Суммарные потери реактивной мощности

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

SDQ = SDQ_Л – SQ_С + SDQ_Т ,

где SDQ_Л – суммарные потери реактивной мощности в линии; SQ_С – суммарная генерация реактивной мощности в емкостных проводимостях линии; SDQ_Т – суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах.

Потери реактивной мощности в линии

Генерация реактивной мощности в емкостных проводимостях П-образной схемы замещения линии (рис. 2.3, б и в)

Среднее значение реактивной мощности, генерируемой в линиях длиной l = 100 км, приведено ниже:

U_НОМ , Кв 110 150 220

2Q_C , Мвар 3 6,5 12,6

Приблизительные величины потерь реактивной мощности в линиях и генерации в проводимостях линий принимаются равными

Потери в индуктивности и генерация в емкости линии имеют разные знаки, поэтому

+jDQ_Л – j2Q_C = 0.

Следовательно,

Для ВЛ 110 – 150 кВ это почти строгое равенство. В этом случае по линии передается натуральная мощность.

Потери реактивной мощности в k параллельно работающих трансформаторах

При характерных значениях u_К % потери в трансформаторах ориентировочно равны где S_Н=kS_НОМ.

В сетях с m ступенями трансформации ориентировочные потери составляют DQ_ТS = =0,1mS_Н .

При правильном проектировании в любой электрической сети должен соблюдаться баланс полной мощности при соблюдении условий поддержания нормального режима. При этом необходимо обеспечить баланс реактивной мощности как для системы в целом, так и для отдельных узлов питающей сети с наличием в них необходимого резерва реактивной мощности.

Баланс реактивной мощности следует предусматривать для каждого характерного режима сети в отдельности. Это следующие режимы:

а) наибольшей реактивной нагрузки (при наибольшем потреблении реактивной мощности и наибольшей необходимой мощности компенсирующих устройств);

б) наибольшей активной нагрузки, связанной с наибольшей загрузкой генераторов активной мощностью при наименьшей их реактивной мощности;

в) наименьшей активной нагрузки, связанной с отключением части генераторов и, следовательно, невозможностью генерации последними реактивной мощности;

г) послеаварийные и ремонтные, связанные с наибольшими ограничениями передаваемой реактивной мощности по сети.

4.8 ВЫРАБОТКА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

Полная мощность, вырабатываемая генератором, включает активную и реактивную составляющие:

где соs j – коэффициент мощности генератора.

Синхронные генераторы на электростанциях вместе с другими источниками реактивной мощности обеспечивают и регулируют баланс реактивной мощности в современных электрических сетях. При этом изменение реактивной мощности синхронных генераторов достигается соответствующим изменением тока возбуждения. В номинальном режиме генератор вырабатывает номинальные значения активной и реактивной мощностей при cosj_НОМ. Уменьшая ток возбуждения, можно снизить реактивную мощность, выдаваемую генератором. При снижении активной мощности в сравнении с номинальным значением возможна выдача увеличенной реактивной мощности сверх номинальной. Такое увеличение может быть допущено в пределах, ограничиваемых номинальными токами статора и ротора.

Рис. 4.6. Распределение активной мощности между электростанциями:

а – схема замещения; б – векторная диаграмма при Q_Г <Q_НОМ

Рис. 4.7. Векторная диаграмма генератора при Q_Г <Q_НОМ

Условия ограничения по выдаваемой реактивной мощности можно определить с помощью векторных диаграмм (рис. 4.6, б). В схему замещения генератора входят неизменное продольное синхронное реактивное сопротивление x_d и ЭДС E_q , находящаяся за ним (рис. 4.6, а).

Комплексная ЭДС E_q определяется как сумма векторов U_Г и I_НОМ jx_d:

где I_НОМ jx_d:– вектор падения напряжения в сопротивлении x_d .

На векторной диаграмме из точки О проведена дуга окружности радиусом E_q , которая определяет допустимые значения тока возбуждения или ЭДС E_q по условиям нагрева ротора машины. Для удобства сопоставления параметров режима, предельных по условиям нагрева как статора, так и ротора, из точки А проведена окружность радиусом I_НОМ x_d, при этом ОВ= E_q ºi_B, ОА=U_Г.

В треугольнике АВС

CA ~ I ²_НОМ ~ Q₂, BC ~ I ¢_НОМ ~ P₂, Q₂ = I_НОМ x_d sinj_НОМ, P₂ = I_НОМ x_d cosj_НОМ ,

где I_НОМ = AB/ x_d .

