Потребление и покрытие потребности в реактивной мощности

Приближённое рассмотрение потребления реактивной мощности, а также ориентировочный выбор мощности, типов и размещения компенсирующих устройств (КУ) в проектируемой сети будем производить до технико-экономического сравнения вариантов схемы сети. Так как компенсация реактивной мощности может существенно влиять на значения полных нагрузок подстанций, а следовательно, и на выбираемые номинальные мощности трансформаторов, сечения проводов линий, на потери напряжения, мощности и энергии в сети. В конечном итоге выбор мощности КУ и их размещение по подстанциям сети повлияют на оценку технических и технико-экономических показателей вариантов схемы сети и, следовательно, могут повлиять на правильность выбора рационального номинального напряжения и схемы проектируемой сети.

При выполнении курсового проекта условно принимаем совпадение по времени периодов потребления наибольших активных и реактивных нагрузок подстанций. Поэтому определение наибольших реактивных нагрузок отдельных пунктов производим по наибольшим активным нагрузкам и заданным значениям коэффициента мощности.

По условию задания коэффициент мощности всех нагрузок cos j_нагр=0,75.

Тогда j_нагр=arccos 0,75= 41,4° и tg j_нагр= 0,88

Потребляемая реактивная мощность определяется по формуле: Q_нагрi=Р_нагрi×tg j_нагр.

Реактивные мощности нагрузок в узлах:

Q_нагр1 =P_нагр1 ×tg j_нагр=36×0,88= 31,68 Мвар;

Q_нагр2 =P_нагр2 ×tg j_нагр=18×0,88= 15,84 Мвар;

Q_нагр3 =P_нагр3 ×tg j_нагр=20×0,88= 17,6 Мвар;

Q_нагр4 =P_нагр4 ×tg j_нагр=30×0,88= 26,4 Мвар;

Q_нагр5 =P_нагр5 ×tg j_нагр=10×0,88= 8,8 Мвар;

Суммарная реактивная мощность, потребляемая в узлах:

= Q_нагр1+ Q_нагр2+ Q_нагр3+ Q_нагр4+ Q_нагр5=31,68+15,84+17,6+26,4+8,8 =

100,32 Мвар.

Суммарная реактивная мощность, необходимая для электроснабжения района, слагается из одновременно потребляемой реактивной нагрузки в заданных пунктах и потерь реактивной мощности в линиях и трансформаторах (автотрансформаторах) сети.

DQ_S=DQ_ЛS+DQ_ТРS-DQ_СS,

где DQ_ЛS - суммарные потери реактивной мощности в линиях,

  DQ_ТРS - суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах,

  DQ_СS - суммарная генерация реактивной мощности в емкостных проводимостях линий.

Утечка реактивной мощности через ёмкостную проводимость воздушных линий (генерация реактивной мощности линиями) при предварительных расчётах может оцениваться для одноцепных линий 110 кВ в 3 Мвар, 220 кВ в 12 Мвар на 100 км. Для воздушных сетей 110 кВ в самом первом приближении допускается принимать, что потери реактивной мощности в индуктивных сопротивлениях линий и генерация реактивной мощности этими линиями в период наибольших нагрузок взаимно компенсируются.

Следовательно: DQ_S=DQ_ТРS.

Потери реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах при каждой трансформации составляют примерно 8-12% от трансформируемой полной мощности нагрузки. Поэтому для оценки величины потерь реактивной мощности в трансформаторах необходимо представить возможное число трансформаций мощности нагрузки каждого из пунктов.

DQ_ТРS = 0,1×m× ,

где S_{нагр i} – полная мощность i-го потребителя.

= 152 МВА.

В нашем случае m=2 с учётом того, что одна трансформация имеет место на подстанции источника питания, а другая на трансформаторной подстанции, питающей нагрузку.

