Компенсация реактивной мощности

 

Оптимальный выбор средств компенсации реактивной мощности является составной частью построения рациональной системы электроснабжения промышленного предприятия. РУ 10 кВ ГПП имеет две секции сборных шин. Расчет ведется для одной секций сборных шин. К секциям СШ подключены кабельные линии, питающие трансформаторы цеховых ТП, синхронные двигатели, и дуговые сталеплавильные печи. В таблице 28 приведены исходные данные для схемы электроснабжения. Здесь обозначено: S_нтi - номинальная мощность трансформатора i-ой ТП; Q_1i и ΔQ_тi - реактивная нагрузка на один трансформатор i-ой ТП и потери реактивной мощности в нем; R_трi - активное сопротивление трансформатора i-ой ТП, приведенное к напряжению 10 кВ; R_лi - активное сопротивление i-ой кабельной линии. Схема замещения представлена на рисунке 11.

 

Рисунок 11 Схема замещения СЭС для расчета компенсации реактивной мощности

 

Таблица 28

Трансформаторная подстанция	Sтн, кВА	Q1i, квар	ΔQтi, квар	Rтi, Ом	Rлi, Ом
ТП1	800	391,94	34,53	1, 19	0,124
ТП2	1000	380,87	49,20	1,10	0,144
ТП3	400	90,375	23,84	3,44	0,124
ТП4	1000	239,79	37,24	1,10	0,211
ТП5	800	247,51	34,53	1, 19	0,158
ТП6	400	127,15	23,84	3,44	0,084
ТП7	400	127,15	23,84	3,44	0,052
ТП8	800	463,63	27,96	1, 19	0,065
ТП9	400	187,3	27,96	3,44	0, 206
ТП10	800	204,08	33,30	1, 19	0,068
ТП11	800	204,08	33,30	1, 19	0,126
ТП12	800	428,46	30,52	1, 19	0,037
ТП13	400	253,83	21,26	3,44	0,107
ТП14	400	159,22	21,28	3,44	0,069
ТП15	400	114,54	14,14	3,44	0,146
ИТОГО		3619,9	436,75

 

Данные о синхронных двигателях представлены в таблице 29, где Д₁, Д₂ - параметры, характеризующие потери активной мощности в синхронных двигателях.

 

Таблица 29

Обозначение в схеме	Тип двигателя	Uном, кВ	Рсд. нi, кВт	Qсд. нi, квар	Ni, шт	ni, об/мин	Д1i, кВт	Д2i, кВт
СД 1,2	СТД	10	1600	-705	2	3000	4,25	6,27

 

Располагаемая реактивная мощность синхронных двигателей определяется:

 

, (101)

 

где  - коэффициент допустимой перегрузки синхронного двигателя по реактивной мощности, зависящий от загрузки  по активной мощности и номинальной . Примем, что все СД имеют , тогда

Удельная стоимость потерь активной мощности от протекания реактивной (значения всех входящих коэффициентов известны из технико-экономического сравнения):

 

; (102)

 (руб/кВт).

 

Затраты на генерацию реактивной мощности отдельными источниками:

а) для низковольтных батарей конденсаторов 0,4 кВ:

 

; (103)

 (руб/Мвар).

 

б) для высоковольтных батарей конденсаторов 10 кВ:

 

; (104)

 (руб/Мвар).

 

в) для синхронных двигателей:

 

. (105)

, (106)

 

где  - коэффициент отчислений;

, - капитальные затраты батарей конденсаторов;

, - удельные потери активной мощности в конденсаторах комплектных компенсирующих устройств.

Определим эквивалентные активные сопротивления СД:

 

. (107)

 

Реактивная мощность, генерируемая синхронными двигателями:

 

. (108)

, (109)

 (кВ^-2).

 

Результаты расчета по синхронным двигателям сведены в таблицу 30.

 

Таблица 30

Обозначение СД на схеме	Qсд. мi, Мвар	З1г. сдi, руб/Мвар	З2г. сдi, руб/Мвар^2	Rэ. сдi, Ом	Qсдi, Мвар
СД 1,2	1,92	27291,82	28555,65	0,68	0,90

 

Для определения оптимальной реактивной мощности, генерируемой низковольтными конденсаторными батареями, находим эквивалентные сопротивления трансформаторных подстанций.

. Для ТП5, питающейся по радиальной линии:

 

; (110)

 

. Для ТП4-ТП1, ТП8-ТП3, ТП9-ТП13, ТП111-ТП10, ТП7-ТП6-ТП2, ТП12-ТП15-ТП14, питающихся по магистральной линии определяется следующим образом: покажем на примере ТП 4 и ТП1.

 

Рисунок 12. Схема замещения линий ТП4 и ТП1.

 

Введем обозначения:

 

 (Ом),

 (Ом),

 (Ом),

 (Ом).

 

Эквивалентная проводимость точки 4:

 

; (111)

 (Ом^-1).

 

С учетом полученного эквивалентного сопротивления присоединений ТП4 и ТП 1:

 

; (112)

 (Ом).

; (113)

 (Ом).

 

Полученные значения эквивалентных сопротивлений сведены в таблицу 31.

Оптимальное значение реактивной мощности низковольтных конденсаторных батарей, подключенных к шинам трансформаторных подстанций, определим в предположении, что к этим шинам главной понизительной подстанции подключены высоковольтные конденсаторные батареи (Примем коэффициент Лагранжа ).

