Меню

Балансовые расчеты реактивной мощности



Баланс реактивной мощности

Как отмечалось выше, характерной особенностью установившегося режима работы ЭЭС является одновременность процессов генерирования и потребления одного и того же количества мощности. Следовательно, в установившемся режиме работы ЭЭС в каждый момент времени соблюдается баланс как активной, так и реактивной мощностей.

По аналогии с (2.1) уравнение баланса реактивной мощности имеет вид

где SQг – суммарная реактивная мощность, генерируемая в ЭЭС;

SQн – суммарная реактивная мощность потребителей ЭЭС;

SQсн – суммарная реактивная мощность собственных нужд электростанций;

DQS – суммарные потери реактивной мощности.

Генерация реактивной мощности SQг в ЭЭС осуществляется не только генераторами электростанций, но и высоковольтными воздушными и кабельными линиями электропередачи (за счет их емкостной проводимости), а также специально устанавливаемыми в ЭЭС источниками реактивной мощности, называемыми компенсирующими устройствами (КУ).

Таким образом, уравнение баланса реактивной мощности можно записать более подробно:

где SQэс – суммарная реактивная мощность, вырабатываемая генераторами электростанций;

SQс – суммарное генерирование реактивной мощности линиями электропередачи;

SQк – суммарная мощность КУ.

Баланс реактивной мощности рассчитывается, как правило, для режима наибольшей нагрузки. Реактивная мощность, вырабатываемая генераторами электростанций SQэс, определяется их загрузкой активной мощностью и коэффициентом мощности cosj, номинальное значение которого составляет 0,8. 0,9. Генераторы являются основными источниками реактивной мощности и вырабатывают около 60 % требуемой в ЭЭС реактивной мощности.

Суммарная реактивная мощность потребителей SQн определяется на основании данных о расчетных активных нагрузках потребителей и коэффициентах мощности этих потребителей.

Потери реактивной мощности в трансформаторах зависят от их загрузки и достигают при одной трансформации 8. 10 % от полной передаваемой мощности. Потери реактивной мощности в линиях зависят от их протяженности и загрузки и могут достигать 10 % от передаваемой по линиям полной мощности. Реактивная составляющая нагрузки собственных нужд электростанций SQсн определяется по активной мощности собственных нужд с учетом cosj @ 0,7.

Высоковольтные линии электропередачи за счет своей емкостной проводимости генерируют реактивную (зарядную) мощность в сеть. Для одного класса номинального напряжения Uном величина зарядной мощности и может быть рассчитана по известной формуле

где b –удельная емкостная проводимость линии; b=2,6-2,8 Сим/км для ВЛ напряжением до 220 кВ; b=3,5-3,9 Сим/км для ВЛ 330 кВ и выше;

Lå – суммарная длина линий в одноцепном исполнении.

После оценки значений всех составляющих баланса реактивной мощности (3.2) рассчитывается требуемая мощность компенсирующих устройств Qк, которую необходимо разместить в ЭЭС.

Для понимания процессов в ЭЭС, возникающих при нарушении баланса реактивной мощности, рассмотрим статическую характеристику комплексной реактивной нагрузки по напряжению (рис. 3.1).

Из рис. 3.1 видно, что при изменении напряжения в узле меняется реактивная мощность, потребляемая в этом узле. При уменьшении напряжения приблизительно до 0,85Uном реактивная мощность уменьшается вследствие уменьшения намагничивающей мощности асинхронных двигателей и трансформаторов. При дальнейшем снижении напряжения асинхронные двигатели, составляющие 60…70 % комплексной нагрузки, начнут затормаживаться вследствие уменьшения их вращающегося момента. Потребление реактивной мощности этими двигателями увеличивается. В результате увеличения потребления реактивной мощности увеличиваются потери напряжения в сети, что приводит к дальнейшему уменьшению напряжения на нагрузке. Процесс уменьшения напряжения приобретает лавинообразный характер и носит название лавины напряжения. При такой ситуации асинхронные двигатели останавливаются (опрокидываются).

Для предотвращения лавины напряжения применяется форсировка возбуждения синхронных генераторов, синхронных компенсаторов и синхронных двигателей, а также отключение части нагрузки.

Рис. 3.1. Обобщеннаястатическаяхарактеристика реактивной мощности

комплексной нагрузки по напряжению

Поскольку существует зависимость потребляемой реактивной мощности от напряжения, очевидно, что существует и обратная зависимость между этими величинами. Изменение поступающей в узел нагрузки реактивной мощности вызовет изменение напряжения в этом узле. Следовательно, требуемый уровень напряжения в отдельных узлах электрической сети может быть обеспечен лишь при определенном распределении реактивных мощностей. Всякое отклонение от этого распределения реактивных мощностей вызовет отклонения напряжения в узлах сети от требуемого уровня.