Рассмотрим работу генератора при j₁>j_НОМ, т.е. при соsj₁<cosj_НОМ. Допустимый для генератора режим соответствует E_q1=E_qНОМ (например, вектор OB₁).В этом случае реактивная составляющая тока статора I₁² будет больше I ²_НОМ. Следовательно, генератор может выдать реактивную мощность

Q₁= U_НОМ I₁² > Q_НОМ .

Однако превышение реактивной мощности над Q_НОМ будет относительно небольшим из-за ограничений по току ротора.

Из рис. 4.6 видно, что активная составляющая тока статора при j₁>j_НОМ меньше номинальной. Это следует из того, что B₁C₁<ВС, т.е. I₁¢ меньше I ¢_НОМ,следовательно, генератор может выдать активную мощность

P₁ = U_НОМ I₁¢ < P_НОМ .

Работа генераторов при j₁<j_НОМ или соsj₁>cosj_НОМ соответствует выработке большей, чем номинальная, активной мощности и меньшей реактивной. Нарис. 4.7 отдельно изображены векторные диаграммы генератора при j₁<j_НОМ и j₁=j_НОМ. Легко убедиться из рис. 4.7, что при j₁<j_НОМ P₂ >P_НОМ и Q₂ <Q_НОМ .

Работа генератора при большей, чем номинальная, активной мощности связана с перегрузкой турбины и не всегда допустима.

Возможность увеличения реактивной мощности за счет уменьшения активной допустимо использовать в случае избытка активной мощности, т. е. в режиме минимума активной нагрузки. В этом случае некоторая часть генераторов, несущих активную нагрузку, может переводиться на работу с пониженным коэффициентом мощности.

Резерв реактивной мощности и возможность перегрузок по реактивной мощности очень важны при аварийном снижении напряжения. Все генераторы оборудованы АРВ (см. § 4.6), которые при снижении напряжения на зажимах генератора автоматически увеличивают ток возбуждения и выработку реактивной мощности. Однако для увеличения выработки реактивной мощности нужно иметь в нормальном режиме резерв по току ротора при j>j_НОМ и по току статора приj<j_НОМ.

Анализ режима генератора, приведенный выше, показывает, что увеличить вырабатываемую им реактивную мощность можно лишь за счет уменьшения активной. Увеличение Q_Г в режиме наибольших нагрузок за счет уменьшения P_Г экономически нецелесообразно. Эффективнее вместо снижения P_Г применять для выработки реактивной мощности компенсирующие устройства. Поэтому, как правило, в сетях для покрытия потребности в реактивной мощности применяют компенсирующие устройства.

4.9 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Активную мощность электрической сети получают от генераторов электрических станций, которые являются единственным источником активной мощности. В отличие от активной мощности реактивная мощность может генерироваться не только генераторами, но и компенсирующими устройствами – конденсаторами, синхронными компенсаторами или статическими источниками реактивной мощности (ИРМ), которые можно установить на подстанциях электрической сети. При номинальной нагрузке генераторы вырабатывают лишь около 60 % требуемой реактивной мощности, 20 % генерируется в ЛЭП с напряжением выше 110 кВ, 20% вырабатывают компенсирующие устройства, расположенные на подстанциях или непосредственно у потребителя.

Компенсацией реактивной мощности будем называть ее выработку или потребление с помощью компенсирующих устройств.

Проблема компенсации реактивной мощности в электрических системах страны имеет большое значение по следующим причинам:

1) в промышленном производстве наблюдается опережающий рост потребления реактивной мощности по сравнению с активной;

2) в городских электрических сетях возросло потребление реактивной мощности, обусловленное ростом бытовых нагрузок;

3) увеличивается потребление реактивной мощности в сельских электрических сетях.

Компенсация реактивной мощности, как всякое важное техническое мероприятие, может применяться для нескольких различных целей. Во-первых, компенсация реактивной мощности необходима по условию баланса реактивной мощности. Во-вторых, установка компенсирующих устройств применяется для снижения потерь электрической энергии в сети. И, наконец, в-третьих, компенсирующие устройства применяются для регулирования напряжения.

Во всех случаях при применении компенсирующих устройств необходимо учитывать ограничения по следующим техническим и режимным требованиям: 1) необходимому резерву мощности в узлах нагрузки; 2) располагаемой реактивной мощности на шинах ее источника; 3) отклонениям напряжения; 4) пропускной способности электрических сетей.

Для уменьшения перетоков реактивной мощности по линиям и трансформаторам источники реактивной мощности должны размещаться вблизи мест ее потребления. При этом передающие элементы сети разгружаются по реактивной мощности, чем достигается снижение потерь активной мощности и напряжения. Эффект установки компенсирующих устройств в конце линии иллюстрируется рис. 4.8, где приведены схемы замещения и векторные диаграммы токов и мощностей.

