74346

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Доклад

Энергетика

Создаются возможности регулирования напряжения в узлах сети и на зажимах электропотребителей: Реактивная мощность передаваемая от электростанции и других центральных источников загружает все элементы электрической сети уменьшая возможность передачи активной мощности. Поэтому по экономическим соображениям потребность в реактивной мощности в большей ее части необходимо удовлетворять за счет установки местных источников реактивной мощности. В этом случае уменьшается передача реактивной мощности по участкам сетей: снижаются потери...

Русский

2014-12-31

158 KB

15 чел.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Виды и назначения устройств. Рассматриваются устройства, компенсирующие реактивную мощность: статические конденсаторные батареи, шунтирующие реакторы, статические тиристорные компенсаторы (СТК) и синхронные компенсаторы (СК), а также устройства, компенсирующие реактивные сопротивления сетей: конденсаторные установки и реакторы продольного включения.

Компенсирующие устройства (КУ) в зависимости от их типа и режима работы могут генерировать или потреблять реактивную мощность QKy, компенсируя ее дефицит или избыток в электрической сети, уменьшать или увеличивать индуктивное сопротивление. Например, включение КУ в какой-либо точке сети изменяет реактивную составляющую нагрузки. В итоге изменяется полная мощность узла нагрузки в соответствии с векторными диаграммами (рис. 4.15).

Так, в результате включения КУ, генерирующих или потребляющих реактивную мощность (например, СК или СТК), изменяется передаваемая по участкам сети реактивная мощность и, следовательно, потери напряжения

(4.44)

           4.44

создаются возможности регулирования напряжения в узлах сети и на зажимах электропотребителей:

Реактивная мощность, передаваемая от электростанции и других центральных источников, загружает все элементы электрической сети, уменьшая возможность передачи активной мощности. Поэтому по экономическим соображениям потребность в реактивной мощности (в большей ее части) необходимо удовлетворять за счет установки местных источников реактивной мощности. В этом случае уменьшается передача реактивной мощности по участкам сетей:

снижаются потери активной и реактивной мощности в них:

(4.45)

и потери электроэнергии в продольных элементах сети:

(4.46)

и создаются условия для передачи по сети больших потоков активной мощности.

Рис. 4.15. Компенсация дефицита (а) и избытка (б) реактивной мощности в узле сети

В электрических сетях с избытком реактивной мощности (активно-емкостная мощность), в частности, в узлах сетей 330 кВ и более, в периоды малых нагрузок напряжения могут превысить допустимые значения. Для удержания напряжения в допустимых пределах необходимо потребить (компенсировать) избыточную реактивную мощность (рис. 4.15, б), что может быть осуществлено с помощью реакторов поперечного включения, СТК или синхронных машин, работающих в режиме недовозбуждения.

При включении компенсирующие устройства потребляют из сети некоторую активную мощность, которая в случае приближенных расчетов не оказывает существенного влияния на результаты.

Конденсаторная батарея (КБ) — батарея статических конденсаторов — является источником реактивной мощности. Реактивная мощность, генерируемая конденсаторной батареей, квадратично зависит от напряжения:

(4.47)

где СКБ - емкость конденсаторной батареи, Ф; ω— угловая частота, рад.

Активная мощность, потребляемая КБ, пропорциональна генерации реактивной мощности:

                                           (4.48)

и зависит от качества изоляции конденсаторов, определяемого тангенсом угла диэлектрических потерь (tgδ). Величина tgδ составляет около 0,003—0,006 кВт/квар, поэтому собственное потребление (потери) активной мощности в КБ незначительны, что в итоге определяет их высокую экономичность.

Рис. 4.16. Представление конденсаторных батарей (а) и реакторов (б) поперечного включения

включения

В первом приближении КБ задают в точке ее присоединения емкостной (отрицательной) нагрузкой. Однако необходимо учитывать основной технический недостаток конденсаторов — отрицательный регулирующий эффект: значительное уменьшение генерации (выдачи) реактивной мощности КБ при снижении напряжения на ее зажимах. В результате компенсирующий эффект падает, что способствует дальнейшему снижению напряжения. Поэтому при расчете режимов работы сетей конденсаторную батарею необходимо учитывать отрицательной проводимостью (шунтом) в узле (рис. 4.16, а)

                                                                (4.49)

так как f - 50 Гц, или емкостным сопротивлением:

           

где QБ    мощность батареи при номинальном напряжении сети.