DQ_S= DQ_ТРS = 0,1×m× =0,1×2×152=30,4 Мвар

Общая потребляемая реактивная мощность:

100,32+30,4=130,72 Мвар

Величину реактивной мощности, поступающей от питающей электрической системы (или электрической станции), следует определять по наибольшей суммарной активной мощности, потребляемой в районе, и по коэффициенту мощности cos _ген, с которым предполагается выдача мощности от источника питания:

cos _ген=0,85

 _ген= 31,78°

tg _ген= 0,6197

119,7×0,6197= 74,18 Мвар

Так как Q_ген <  (74,18 Мвар < 105 Мвар), то в сети необходимо устанавливать компенсирующие устройства. Основным типом КУ, устанавливаемых по условию покрытия потребности в реактивной мощности, являются конденсаторы. Вместе с тем, на крупных узловых подстанциях 220 кВ по ряду условий может оказаться оправданной установка синхронных компенсаторов. При этом надо помнить, что установка синхронных компенсаторов мощностью менее 10 Мвар неэкономична.

Суммарная реактивная мощность КУ равна:

– Q_ген=105-74,18 =30,82 Мвар.

Проверяем баланс реактивной мощности:

=Q_ген+Q_куS;

105=74,18 +30,82;

105=105.

Размещение КУ по подстанциям электрической сети, как известно, влияет на экономичность режимов работы сети и на решение задач регулирования напряжения. В связи с этим могут быть даны следующие рекомендации по размещению КУ в сети и определению их мощностей, устанавливаемых на каждой подстанции.

В сети одного номинального напряжения целесообразна, в первую очередь, полная компенсация реактивных нагрузок наиболее электрически удалённых подстанций. При незначительной разнице электрической удалённости пунктов от источника питания допускается расстановка КУ по условию равенства коэффициентов мощности на подстанциях.

Распределяем реактивные мощности в узлах по методу tg j_Б:

=0,6096.

Определим мощность компенсирующих устройств для каждой подстанции:

Q_ку1=Р_нагр1(tgj_нагр- tg _Б)=36×(0,88–0,6096)=9,734 Мвар,

Q_ку2=Р_нагр2(tgj_нагр- tg _Б)=18×(0,88–0,6096)=4,867 Мвар,

Q_ку3=Р_нагр3(tgj_нагр- tg _Б)=20×(0,88–0,6096)=5,408 Мвар,

Q_ку4=Р_нагр4(tgj_нагр- tg _Б)=30×(0,88–0,6096)=8,112 Мвар,

Q_ку5=Р_нагр5(tgj_нагр- tg _Б)=10×(0,88–0,6096)=2,704 Мвар.

Проверка вычисления реактивной мощности компенсирующих устройств:

Q_куS= Q_ку1+ Q_ку2+ Q_ку3+ Q_ку4+ Q_ку5=9,756+4,878+5,42+8,13+2,71=30,82 Мвар.

Реактивная мощность каждой подстанции после компенсации:

Q₁=Q_нагр1–Q_ку1=31,68 –9,734 =21,946 Мвар,

Q₂=Q_нагр2–Q_ку2=15,84 –4,867 =10,973 Мвар,

Q₃=Q_нагр3–Q_ку3=17,6 –5,408 =12,192 Мвар,

Q₄=Q_нагр4–Q_ку4=26,4 –8,112 =18,288 Мвар,

Q₅=Q_нагр5–Q_ку5=8,8 –2,704 =6,096 Мвар.

Необходимая мощность батарей конденсаторов, устанавливаемых на каждой из подстанций, набирается параллельным включением серийно выпускаемых комплектных установок, выбираемых по справочникам.

Определим полную мощность каждой подстанции:

42,162 МВА,

21,08 МВА,

23,423 МВА,

35,135 МВА,

11,711 МВА.

Суммарная полная мощность подстанций:

42,162+21,08+23,423+35,135+11,711=133,511 МВА.

Определим коэффициент мощности Cos j_Б после установки КУ:

j_Б = arctg (tg j_Б)= arctg (0,6096)= 31,366°, cos j_Б= 0,85.