Снижение потерь электроэнергии с помощью компенсации реактивной мощности

Авторы:

Вильданов Р.Г. Ионцева О.А. Исхаков Р.Р. Бикметов А.Г.

Источник

https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=18718

Аннотация

Большинство потребителей электрической энергии обладает активными и реактивными сопротивлениями, поэтому в процессе потребления электрические установки наряду с активной мощностью потребляют и реактивную, которая непосредственно работы не производит, однако необходима для создания магнитных полей, без которых принципиально невозможна работа многих электрических машин и аппаратов.

По статистике основными потребителями реактивной мощности являются электродвигатели переменного тока, преимущественно асинхронные электродвигатели, на долю которых приходится около 70 % потребляемой реактивной мощности, около 20 % потребляют трансформаторы и около 10 % – различные электрические машины и аппараты, обладающие индуктивностью, и электрические сети, что является причиной снижения коэффициента мощности.

При снижении коэффициента мощности потребителей увеличиваются потери электрической энергии не только в питающих сетях, но и в трансформаторах и генераторах, установленных на электростанциях, так что при значительном снижении коэффициента мощности трансформаторы и генераторы оказываются настолько загруженными реактивными токами, что получение от них активной мощности, на которую они рассчитаны, становится невозможным. Вместе с тем, при снижении коэффициента мощности увеличиваются и потери напряжения в питающих электрических сетях вследствие возрастания тока.

Вместе с тем при повышении коэффициента мощности за счет уменьшения реактивной составляющей полного тока возможно увеличить его активную составляющую путем подключения дополнительных потребителей электроэнергии и тем самым обеспечить полную загрузку генераторов и трансформаторов в системе электроснабжения производства.

Таким образом, коэффициент мощности показывает, какую часть полной мощности составляет активная мощности, которая полностью преобразуется потребителем электроэнергии в другие виды энергии и не возвращается в питающую сеть.

Рассмотрим распределительно-трансформаторную подстанцию на одном из предприятий. С АСКУЭ «Нева» были сняты показания коэффициента мощности на высоковольтной и низковольтной сторонах, которые представлены в таблице 1. В работе рассмотрены два варианта компенсации реактивной мощности:

- при помощи установки высоковольтных батарей конденсаторов (ВБК);

- при помощи установки низковольтных батарей конденсаторов (НБК).

Таблица 1.

Данные действующего коэффициента

В результате моделирования в среде Simulink, на высоковольтной 6 кВ и низковольтной 0,4 кВ сторонах получили значения коэффициентов мощности 0,928 и 0,748, значения коэффициентов мощности на II секции 0,93 и 0,706 соответственно. Коэффициент мощности на низковольтной стороне не изменился.

На рисунках 2 и 3 изображены диаграммы cos φ на высоковольтной и низковольтной сторонах для I секции при установке НБК.

После установки НБК на высоковольтной 6 кВ и низковольтной 0,4 кВ сторонах I секции получили значения коэффициентов мощности 0,74 и 0,93 соответственно. После установки НБК на высоковольтной 6 кВ и низковольтной 0,4 кВ сторонах II секции получили значения коэффициентов мощности 0,86 и 0,944 соответственно.

В таблице 2 представлены результаты моделирования.

Таблица 2

Результаты моделирования

Наиболее распространены схемы присоединения батарей конденсаторов через отдельные выключатели при напряжении 6–10 кВ или через рубильники и предохранители или автоматы при напряжении 380 В. Схемы с подсоединением под общий выключатель применяются очень редко, в основном при индивидуальной компенсации реактивной мощности электродвигателей или при установке батарей на работающей подстанции, когда нет свободной камеры для установки выключателя. Конденсаторные батареи напряжением 380–660 В присоединяются к цеховым групповым щиткам или к токопроводам и в отдельных случаях к шинам вторичного напряжения цеховых подстанций.

Для управления конденсаторными установками применяются быстродействующие выключатели, имеющие повышенную износоустойчивость контактной и механической частей и допускающие частые и быстрые переключения. Обычные масляные и воздушные выключатели не удовлетворяют полностью всем требованиям для коммутации емкостных нагрузок. Наиболее пригодны и перспективны вакуумные выключатели. Но они маломощны и применяются пока лишь для секционирования конденсаторных батарей. Весьма пригодными для регулирования конденсаторных батарей являются быстродействующие бесконтактные тиристорные выключатели. Обычные выключатели на напряжение 6–10 кВ, выбранные с запасом по номинальному току не менее чем на 50 %, удовлетворительно работают при коммутации КБ мощностью до 2500 кВАр. Представляет интерес регулирование мощности компенсаторов реактивной мощности обработкой информации о потреблении реактивной мощности на основе нейронных сетей.

Для I секции необходима конденсаторная батарея с Qрас. = 481,57 квар, для II секции необходима конденсаторная батарея с Qрас. = 528,54 квар. Выбираем низковольтную конденсаторную батарею для I секции марки АКУ 0,4-500-25 УХЛ3[31] и для II секции – АКУ 0,4-550-25 УХЛ3 фирмы Epcos (бывшее подразделение Siemens). Каждая конденсаторная ступень снабжена индивидуальной защитой.

Произведем выбор высоковольтных конденсаторных батарей. Необходимая мощность для I секции конденсаторной батареи должна быть не меньше Qрас. = 481,57 квар, для II секции мощность конденсаторной батареи должна быть не меньше Qрас. = 528,54 квар. Для I и II секций выбираем высоковольтную конденсаторную установку марки АКУ 6,3-600-75 УХЛ3 фирмы Epcos (бывшее подразделение Siemens). Каждая конденсаторная ступень снабжена индивидуальной защитой. Таким образом, стоимость конденсаторной установкой вместе с ячейкой КРУ составит 455 тыс.руб. для одной секции. Для регулирования мощности высоковольтных компенсаторов реактивной мощности могут быть использованы статистические методы регулирования или контрольные карты.

Список литературы

Вильданов Р.Г., Ионцева О.А., Исхаков Р.Р., Бикметов А.Г. СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ПОМОЩЬЮ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1.;