Тогда реактивная мощность, генерируемая КБ, уточняется от фактического напряжения на входе батареи:

(4.51)

С помощью конденсаторной батареи покрывается (компенсируется) часть потребности нагрузки узла в реактивной мощности, тем самым уменьшается реактивная мощность, потребляемая узлом из сети, до величины

В результате коэффициент мощности cosφ улучшается до значения cosφ' (рис. 4.15, а). В ряде случаев (в низковольтных, городских распределительных сетях и др.) экономически целесообразна полная компенсация реактивной мощности. При этом Qkб = Q и узел нагрузки потребляет из сети только активную мощность (cosφ' = 1). При Qkб>Q возникают перекомпенсация и избыток реактивной мощности, δQ выдается в питающую сеть; узел нагрузки имеет опережающий коэффициент мощности.

В нерегулируемой конденсаторной батарее (НКБ) число включенных конденсаторов (блоков) неизменно. В регулируемой конденсаторной батарее (РКБ) число включенных конденсаторов изменяется в зависимости от режима работы электрической сети автоматически или вручную.

Мощные конденсаторные установки напряжением 6 кВ и выше могут быть укомплектованы из стандартных конденсаторных блоков, мощность от 0,240 до 0,750 Мвар. Существует широкая номенклатура типовых проектов конденсаторных батарей 6-11О кВ, собираемых из указанных блоков (табл. П4.3).

Вследствие небольшой удельной стоимости (за 1 квар) и простоты обслуживания конденсаторные батареи и установки являются наиболее распространенными местными источниками реактивной мощности. Диапазон их применения весьма широк — от индивидуальной компенсации на зажимах отдельных потребителей (КБ в единицы, десятки квар) до централизованной компенсации на шинах главных понизительных подстанций энергосистем (КБ до 5—15 Мвар).

Установки продольной емкостной компенсации. Для уменьшения индуктивного сопротивления воздушных линий применяются конденсаторы последовательного включения — установки продольной компенсации (УПК). УПК включают в рассечку фаз линий (рис. 4.17, а); установки получили широкое распространение в сетях практически всех напряжений (от 0,38 до 500 кВ включительно).

При продольно-емкостной компенсации конденсаторы представляют в схеме замещения реактивным сопротивлением

                (4.52)

где со — угловая частота; Ск — емкость батареи.

Значение ХК можно вычислить также по формуле

(4.53)

 где UНОМ,QК - номинальные значения реактивной мощности и напряжения КБ

соответственно (с учетом схем соединения конденсаторов).

При включении УПК компенсируется часть индуктивного сопротивления линии X = XL — Хк, тем самым уменьшается составляющая потерь напряжения

                      (4.54)

что равносильно введению некоторой добавки напряжения ΔUK = √3IрХк. Последняя, как следует из выражения (4.54), зависит и автоматически изменяется от величины реактивной составляющей тока нагрузки. Чем она больше, тем эффективнее для улучшения режима напряжения применение УПК.

Рис. 4.17. Схема включения УПК (а) и схема замещения линии с УПК (б)

Однако применение УПК для регулирования (изменения) напряжения экономически целесообразно только в сетях 35 кВ и тгже, питающие нагрузки с относительно низким коэффициентом мощности cosφ < 0,80. В нормальном режиме через УПК течет ток Iяорм загрузки линии. В этом случае, например, при передаче проектной мощности, составляющей около 2,0 МВт по ВЛ 10 кВ протяженностью 10 км с проводом АС 50/8 и 95 % компенсации индуктивного сопротивления, минимальная добавка напряжения

                               4.55

(4.55)

составит около 5,0 %. Если реактивные нагрузки малы (tgφ близок к нулю), потеря напряжения определяется в основном активными нагрузками и сопротивлениями (составляющая ΔUa) и, значит, компенсация индуктивного сопротивления нецелесообразна.