При дефиците реактивной мощности в каком-то узле напряжение в этом узле уменьшается, а при избытке реактивной мощностиувеличивается.

Дата добавления: 2015-03-26 ; просмотров: 3571 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Баланс реактивной мощности в проектируемой сети

Согласно [6 п.5.36.1] в нормальных режимах работы энергосистем следует обеспечивать режим работы генераторов на электростанциях с коэффициентом мощности, близким к номинальному.

Согласно [14], основным, но не единственным источником реактивной мощности в системе являются генераторы электростанций. Они вырабатывают одновременно активную и реактивную мощности. Часть потребителей потребляет из сети чисто активную мощность (электрические лампы накаливания, нагревательные приборы, печи сопротивления и т.п.) Другая часть, с наличием в цепи индуктивного сопротивления, в процессе работы потребляет не только активную, но и реактивную мощность, необходимую для создания электромагнитных полей (электродвигатели, сварочные и силовые трансформаторы и т.д.). У этих электроприемников ток отстает от приложенного напряжения на некоторый угол φ, называемый углом сдвига фаз. Косинус этого угла (cos φ) называется коэффициентом мощности цепи.

Читайте также:  Замер мощности ваз 21127

Для линий трехфазного тока активная мощность (Вт)

Реактивная мощность (Вар)

Q=√3U I sin φ или Q=P tg φ,

где tg φ – коэффициент реактивной мощности цепи

Коэффициент реактивной мощности tg φ является более показательным для оценки реактивной составляющей нагрузки, так как он непосредственно выражает значение реактивной мощности в долях активной мощности.

Полная мощность (ВА), отдаваемая генератором в электрическую сеть при номинальных условиях работы, определяется выражением

где — номинальная активная мощность генератора при номинальном значении коэффициента мощности, — реактивная мощность ( соответствует номинальному значению коэффициента реактивной мощности генератора).

Из выражения видно, что с увеличением потребления реактивной мощности когда реактивная мощность генератора QГ становится больше QГном для сохранения номинальной полной мощности генератора активная нагрузка должна быть снижена (в нашем случае этого делать нельзя, так как потребитель должен получить требуемую ему активную мощность). Если активную мощность не снижать, то все звенья электрической сети загрузятся дополнительной реактивной мощностью. Ток во всех звеньях сети (при сохранении необходимой потребителям активной мощности) возрастает. Дополнительная загрузка генераторов, силовых трансформаторов и сетей реактивной составляющей тока (при сохранении передаваемой активной мощности) приводит к перегрузу генераторов, трансформаторов и сетей. Потребуется увеличение пропускной способности всей системы электроснабжения, т.е. сооружение более мощных электростанций, подстанций, увеличение сечений проводов сети, а также появятся дополнительные эксплуатационные расходы. Кроме того, при увеличении тока в сети увеличиваются падения напряжения в ней, что может привести к дополнительному (недопустимому) понижению напряжения у потребителей удаленных от источника питания, и как следствие может потребоваться дополнительная установка средств регулирования напряжения. Увеличение тока также влечет за собой увеличение потерь мощности и энергии на нагревание проводов и обмоток трансформаторов электрической сети.

На основании выше изложенного следует вывод: между значением реактивной мощности, вырабатываемой генераторами электрических станций, и значением реактивной мощности, потребляемой электроприемниками, должен существовать баланс. Нарушение этого баланса за счет увеличенного потребления реактивной мощности приводит к отрицательным последствиям. Поэтому очень важной задачей является резкое снижение потребления реактивной мощности, особенно в часы максимальных нагрузок системы и потребителя. С этой целью проводят мероприятия по уменьшению потребления реактивной мощности электроприемниками от энергосистемы (т.е. от генераторов электростанций). Достичь этого можно, предусмотрев компенсацию реактивной мощности с помощью специальных компенсирующих устройств (КУ).

Основным типом КУ, устанавливаемых на подстанциях потребителей, являются конденсаторные батареи.

В электроэнергетической системе, для каждого узла системы (на основе специальных расчетов распределения реактивной мощности) определяется реактивная мощность, которую целесообразно передавать из системы в распределительные сети, питающиеся от того или иного узла.

Поэтому при проектировании распределительной электрической сети, получающей питание от системы, задается реактивная мощность Qc(или tgφс), которую целесообразно потреблять из системы в заданном узле присоединения в режиме наибольших нагрузок. Потребление большей мощности приведет к дополнительной загрузке системных источников (генераторов) реактивной мощностью, к дополнительным затратам на генерацию и передачу этой мощности и, следовательно, к отступлению от оптимального режима питающей системы (об этом сказано выше). В связи с этим в проекте следует предусмотреть мероприятия по целесообразному потреблению реактивной мощности от системы. Для этого необходим расчет баланса реактивной мощности в проектируемой сети.