Рис. 4.8. К пояснению эффекта от применения компенсирующих устройств:

а, б – токи и потоки мощности до и после компенсации; в – векторная диаграмма токов; г – треугольник мощностей

Без применения компенсирующих устройств в линии ротекают ток и мощность нагрузки (рис. .4.8, а):

I_Н =I_Н¢ – jI²¢_Н, S_Н =P_Н+ jQ_Н .

При установке компенсирующих устройств реактивный ток и реактивная мощность в линии уменьшаются на величину реактивного тока и реактивной мощности, генерируемых в компенсирующем устройстве I_K и Q_K. В линии будут протекать меньшие по модулю ток и мощность, соответственно равные (рис. 4.8, б)

I_Л =I_Н¢ – j(I²_Н – I_К), S_Л =P_Н+ j(Q_Н – Q_K).

Таким образом, вследствие применения компенсирующих устройств на подстанции при неизменной мощности нагрузки реактивные мощности и ток в линии уменьшаются – линия разгружается по реактивной мощности. При этом, как отмечалось выше, в линии уменьшаются потери мощности и потери напряжения, так как

4.10 КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

В качестве компенсирующих устройств используются синхронные компенсаторы (СК), батареи конденсаторов (БК), реакторы и статические источники реактивной мощности (ИРМ).

Батареи конденсаторов (БК) применяются:

а) для генерации реактивной мощности в узлах сети – поперечной компенсации, (шунтовые БК);

б) для уменьшения реактивного сопротивления линий – продольной компенсации [установки продольной компенсации (УПК)].

Шунтовые БК включают на шины подстанций (рис. 4.8, б), УПК включают в линии последовательно.

Батареи конденсаторов комплектуются из отдельных конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно (рис. 4.9). Конденсаторы выпускаются в однофазном и трехфазном исполнениях на номинальное напряжение 0,22 – 10,5 кВ. Единичная мощность конденсаторов составляет 10 – 125 квар. Шунтовыеконденсаторные батареи применяют на напряжениях до 110 кВ. Увеличение рабочего напряжения БК достигается увеличением числа последовательно включенных конденсаторов (рис. 4.9, а). Для увеличения мощности БК применяют параллельное соединение конденсаторов (рис. 4.9, б). Для комплектования БК напряжением 6 кВ и выше наиболее подходящими и освоенными в производстве являются однофазные конденсаторы на номинальное напряжение 0,66; 1,05; 6,3 кВ. Конденсаторы на напряжение 0,66 и 1,05 кВ называют конденсаторами низкого напряжения. Покажем, что БК с рабочим напряжением 10 кВ не может быть скомплектована из конденсаторов низкого напряжения на мощность менее 1 Мвар. Число последовательно включенных конденсаторов в БК найдем по формуле

где U_БКнб – расчетное максимальное напряжение в точке подключения БК; U_К.НОМ – номинальное напряжение конденсатора; k_P – коэффициент, учитывающий разброс параметров конденсаторов, значение которого принимается 0,92 – 0,95.

Рис. 4.9. Принципиальные схемы батарей конденсаторов:

а, б – последовательное и параллельное соединение конденсаторов; в, г – соединение фаз БК треугольником и звездой

Допустим, что БК можно комплектовать одним из двух типов конденсаторов: КС2-0.66-40 и КС2-1,05-60. Вторая цифра в обозначении конденсаторов соответствует их номинальному напряжению в киловольтах, третья цифра – номинальной мощности в киловольт-амперах реактивных. Число последовательных конденсаторов КС2-0,66-40 в БК 10 кВ при U_БКнб = 10,75 кВ

Округляем n₁ до 10. Реактивная мощность, генерируемая БК, равна

Q_БК1=3Q_К.НОМ n₁ = 3×40×10 = 1200 квар

Число последовательных конденсаторов КС2-1,05-60 в БК

Округляем n₂ до 7:

Q_БК2=3Q_К.НОМ n₂ = 3×60×7 = 1260 квар

Для подстанций 35/10 кВ во многих случаях требуются БК меньшей мощности, чем 1000 квар. Поэтому для них необходимо применять конденсаторы высокого напряжения, при комплектовании из которых можно получать БК меньшей мощности.

В сетях трехфазного тока конденсаторы включаются звездой и треугольником (рис. 4.9, в, г). При соединении конденсаторов звездой мощность батареи

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры