.

К определению минимума суммарных
затрат на компенсацию

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ В СЕТЯХ
С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ
БК допускается применять так 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

При коэффициенте
Кнс > 5 %
рекомендуется применять силовые фильтры высших гармоник
Рис. СЭС с КБ и фильтрами высших гармоник:
Sк1> Sк2 — мощность КЗ на шинах 1 и 2;
Т— силовой трансформатор;
Sпр — мощность преобразователя