Решить вопрос о необходимости установки КУ в проектируемой сети следует до выполнения расчетов возможных вариантов схемы и параметров сети. Вызвано это тем, что компенсация реактивной мощности влияет на передаваемые мощности по линиям электропередачи и через трансформаторы, влияет на потери мощности и напряжения в элементах сети и может повлиять на выбираемые номинальные мощности трансформаторов и сечения проводов линий электропередач в сторону их уменьшения. Таким образом, выбор мощности КУ и их размещение влияют на оценку технических и технико-экономических показателей вариантов схемы сети и, следовательно, на принятие окончательного решения по рациональной схеме проектируемой сети района.

Читайте также:  Дизельный двигатель потеря мощности причины

В окончательно выбранном варианте электрической сети (после расчетов режимов) мощности КУ должны быть уточнены для обеспечения выполнения баланса реактивной мощности.

При небольшом количестве пунктов потребления, рассматриваемых в данном проекте (обычно от 4-х до 6-и), результаты расчетов баланса реактивной мощности для разных вариантов схем сетей (при совпадающих номинальных напряжениях) отличаются незначительно. Поэтому расчет баланса реактивной мощности допустимо выполнять для одного из вариантов схемы электрической сети. В случае необходимости этот расчет может быть уточнен после окончательного выбора схемы сети.

Суммарная наибольшая реактивная мощность, потребляемая от источника питания (от системной подстанции или от шин электростанции), для проектируемой сети, может быть оценена по выражению:

где k0(Q)– коэффициент одновременности наибольших реактивных нагрузок потребителей, k0(Q)”0,98; – наибольшая реактивная нагрузка узла i; n – количество пунктов потребления электроэнергии; DQl– потери реактивной мощности в линии l; l – номера линий в рассматриваемой сети (l=1, 2. m)

DQc,l реактивная мощность, генерируемая линией l , DQT,∑ – суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах.

Для оценки потерь реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах можно принять, что при каждой трансформации напряжения потери реактивной мощности составляют приблизительно 10% от передаваемой через трансформатор полной мощности

где aт,i – количество трансформаций напряжения от источника до потребителей в i-м пункте сети.

Потери реактивной мощности в линии DQl существенно зависят от передаваемой мощности и длины линии; генерируемая линией реактивная мощность DQс,l пропорциональна длине линии. Обе эти величины зависят от напряжения электропередачи, причем потери мощности обратно пропорциональны, а зарядная мощность прямо пропорциональна квадрату напряжения линии электропередач. Вследствие этого соотношение DQl и DQc,l весьма различается для линий разных номинальных напряжений. Сечение проводов воздушной линии практически не оказывает влияние на величины DQl и DQc,l.

Для воздушных линий 110 кВ допускается на этой стадии расчета принимать равными величины потерь DQl и генерации реактивной мощности DQc,l.Для сетей с номинальным напряжением 220 кВ целесообразен расчет потерь реактивной мощности и расчет зарядной мощности линий. Для оценки потерь реактивной мощности в воздушных линиях 220 кВ удельное реактивное сопротивление линии может быть принято равным 0,42 Ом/км, а удельная генерация реактивной мощности qc=0,14 Мвар/км. При этом следует учитывать количество цепей воздушной линии.

Полученное по (2.3) значение суммарной потребляемой реактивной мощности Qп,нбсравнивается с указанным в задании значением реактивной мощности которую целесообразно получать из системы А — Qс илис определенным по указанному в задании на проект значению коэффициента реактивной мощности tgφA

В случае если Qп,нбЈ необходимость в установке конденсаторных установок (КУ) в узлах проектируемой сети отсутствует, так как системные источники реактивной мощности полностью покрывают всю потребность в ней.

При Qп,нб > Qс в проектируемой сети должны быть установлены КУ, суммарная мощность которых определяется из выражения

Как уже отмечалось выше, основным типом КУ являются конденсаторные батареи, подключаемые к распределительным устройствам 10 кВ подстанций проектируемой сети.

2.4. Выбор и размещение компенсирующих устройств
в электрической сети

Конденсаторные батареи суммарной мощностью QK,S должны быть распределены между подстанциями проектируемой сети таким образом, чтобы потери мощности в сети были минимальны. Решение этой задачи для сложной распределительной электрической сети может быть получено только с помощью специальных методов оптимизации режимов и расчета на ЭВМ по специальным программам. В то же время для достаточно простых схем, рассматриваемых в курсовом проекте, можно дать некоторые рекомендации по решению данной задачи без применения ЭВМ:

а) в электрических сетях двух и более номинальных напряжений (например, 220/110 кВ) следует в первую очередь устанавливать КУ в сетях 10 кВ, питающихся от подстанций более низкого номинального напряжения (например, 110 кВ).

