Баланс реактивных мощностей

В электрической системе суммарная генерируемая реактивная мощность должна быть равна потребляемой реактивной мощности. В отличие от активной мощности, источниками ко­торой являются только генераторы электростанций, реактивная мощность генерируется как ими, так и другими источниками, к которым относятся воздушные и кабельные линии разных напряжений Q_n, а также установленные в сетях источники реактивной мощности (ИРМ) (ком­пенсирующие устройства - КУ) мощностью Q_КУ

Поэтому баланс реактивной мощности в электрической системе представляется уравне­нием

Q + Q + Q = Q +AQ + Q                        (137)

г             Л             КУ ^^ потр                           ^^ пер

Следует отметить, что уравнение баланса реактивных мощностей связано с уравнением баланса активных мощностей, так как

Q г=P г tgj г.;

Q = Гпотр tgj                                                           (138)

потр                                          потр.

Генерация реактивной мощности на электростанциях зависит от числа и активной мощ­ности работающих агрегатов, а потребление реактивной мощности - от состава электроприем­ников. При номинальном коэффициенте мощности генераторов соБфг = 0,85 коэффициент реак­тивной мощности tg j_г = 0,6. Для потребителей коэффициент реактивной мощности tg j =

0...3.

Потери реактивной мощности на передачу в основном определяются потерями реактив­ной мощности в трансформаторах, при Трех-четырех трансформациях суммарные потери мощ­ности в Трансформаторах могут достигать 40% от передаваемой полной мощности.

В линиях напряжением 110 кВ и выше генерация реактивной мощности (зарядная мощ­ность) компенсирует реактивные потери в линиях и может превысить их.

Таким образом, при выборе активной мощности генераторов энергосистемы по условию баланса активных мощностей и при работе генераторов с номинальным коэффициентом мощ­ности генерируемая суммарная реактивная мощность без дополнительно используемых ИРМ может оказаться меньше требуемой по условию баланса реактивных мощностей:

Q_r+Q_Л < Q +AQ + Q .                                            (13 9)

1             Л              потр                     пер -^'с.н

В этом случае образуется дефицит реактивной мощности, который приводит к следую­щему:

большая загрузка реактивной мощностью генераторов электростанций приводит к пере­грузке по току генераторов;

передача больших потоков реактивной мощности от генераторов по элементам сети при­водит к повышенным токовым нагрузкам и, как следствие, к увеличению затрат на сооружение сети, повышенным потерям активной мощности;

недостаток реактивной мощности в системе влечет за собой снижение напряжения в уз­лах электрических сетей и у потребителей.

Для получения баланса реактивных мощностей вблизи основных потребителей реактив­ной мощности устанавливают дополнительные источники с выдаваемой реактивной мощно­^стью

При избытке реактивной мощности в системе, т.е. при

Q + Q + Q >Q +DQ + Q ,                     (1310)

Г            Л             КУ ^^ потр                           ^^ пер

В элементах электрической сети возникают перетоки реактивной мощности, встречные направлению потоков активной мощности, что приводит к повышению напряжений в узлах и увеличению потерь мощности. Данный режим характерен для периода минимальных нагрузок в системе.

Отсюда возникает задача оптимизации режима реактивной мощности в системе электро­снабжения промышленного предприятия, выбора типа и мощности, а также места установки компенсирующих устройств. В системах электроснабжения городов с коммунально-бытовой нагрузкой компенсирующие устройства обычно не устанавливаются.

13.4. Исходные положения по компенсации реактивной мощности в системах элек­троснабжения промышленных предприятий

При выборе средств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий необходимо различать две группы промышленных сетей в зави­симости от состава их нагрузок:

сети общего назначения с режимом прямой последовательности основной частоты 50 Гц;

сети со специфическими нелинейными, несимметричными и резкопеременными нагруз­ками.

В данном разделе рассматриваются вопросы компенсации реактивной мощности в про­мышленных сетях общего назначения.

На начальной стадии проектирования определяются наибольшие суммарные расчетные нагрузки предприятия при естественном (т. е. до установки КУ) коэффициенте реактивной

^мощ^{ности Р}р_ас_ЧпП, расчПП •

Наибольшая суммарная нагрузка предприятия, принимаемая для определения мощности компенсирующих устройств,

Q = L Q ,                                                               (1311)

max ПП             ^0max расчПП

где L_{0 max} - коэффициент, учитывающий несовпадение по времени наибольшей активной нагрузки системы и реактивной мощности промышленного предприятия. Значения для разных отраслей промышленности L_{0 max} = 0,75...0,95.

Значения наибольших реактивной и активной нагрузок предприятия сообщаются в энер­госистему для определения значения экономически оптимальной реактивной мощности, кото­рая может быть передана предприятию в режимах наибольшей и наименьшей активных нагру­зок энергосистемы, соответственно Q₃₁ и Q₂ .

По реактивной мощности Q₃₁ определяется суммарная мощность компенсирующих уст­ройств предприятия, а в соответствии с заданным значением Q_3l - регулируемая часть компен­сирующих устройств.

Суммарная мощность компенсирующих устройств

Q = Q - Q ,                                                        (1312)

2С-КУ iSmax ПП                               э1

В период минимальных активных нагрузок системы входная реактивная мощность пред­приятия должна быть равна Q_3l, Для чего требуется отключение части установленной на пред­приятии мощности КУ. В качестве средств компенсации реактивной мощности используются статические конденсаторы напряжением до и выше 1 кВ и синхронные двигатели.

13.5. Основные потребители реактивной мощности на промышленных предпри­ятиях

Рассмотрим основные виды электроприемников различного технологического назначе­ния, электропотребителей разных отраслей промышленности, характер их нагрузок и особенно­сти режимов работы.

Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов на всех промышленных предприятиях. Электропривод представляет собой комплекс электриче­ских машин, аппаратов и систем управления, в котором электродвигатели конструктивно связа­ны с исполнительным механизмом и преобразуют электрическую энергию в механическую ра­боту. В установках, не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяются исключительно электроприводы переменного тока (асинхронные и синхронные двигатели).

Нерегулируемые электродвигатели переменного тока - основной вид электроприемников в промышленности, на долю которого приходится около 2/3 суммарной мощности. Доля элек­тропотребления асинхронными двигателями напряжением 0,38 кВ составляет 52% в машино­строении. Характер потребления реактивной мощности асинхронными двигателями описан в следующем разделе.

Электротермия, электросварка, электролиз и прочие потребители составляют около 1/3 суммарной промышленной нагрузки.

Электротермические приемники в соответствии с методами нагрева делятся на следую­щие группы: дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, установки индукци­онного нагрева для плавки и термообработки металлов и сплавов, электрические печи сопро­тивления, электросварочные установки, термические коммунально-бытовые приборы.

Наибольшее распространение в цеховых электрических сетях напряжением 0,38 кВ имеют печи сопротивления и установки индукционного нагрева. Печи сопротивления прямого и косвенного действия имеют мощность до 2000 кВт и подключаются к сети напряжением 0,38 кВ, коэффициент мощности близок к 1,0.

Индукционные плавильные печи промышленной и повышенной частоты представляют собой трехфазную электрическую нагрузку «спокойного» режима работы. Печи повышенной частоты питаются от вентильных преобразователей частоты, к которым подводится перемен­ный ток напряжением 0,4 кВ. Индукционные печи имеют низкий коэффициент мощности: от 0,1 до 0,5. Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки пред­ставляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффи­циентом мощности: 0,3 для дуговой сварки и 0,7 - для контактной.

Электрохимические и электролизные установки работают на постоянном токе, который получают от преобразовательных подстанций, выпрямляющих трехфазный переменный ток. Коэффициент мощности установок 0,8...0,9.

Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуго­выми, ртутными, натриевыми, ксеноновымм лампами применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения. В производственных цехах в настоящее время применя­ются преимущественно дуговые ртутные лампы высокого давления типов ДРЛ и ДРИ 220 В. Аварийное освещение, составляющее 10% общего, выполняется лампами накаливания. Коэф­фициент мощности светильников с индивидуальными конденсаторами 0,9...0,95, а без них - 0,6. Лишь лампы накаливания имеют коэффициент мощности 1,0.