Мозырский В. И., к. т. н.

НЕ НАВРЕДИ!

Или всегда ли эффективна установка БСК в сетях
низкого напряжения потребителя электроэнергии.
Опубликовано в Промэлектро №4/2004

Заповедь выдающегося древнегреческого врача и мыслителя Гиппократа, вынесенная в заглавие данной статьи, можно, безусловно, распространить в качестве основного принципа деятельности и на электроэнергетику, в частности на ее область, относящуюся к компенсации реактивной мощности (КРМ) путем установки батарей статических конденсаторов (БСК). Действительно, зачастую энергетики промышленных предприятий и специалисты проектных организаций, исходя из лучших побуждений и следуя полученным ещё со студенческой скамьи представлениям, положениям ведомственных нормативных документов, например [1], и предписаниям электропередающих организаций, «обеспечивают» установку управляемых реактивной мощностью БСК, что в ряде случаев приводит к необоснованным денежным затратам и другим негативным последствиям, связанным с увеличением электропотребления и ухудшением качества электроэнергии.

Одно из упомянутых негативных последствий базируется на ложном представлении о том, что установка БСК всегда является средством энергосбережения. При этом понятие энергосбережение некорректно подменяется понятием уменьшения потерь электроэнергии на ее транспорт (потерь в сети). Действительно, установка БСК приводит к уменьшению потерь электроэнергии в сети, но это не означает, что в случае установки БСК автоматически достигается энергосберегающий эффект. Это объясняется тем, что генерация БСК реактивной мощности вызывает повышение напряжения на зажимах электроприемников, являющееся причиной некоторого увеличения потребления мощности, в том числе и активной, величина которого определяется статическими характеристиками нагрузок по напряжению. Как показывают многочисленные расчеты, это увеличение в ряде случаев может превосходить по абсолютной величине уменьшение потерь в сети, что обуславливает отрицательный эффект с точки зрения энергосбережения (под отрицательным эффектом здесь подразумевается увеличение активной мощности, выдаваемой электростанциями энергосистемы в результате подключения БСК к узлу нагрузки, то есть эффект, обратный тому, который ожидается при установке БСК). Кроме того, следует учесть потери активной мощности в самой БСК и линии, питающей ее, а также, если строго подходить к вопросу энергосбережения, энергию, затрачиваемую на изготовление конденсаторов, питающего кабеля и аппаратуры, входящей в состав БСК.

Учитывая это, для компенсации влияния управляемой реактивной мощностью БСК на потребление активной мощности следует увеличить посредствам ПБВ коэффициент трансформации питающего трансформатора 10(6)/0,4 кВ по сравнению с тем, который считался оптимальным до установки БСК, и периодически проводить надлежащий контроль и анализ режима напряжения. В случаях, когда увеличение коэффициента трансформации посредством ПБВ и увеличение напряжения, вызванное установкой БСК, в результате не приводит к увеличению напряжения в узле нагрузки, можно с уверенностью говорить о положительном энергосберегающем эффекте, обусловленном работой БСК. Однако, на практике выполнение такого мероприятия далеко не всегда является возможным.

В режимах большого электропотребления и высокой степени КРМ вероятность отрицательной эффективности работы БСК возрастает. Это связано с тем, что скорость роста потребления активной мощности с увеличением автоматически регулируемой мощности БСК практически прямо пропорциональна величине этой мощности и не зависит от степени КРМ, тогда как скорость уменьшения потерь в сети с увеличением степени компенсации падает [2]. Эффективность работы БСК с увеличением степени КРМ снижается и при высоком её значении в узле нагрузки и определенном значении потребления активной мощности в этом узле (зависит от состава нагрузки и характеристик питающей сети) следует ожидать наличия отрицательного эффекта, обусловленного работой БСК. Поэтому стремление к полной КРМ или, как говорится, «остановке» счетчика реактивной энергии часто не соответствует не только интересам потребителей, но и общественным (государственным) интересам.

Следует обратить внимание на ещё одно негативное последствие стремления «остановить» счётчик реактивной энергии. Оно вызвано неравномерностью распределения реактивной мощности по фазам трёхфазной сети системы электроснабжения, основной причиной которого является наличие однофазных электроприемников. При этом автоматический регулятор мощности БСК «ориентируется» на реактивную нагрузку одной из фаз, в результате чего имеет место недокомпенсация и/или перекомпенсация в других фазах. Например, если отношение загрузки двух фаз по реактивной мощности к загрузке фазы, величина которой используется для реализации автоматического регулирования мощности БСК, составляет 1,15 и 0,85, то «остановка» счетчика реактивной энергии, ошибочно отождествляемая с полной КРМ, фактически приводит к недокомпенсации в одной из фаз на 15% и такой же перекомпенсации в другой фазе.

Стремление во чтобы то ни стало «остановить» счётчик реактивной энергии часто приводит к установке БСК с небольшой мощностью ступеней, а, значит, к большому их количеству. При этом увеличивается не только стоимость БСК, но из-за увеличения числа коммутаций в процессе эксплуатации батареи снижается надёжность ее работы и, как следствие, растут эксплуатационные расходы.

Ещё одним из негативных последствий установки БСК в некоторых случаях является возможность существенного снижения качества электроэнергии, а точнее напряжения по гармоническому составу. Такая опасность может возникнуть в случае наличия параллельного резонанса или режима, близкого к нему, в схеме, включающей в себя индуктивность (питающий трансформатор), параллельно подключённую к ней ёмкость (БСК, присоединённая к шинам низкого напряжения питающего трансформатора) и нелинейные нагрузки, имеющие в спектральном составе высшие гармоники. Номер гармоники n, на которой возникает резонанс, приближенно может быть определен по формуле [3]:

Как следует из приведенной формулы, при мощности трансформатора 630 кВ • А, uК = 0,055 и QK = 100 кВ • Ар условия резонанса возникают примерно на 11 гармонике; при QK= 140 кВ • Ар — на 9 гармонике; при QK = 230 кВ • Ар — на 7 гармонике.

Учитывая вышеизложенное, а также увеличение мощности нелинейных нагрузок (например, электронного оборудования), которое наблюдается в последнее время, эффективность использования БСК без фильтров высших гармоник и выбор режима их работы в ряде случаев должны быть проанализированы с точки зрения обеспечения электромагнитной совместимости оборудования.

Итак, установке БСК в сетях низкого напряжения потребителей электроэнергии должен предшествовать тщательный технико-экономический анализ целесообразности этой установки и эффективности мер, направленных на ликвидацию или смягчение негативных последствий, вызванных работой БСК. Иначе потребитель, «работая» на интересы электропередающей организации посредством снижения себестоимости передачи электроэнергии, рискует нанести урон себе, другим потребителям и, в определенной мере, общественным интересам страны.

Литература:

1. Методика обчислення плати за перетікання реактивної електроенергії між електропередавальною організацією та її споживачами (Затверджено наказом Міністерства палива та енергетики України 17 січня 2002 р. №19).
2. Мозырский В.И., Вакуленко С. Е. Анализ эффективности работы батарей статических конденсаторов в сетях 0,4 кВ // Промэлектро. — 2002. — №3. — с. 30 – 43.
3. Петухов, Красилов. Резонансные явления в электроустановках зданий // Новости электротехники. - 2003. — №6. - с. 78 – 82.