В сетях более высоких номинальных напряжений при существенном превышении величиной X значения R УПК применяются в первую очередь для повышения их пропускной способности, статической и динамической устойчивости электроэнергетических систем.

Шунтирующий реактор (реактор поперечного включения) — это статическое электромагнитное устройство, применяемое в электроэнергетических системах для регулирования реактивной мощности, напряжения и компенсации емкостных токов на землю. Обладает преимущественно индуктивным сопротивлением. Шунтирующие реакторы изготавливаются на напряжения 35—750 кВ (табл. П4.2). Во включенном состоянии реактивная мощность, потребляемая реактором, зависит (в зоне линейности его электромагнитной характеристики) от квадрата напряжения:

(4.56)

где Вр— индуктивная проводимость реактора.

При расчете режимов для учета шунтирующего реактора вводится его индуктивная проводимость (положительный шунт)

                                  4.57

получаемая из паспортных данных реактора: номинальных значений реактивной мощности Qp и напряжения UH0M.

Для приближенных расчетов шунтирующие ректоры задают в точке их присоединения нагрузкой, равной номинальной мощности реактора (рис. 4.16, б).

Кроме шунтирующих реакторов, на подстанциях устанавливают заземляющие реакторы, предназначенные для компенсации емкостных токов замыкания на землю. В схемах замещения они учитываются шунтом (4.57).

Токоограничивающий реактор (реактор продольного включения). Если в линию или к трансформатору последовательно включить реактор (рис. 4.18), то произойдет увеличение реактивного сопротивления соответствующего участка сети. 

Рис. 4.18. Принципиальные схемы включения токоограничивающих

реакторов: в цепи отходящей линии (а), в цепи трансформатора (б),

между шин генераторного напряжения ТЭЦ (в)

Это используют для уменьшения токов коротких замыканий. Такие реакторы называют токоограиичивающими и выполняют в виде индуктивных катушек с малым активным сопротивлением.

                                     4.58

где UНОМ,SРНОМ,IНОМ-номинальные значения напряжения, тока и мощности реактора; Up — падение напряжения в реакторе в % относительно U,,OM при протекании тока1 о« (учитывая паспортные данные реактора).

Синхронный компенсатор (СК) — синхронная явно-полюсная вращающаяся (750 об/мин) машина, работающая в режиме холостого хода. СК устанавливают на крупных подстанциях специально для генерирования и потребления реактивной мощности. Управляя балансом реактивной мощности, представляется возможность стабилизировать напряжение в точке подключения СК и регулировать его в небольших пределах:                                                 (4.59)

Влияние на режим напряжения определяемое располагаемым диапазоном изменения реактивной мощности СК:

(4.60)

возрастает с увеличением этого диапазона.

Наибольшая реактивная мощность СК QМАKC, генерируемая в режиме перевозбуждения, называется его номинальной мощностью. В режиме недовозбуждения СК потребляет реактивную мощность, минимальное значение QMИH которой определяется режимным ограничением по устойчивости параллельной (синхронной) работы СК.

Поскольку СК потребляют относительно небольшую активную мощность, расходуемую на потери в статоре и роторе, и на трение в подшипниках, его схему замещения можно представить упрощенно без активного сопротивления (рис. 4.19, а). Ей соответствуют векторные диаграммы (рис. 4.19, б, в), на основании которых ток СК

                           4.61

и поскольку Рск = 0, мощность на его зажимах

                                      4.62

Отсюда следует, что значение и знак реактивной мощности СК зависят от соотношения его ЭДС ( Еч) и напряжения узла сета, где подключен СК (UC). ЭДС определяется током возбуждения СК: росту тока возбуждения соответствует увеличение Е,. Если Eq> 14 то СК генерирует в сеть реактивную мощность и потребляет из сети опережающий напряжение ток (рис. 4.19, б). При некотором сниженном значении тока возбуждения, при котором E,.UC реактивная мощность СК QCK,0 (cosφ = 1). Дальнейшее снижение тока возбуждения переводит СК в режим недовозбуждения, при котором Е, < Uc и СК потребляет из сети реактивную мощность и отстающий от напряжения ток (рис. 4.19,в).В режиме предельного недовозбуждения Еq=0, включенный без возбуждения в сеть СК, потребляет из нее реактивную мощность                                  (4.63)

составляющую около 50—60 % номинальной.

