По материалам завода «Нюкон» - Стабильность напряжения электроэнергетической системы и реактивная мощность.

Аннотация

По материалам завода «Нюкон». Стабильность напряжения электроэнергетической системы и реактивная мощность.

В статье описывается поблема последних лет: нестабильность напряжения крупных электроэнергетических систем мира привела к ряду дорогостоящих отключений подачи электроэнергии.

В последние годы нестабильность напряжения крупных электроэнергетических систем мира привела к ряду дорогостоящих отключений подачи электроэнергии, иногда аварий в Европе, Америке и Азии – во Франции в 1978 году, в Бельгии в 1982, в Швеции в 1983 и 2003, в западной Франции в 1987, в Токио в 1987,в Сан-Паулу в 1997, в Греции в 2004, в северной части штата Огайо, Мичигане, Нью-Йорке и Онтарио в августе 2003 года, в Москве, московской и калужской областях в мае 2005 года. Практически все аварии и отключения подачи электроэнергии были обусловлены нарушением энергетического баланса, как по активной, так и реактивной мощности, в большей мере ответственной за стабильность напряжения на разделе сетей общего пользования и распределительных сетей потребителей электроэнергии. Именно повышенная плотность перетоко в реактивной мощности в распределительных сетях вызывает наиболее негативное в плане последствий понижение напряжения во время тяжелых условий нагрузки (в очень жаркую или очень холодную погоду), что зачастую приводит к коллапсу напряжения – аномально низкому или нулевому сетевому напряжению.

Активная, реактивная мощность, их производство, потребление и передача.

Активная мощность вырабатывается генераторами электростанций и определяется током частоты 50-60 Гц, находящимся в одной фазе с напряжением. Реактивная мощность расходуется на образование электрических и магнитных полей в линии электропередачи, трансформаторах, двигателях, конденсаторах и другом оборудовании, вырабатывается синхронными генераторами совместно с активной мощностью и увеличение /уменьшение потребления реактивной мощности при номинальной полной мощности генератора влечет за собой обратное уменьшение/увеличение доли активной мощности. Таким образом, хотя реактивная мощность – мнимая величина, не выполняющая работы и не теоретически требующая энергоресурсов для ее производства, она оказывает существенное влияние на величину вырабатываемой/передаваемой активной мощности и все главные показатели качества передаваемой электроэнергии, в том числе сетевое напряжение.

Наиболее актуальной проблемой сетей электроснабжения сегодня стало увеличение потребления реактивной мощности на фоне чрезвычайной сложности ее передачи от электростанций потребителям – асинхронным двигателям, в том числе бытовым, сельскохозяйственным и асинхронным электроприводам для собственных нужд электростанций – 40% всей потребляемой реактивной мощности; электропечным установкам и вентильным преобразователям – 8 и 10% всей потребляемой реактивной мощности соответственно; трансформаторам всех ступеней трансформации – 35% всей потребляемой реактивной мощности; на компенсацию потерь в линиях электропередач – 7% всей потребляемой реактивной мощности. Если активную мощность со сравнительно небольшими потерями можно передавать на значительные расстояния, то потери реактивной мощности (основные – 22 % в повышающих трансформаторах электростанций и в автотрансформаторах на подстанциях 110–750 кВ, 6,5 % – в линиях районных сетей, 13,5 % – в понижающих трансформаторах) при сложных условиях нагрузок могут приближаться к 100% всей вырабатываемой в системе реактивной мощности.

В этой связи исключительно важным становится проведение мероприятий по компенсации реактивной мощности у самих потребителей электроэнергии, что позволит сохранить общий баланс мощности в системе и обеспечить устойчивость сетевого напряжения. Компенсация реактивной мощности становится возможной благодаря тому, что ток в потребляющем реактивную мощность индуктивном оборудовании (асинхронные двигатели, трансформаторы, электропечные установки, вентильные преобразователи и т.д.) отстает от напряжения по фазе, в то время, как конденсаторные установки (КРМ, УКРМ), синхронные двигатели отличаются токами, опережающими напряжение по фазе. Емкостные токи в конденсаторных установках и реактивная мощность, создающая электрическое поле в конденсаторных батареях противоположны по направлению индуктивным токам и реактивной мощности, создающей магнитные поля в обмотках трансформаторов, двигателей и т.д. В результате реактивная мощность емкости нивелирует реактивную мощность намагничивания и сеть разгружается от перетоков реактивной мощности, что повышает ее пропускную способность и стабилизирует сетевое напряжение.

Все мероприятия по стабилизации баланса мощности в сети и стабилизации напряжения условно делят на две группы – не требующие использования компенсирующих устройств и проводимые с применением компенсирующих устройств различного типа. К первой группе относятся технические и технологические решения, снижающие потребление реактивной мощности:

максимально возможное ограничение работы двигателей асинхронного типа на «холостом ходу», когда сдвиг фаз тока и напряжения близок или равен 90 градусам и потребление реактивной мощности максимально для данного агрегата или машины;
переключение обмоток асинхронных двигателей с питанием от сети с напряжением до 1000 В и загрузкой менее 40% с «треугольника» на «звезду», а также замена или отключение понижающих трансформаторов с загрузкой менее трети их номинальной мощности;
замена асинхронных двигателей двигателями синхронного типа;
переход на преобразовательные системы с меньшим потреблением реактивной энергии (с искусственной коммутацией вентилей и большим количеством фаз выпрямления) и с ограничением по высшим гармоникам питающих токов и т.д.
Во вторую группу мероприятий включают:
применение статических конденсаторных установок (КРМ, УКРМ), предпочтительно групповой компенсации с автоматическим регулированием отдаваемой реактивной мощности;
использование синхронных двигателей для компенсации реактивной мощности или схем, включающих конденсаторные установки и синхронные двигатели;
применение индивидуальных компенсаторов для электроприемников с нелинейными характеристиками, искажающими кривую напряжения за счет наличия большого числа высших гармоник в питающем токе.