 

, (114)

; (115)

 (Мвар∙Ом).

 

Результаты расчета мощностей источников Q_сi низковольтных БК сводим в таблицу 31, при этом принимаем только положительные значения.

Таблица 31

Место установки БК	Rэi, Ом	Qсi, Мвар		Qкi, квар	Qкi+ Qсi, квар	Тип принятой стандартной БК	Qстi, квар
		Расчет ное	Приня тое
ТП1	1,780	-0,060	0	23,45	23,45	-	-
ТП2	1,450	-0,167	0	154,03	154,03	УКЛН-0,38-150-50-У3	150
ТП3	3,824	-0,112	0	291,44	291,44	УКЛН-0,38-300-150 У3	300
ТП4	1,490	-0,304	0	243, 20	243, 20	УКБН-0,38-200-50У3 УК2-0,38-50 У3	250
ТП5	1,346	-0,361	0	151,71	151,71	УКЛН-0,38-150-50-У3	150
ТП6	4,010	-0,065	0	99,90	99,90	УК4-0,38-100 У3	100
ТП7	3,670	-0,085	0	99,90	99,90	УК4-0,38-100 У3	100
ТП8	1,227	-0,214	0	0	0	-	-
ТП9	3,846	-0,010	0	15,16	15,16	-	-
ТП10	1,517	-0,333	0	0	0	-	-
ТП11	1,435	-0,366	0	0	0	-	-
ТП12	1,250	-0,233	0	0	0	-	-
ТП13	3,965	0,057	0,057	0	56,79	УК2-0,38-50 У3	50
ТП14	3,997	-0,036	0	200,73	200,73	УКБН-0,38-200-50У3	200
ТП15	3,918	-0,092	0	0,00	0,00	-	-
ГПП	0	1,742	1,742	-	-	УКЛ-10,5-1800 У1	1800
ИТОГО	-	-	-	1279,526	1336,315	-	3100

 

Определение мощности высоковольтной БК, подключаемой к СШ 10 кВ ГПП, производим из условия баланса реактивных мощностей на СШ 10 кВ ГПП. Определим всю расчетную реактивную мощность, потребляемую предприятием:

 

; (116)

 (Мвар).

 

Определим экономически целесообразную реактивную мощность как минимальную из двух:

 

; (117)

 (Мвар).

; (118)

 (Мвар).

 

Таким образом, экономически целесообразная реактивная мощность, потребляемая предприятием  Мвар, а мощность, приходящаяся на 1 секцию с. ш. ГПП -  Мвар.

Определим значение коэффициента реактивной мощности tgφ_э, задаваемого предприятию энергосистемой:

 

; (119), .

 

Определяем мощность высоковольтной БК: подключенной к секции шин:

 

; (120)

 (Мвар).

 

Соответственно устанавливаем на секцию шин высоковольтную конденсаторную установку УКЛ-10,5-1800 У1. Проверим баланс реактивных мощностей. Баланс реактивных мощностей на сборных шинах 10 кВ ГПП проверяется как равенство генерируемых Q_г и потребленных Q_р реактивных мощностей.

 

. (121)

. (122)

 (Мвар).

 (Мвар).

 

Погрешность:

 

; (123),  (%).

 

Зная величины мощностей конденсаторных компенсирующих устройств, определяем расчетный коэффициент реактивной мощности на вводе главной понизительной подстанции:

 

; (124)

.

 

Запас реактивной мощности на шинах главной понизительной подстанции:

 

; (125)

 (%).

 

Расчет показателей качества

 

Так как имеются потребители, ухудшающие качество электрической энергии, произведем расчет для определения соответствия потребляемой энергии ГОСТу.

 

Рисунок 13. Расчетная схема

 

Рисунок 14. Схема замещения

 

; (126)

 (Ом).

; (127)

 (Ом).

 

Суммарное сопротивление:

 

; (128)

 (Ом).

 

Мощность короткого замыкания в точке К1:

 

; (129)

 (МВ·А).

 

. Размах колебаний напряжений:

 

; (130)

.

 

Полученное значение согласно ГОСТ 13109 - 97 в норме.

. Коэффициент несинусоидальности:

 

; (131)

 (кА).

. (132), . (133)

 

где  - коэффициент токораспределения, равный

 

; (134)

.

; ; .

 

Результаты расчета по высшим гармоникам сведены в таблицу 32

 

Таблица 32

V	5	7	11	13	17	19	23	25	29	31	35		37
Iv, кА	2,89	1,47	0,60	0,43	0,25	0, 20	0,14	0,12	0,09	0,08	0,06		0,05
uv, В	159,90	114,22	72,68	61,50	47,03	42,08	34,76	31,98	27,57	25,79	22,84		21,61
. (135)
. (136)

 

Полученный параметр согласно ГОСТ 13109 - 97 в норме.

. Коэффициент несимметрии.

 

, (137)

 

где - напряжение обратной последовательности.

 

. (138)

 

Для определения используем уравнения, связывающие мощности "мертвой" (P^’) и "дикой" (P^”) фазы.

 

; (139)

 (МВт).

; (140)

 (МВт).

; (141)

 (МВт).

 

Ток обратной последовательности:

 

; (142),  (А).

 

По формуле (138):

 

 (В).

 

Коэффициент несимметрии по формуле:

 

. (143)

 

Рассчитанный параметр согласно ГОСТ 13109-97 в норме.