Основное достоинство СК заключается в положительном регулирующем эффекте, т. е. в возможности плавно увеличивать выработку реактивной мощности и в результате стабилизировать или повысить напряжение при его снижении в часы максимума нагрузки или при аварии в электроэнергетической системе. Причем скорость (инерционность) регулирования определяется системой АРВ. Таким образом, СК обладает возможностями и конденсатора, и реактора: при работе в режиме перевозбуждения СК является генератором реактивной мощности, а в режиме недовозбуждения—потребителем (рис. 4.20). 

Рис. 4.19. Упрощенная схема замещения СК (а) и векторные диаграммы напряжений в режимах перевозбуждения (б) и недовозбуждения (в)

В расчетах электрических режимов на ЭВМ СК представляется как опорный узел типа P,Uconst, т. е. с заданными значениями UСК=соnst и отрицательной мощностью генерации - Рск = ΔРХХ, принимаемой около 1—2 % номинальной нагрузки. Диапазон изменения реактивной мощности задается согласно (4.60), в пределах которого находится значение, обеспечивающее заданное напряжение UСК. Если для обеспечения заданного напряжения необходимо значение реактивной мощности, выходящее за указанные пределы, то реактивная мощность СК закрепляется на нарушенном пределе Qck-QМИН или QCK=QМИН=const и вычисляется соответствующее этой реактивной мощности напряжение UCК как для неопорного (нагрузочного) узла. При расчетах вручную СК задается как неопорный генераторный узел (-QСК=const) или узел потребления (QСК =соnst) реактивной мощности, которому соответствует вычисляемое значение напряжения.

Вместе с тем СК — это крупная вращающаяся электрическая машина мощностью до 320 Мвар, требующая высокого уровня эксплуатации, в частности, обеспечивать устойчивость параллельной работы СК в электроэнергетической системе. Работа СК сопровождается заметными потерями электроэнергии и расходом вспомогательных материалов. Все это, несмотря на отработанность конструкции и относительную дешевизну СК, способствует применению статических компенсаторов [8-10]. 

Рис. 4.20. Работа СК в режиме перевозбуждения (о) и в режиме недовозбуждения (б)

Статические тиристорные компенсаторы (СТК) — это комплексные устройства, предназначенные как для выдачи, так и для потребления реактивной мощности. Основу СТК составляют накопительные элементы (емкости, индуктивности), реакторно-тиристорные и кондснсаторно-тиристорные блоки. СТК за счет тиристорного управления обладают исключительным быстродействием и осуществляют безинерционное плавное регулирование (наибольшая скорость регулирования от 1% до 100% за 0,3 сек) реактивной мощности во всем диапазоне от мощности, генерируемой конденсаторами, до мощности, потребляемой индуктивностью. Устанавливаются на подстанциях энергосистем, имеют мощность 100,150,250,300 и 400 Мвар и номинальные напряжения 10; 15,75; 20; 35; ПО кВ. СТК имеют различные схемы подключения к высоковольтной сети и управления потребляемой реактивной мощностью.

На рис. 4.21 приведены две принципиальные схемы СТК. Схемы состоят из неизменных по мощности КБ (рис. 4.21, о), или реакторов (рис. 4.21, б). Плавное управление мощностью СТК осуществляется с помощью встречно-параллельно включенных управляемых вентилей — тиристоров, снабженных устройством управления (УУ), с помощью которого регулируется момент открытия и закрытия тиристоров (угол регулирования 9) (рис. 4.22). Такое регулирование позволяет изменять время включений реактора или конденсаторной батареи в сеть в течение каждого полупериода. Вследствие этого изменяются действующее значение напряжения U на зажимах соответствующего накопительного элемента и развиваемая ими мощность Q КБ = U2 / X к, QР  = U2 / XР

Мощность СТК QCТK может изменяться от потребления до выработки (в пределах диапазона регулирования) Qm = Qp _ QKБ>< 0 за 1-2 периода промышленной частоты при практически неизменном напряжении Uc на выходе СГК.

При отключении КБ или реактора, СТК потребляет или выдает реактивную мощность (рис. 4.21, а и рис. 4.21, б соответственно)

СТК в расчетах установившихся режимов может задаваться как синхронный компенсатор: генерацией в неопорных  узлах типа Р, Q - const или в виде опорного узла типа Р,Uconst с небольшими  значениями активной мощности Р на потери в КБ и реакторе с пределами QМИН,QМАКС, определяемые величиной компенсации реактивной мощности. 

Рис. 4.21. Принципиальные схемы СТК с регулируемой мощностью реактора (а) и конденсаторной батареи (б)

Рис. 4.22. Временная диаграмма напряжения на входе накопительных элементов СТК


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15803. Средний уровень ряда и способы его расчета 72.58 KB
  Средний уровень ряда и способы его расчета. chronological mean средняя рассчитанная из значений изменяющихся во времени. Используется для расчета среднего уровня моментного ряда. В том случае если имеющиеся данные относятся к фиксированным моментам времени c равными интер...
15804. Средняя арефмитическая и горманическая формы общих индексов 30.52 KB
  Средняя арифметическая и горманическая формы общих индексов. Помимо агрегатных индексов в статистике применяется и другая их форма – средневзвешенные индексы. Их используют когда имеющаяся в распоряжении информация не позволяет рассчитать общий агрегатный индекс.
15805. Средняя гармоническая 24.05 KB
  Средняя гармоническая. При расчёте статистических показателей помимо средней арифметической могут использоваться и другие виды средних. Однако в каждом конкретном случае существует только одно истинное среднее значение показателя. Пример. Пусть в фирме специализир...
15806. Средняя ошибка выборки 130.06 KB
  Средняя ошибка выборки Средняя ошибка выборки представляет из себя такое расхождение между средними выборочной и генеральной совокупностями которое не превышает б дельта. На основании теоремы Чебышева П. Л. величина средней ошибки при случайном повторном отборе...
15807. Статистическая таблица. Ее элементы. Виды таблиц 11.94 KB
  Статистическая таблица. Ее элементы. Виды таблиц. Результаты сводки и группировки данных представляют в виде статистических таблиц. Статистическая таблица содержит сводную числовую характеристику исследуемой совокупности по одному или нескольким существенным приз
15808. Проектна технологія як засіб формування інтересу до пізнання молодших школярів 66.5 KB
  Анотація Одним із провідних орієнтирів української освіти і виховання є врахування здібностей нахилів та інтересів школярів у процесі навчальної діяльності що визначено Законом України €œПро освіту€. Завдання створення сприятливих умов для творчого характеру навч
15809. Проблема інтересу до навчання в педагогіці епохи Гуманізму 64.5 KB
  Аспірант Баранова Анастасія Миколаївна Проблема інтересу до навчання в педагогіці епохи Гуманізму Проблема інтересу до навчання в історії педагогічної думки і практиці навчання з’являлась поступово та характеризувалася увагою до певних її аспектів що зумов
15810. Проблема інтересу до навчання в історії російської педагогічної думки 73.5 KB
  УДК 372.4 Аспірант Баранова Анастасія Миколаївна Луганський національний університет імені Тараса Шевченка Проблема інтересу до навчання в історії російської дореволюційної педагогічної думки Проблема інтересу до навчання в історії російської педаго
15811. Проблема інтересу до навчання у педагогічній спадщині Г. Сковороди та О. Духновича 43.5 KB
  Проблемі формування в учнів інтересу до навчання в Україні протягом різних історичних епох приділялося велике значення. Зміст, особливості організації та проведення пізнавального процесу завжди обумовлювались розвитком духовної культури, суспільними взаємовідносинами та прогресивними ідеями