Регулирование напряжения. Компенсация реактивной мощности

Необходимость регулирования напряжения была рассмотрена в подтеме 2.2.6.

Согласно ПУЭ устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах напряжением 3-20 кВ электростанций и подстанций, к которым присоединены распределительные сети, в пределах не ниже 105 % номинального в период наибольших нагрузок и не выше 100 % номинального в период наименьших нагрузок этих сетей. [ПУЭ 1.2.23]/

Различают два способа регулирования напряжения: местное и централизованное.

Под местным регулированием понимают регулирование напряжения непосредственно на месте потребления, т. е. его стабилизацию на заданном уровне у каждого отдельного потребителя (например, стабилизаторы для телевизоров) или сразу для группы потребителей (например, для одного или нескольких домов). В последнем случае в какой–то точке сети устанавливают трансформатор с устройством для регулирования напряжения. Это устройство включают, когда у всех потребителей, питаемых от этого трансформатора, надо поддержать напряжение на определенном уровне (например, 220 В).

Регулирование напряжения может быть автоматическим, без отключения трансформатора от сети. При этом потребитель даже не чувствует, что в трансформаторе происходят какие - то изменения. Такое регулирование напряжения называют регулированием под нагрузкой (РПН). Однако РПН требует применения сложных и дорогих переключающих устройств. Поэтому для трансформаторов небольшой мощности часто применяют регулирование напряжения без возбуждения, т. е. после отключения всех их обмоток от сети. Этот способ называют ПБВ (переключение без возбуждения). После переключения трансформатор вновь включается в работу. При этом способе потребителя на какое - то время вообще отключают от сети. Особенно неудобно это там, где нагрузка меняется часто. Зато устройства ПБВ просты по конструкции и относительно дешевы.

Под централизованным регулированием понимают регулирование напряжения непосредственно на шинах генераторов электростанций при помощи изменения их возбуждения. Централизованное регулирование осуществляют обычно как «встречное», т. е. таким образом, чтобы оно заранее «встречало» колебания напряжения, вызванные нагрузкой. Так, в период наибольших нагрузок у генераторов поднимают напряжение выше номинального, чтобы компенсировать повышенные потери напряжения в сети и поддержать его у потребителя близким к поминальному. И наоборот, когда нагрузка снижается, уменьшают возбуждение у генераторов и соответственно напряжение в сети.

Регулирование напряжения, при котором оно повышается с увеличением нагрузки и снижается при ее уменьшении – встречное регулирование

Работа машин и аппаратов переменного тока, основанная на принципе электромагнитной индукции, сопровождается процессом непрерывного изменения магнитного потока в их магнитопроводах и полях рассеяния. Поэтому подводимый к ним поток мощности должен содержать не только активную составляющую Р, но и реактивную составляющую индуктивного характера Q, необходимую для создания магнитных полей, без которых процессы преобразования энергии, рода тока и напряжения невозможны. Существует несколько определений реактивной мощности. Например, в курсе ТОЭ сказано, что реактивная мощность, потребляемая индуктивностью и емкостью, идет на создание магнитного и электрического полей. Индуктивность рассматривается как потребитель реактивной мощности, а емкость - как ее генератор.

Передача значительной реактивной мощности по элементам СЭС невыгодна по следующим основным причинам:

1. Возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах СЭС, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью.

2. Возникают дополнительные потери напряжения.

3. Загрузка реактивной мощностью ЛЭП и трансформаторов требует увеличения площади сечений проводов ВЛ и КЛ, номинальной мощности или числа трансформаторов подстанций и оборудования ячеек РУ.

Технически и экономически целесообразно предусматривать дополнительные мероприятия по уменьшению потребляемой реактивной мощности, которые можно разделить на две группы:

1. снижение потребления реактивной мощности приемниками электроэнергии без применения компенсирующих устройств;

2. применение компенсирующих устройств.

К мероприятиям I группы относятся:

а) оптимизация графиков нагрузки,

б) уменьшение количества ступеней трансформации,

в) модернизация оборудования,

г) замена малонагруженных ЭД и трансформаторов на менее мощные,

д) применение СД вместо АД, где это возможно,

е) ограничение продолжительности х.х. ЭД и трансформаторов и т.д.

Мероприятия второй группы по уменьшению передачи реактивной мощности предприятиями от энергосистемы предусматривают установку синхронных компенсаторов и СД и специальных компенсирующих устройств (КУ) на предприятиях для выработки реактивной мощности в местах ее потребления. Примером КУ может быть конденсаторная батарея (С), подключаемая параллельно активно-индуктивной нагрузке (RL), например асинхронному двигателю. Принцип компенсации при помощи емкости поясняет векторная диаграмма (рис. 1). Из диаграммы видно, что подключение конденсатора С уменьшило угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки и соответственно повысило коэффициент мощности нагрузки. Уменьшился потребляемый из сети ток от I₁ до I₂, т. е. на ΔI.

Для компенсации реактивной мощности используют батареи конденсаторов (БК) и синхронные машины, в том числе специальные синхронные компенсаторы.

Размещение компенсирующих устройств (КУ) в сетях должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь мощности от реактивных нагрузок. Возможна компенсация:

- индивидуальная – с размещением КУ у токоприемника. В этом случае разгружается вся система внутреннего и внешнего электроснабжения. Недостаток – неполное использование.

- групповая – с размещением КУ у силовых шкафов в цехах. Здесь распределительная сеть до токоприемников не разгружается, но увеличивается время использования КУ.

- централизованная – с подключением КУ на шины 0,38 и на шины 6 -10 кВ.

В настоящее время выпускаются комплектные конденсаторные установки серии:

- УК; УКМ; УКЛ; БКЭ и др. [1,с. 130]

Схема автоматического одноступенчатого регулирования мощности КУ показана в [1, c. 140]

Расчет мощности компенсирующей установки будет рассмотрен в практической работе.

Согласно ПУЭ выбор и размещение устройств компенсации реактивной мощности в электрических сетях производится исходя из необходимости обеспечения требуемой пропускной способности сети в нормальных и послеаварийных режимах при поддержании необходимых уровней напряжения и запасов устойчивости.

Лекция № 15