б) в сети одного номинального напряжения экономически целесообразна, в первую очередь, компенсация реактивной мощности у наиболее электрически удаленных потребителей (по активному сопротивлению сети). При этом может быть экономически целесообразна полная компенсация реактивной мощности на данных подстанциях.

в) при незначительной разнице в электрической удаленности подстанций от источника питания в сети одного номинального напряжения, расстановка КУ может производиться по условию равенства коэффициентов реактивной мощности нагрузок на шинах 10 кВ, удовлетворяющему требованию баланса реактивной мощности в проектируемой сети (tgφб)

Читайте также:  Как определить среднюю мощность рлс

где i, nк – номера подстанций, на которых предусматривается установка конденсаторных батарей. Здесь tgφб равен заданному tgφА для источника питания А.

Тогда расчетная мощность конденсаторных батарей в каждом из рассмотренных узловудовлетворяющему требованию баланса реактивной мощности в проектируемой сети определяется в соответствии с выражением

здесь tgφб = tgφА .

Кроме того, существуют еще документы, в которых приводятся рекомендации по выбору компенсирующих устройств. Одним из последних является приказ №49 от 22.02.2007 г. Министерства промышленности и энергетики [11].

Согласно этому приказу, который называется «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств… потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии» устанавливаются требования к расчету значений соотношения потребления активной и реактивной мощности. Значения соотношения потребления активной и реактивной мощности (tgφ) определяются в виде предельных значений коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети, соблюдение которых обеспечивается покупателями электрической энергии (мощности) посредством соблюдения режимов потребления электрической энергии (мощности) либо использования устройств компенсации реактивной мощности. При этом значение коэффициента реактивной мощности в часы малых суточных нагрузок электрической сети, устанавливается равным нулю.

В случае участия потребителя по соглашению с сетевой организацией в регулировании реактивной мощности в часы больших и/или малых нагрузок электрической сети, в договоре энергоснабжения определяются также диапазоны значений коэффициентов реактивной мощности, устанавливаемые отдельно для часов больших и/или малых нагрузок электрической сети и применяемые в периоды участия потребителя в регулировании реактивной мощности.

В общих требованиях к расчету указано, что сумма часов составляющих периоды больших и малых нагрузок должна быть равна 24 часам. Часами больших нагрузок считается период с 7 час. 00 мин. до 23 час. 00 мин., а часами малых нагрузок – с 23 час. 00 мин. до 7 час. 00 мин.. Значения коэффициентов реактивной мощности определяются отдельно для каждой точки присоединения к электрической сети в отношении всех потребителей, за исключением потребителей, получающих электрическую энергию по нескольким линиям напряжением 6-20 кВ от одной подстанции или электростанции, для которых эти значения рассчитываются в виде суммарных величин.

Для потребителей, присоединенных к сетям напряжением 220 кВ и выше, а также к сетям 110 кВ, в случаях, когда они оказывают существенное влияние на электроэнергетические режимы работы энергосистем (энергорайонов, энергоузлов), предельное значение коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети, а также диапазоны коэффициента реактивной мощности, применяемые в периоды участия потребителя в регулировании реактивной мощности, определяют на основе расчетов режимов работы электрической сети в указанные периоды, выполняемых как для нормальной, так и для ремонтной схем сети.

Предельные значения коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы наибольших суточных нагрузок электрической сети, для потребителей, присоединенных к сетям напряжением ниже 220 кВ, определяются в соответствии с приложением к настоящему Порядку и приведены ниже.

Предельное значение коэффициента реактивной мощности при присоединении потребителя к электрической сети напряжением

6-20 кВ и 35 кВ составляет 0,4 (tgφпред = 0,4),

110 кВ составляет 0,5 (tgφпред = 0,5),

0,4 кВ составляет 0,35 (tgφпред = 0,35).

При выполнении выше приведенных норм коэффициент реактивной мощности tgφi(пред) на шинах (6)10-20 кВ в период наибольших нагрузок не должен превышать предельного значения tgφi(пред) = 0,4.

В практических расчетах по выбору компенсирующих установок используют еще другой документ, который называется «Указания по проектированию установок компенсации реактивной мощности в электрических сетях общего назначения промышленных предприятий» РТМ36.18.32.6-92 [10], разработанный институтом Тяжпроэлектропроект г. Москва (указания приняты в 1993 году и пока являются действующими). В соответствии с этими указаниями, выбор компенсирующих устройств должен проводиться для режима наибольших реактивных нагрузок. В качестве средств компенсации реактивной мощности принимаются батареи низковольтных (БНК), высоковольтных (БВК) конденсаторов и синхронные электродвигатели.

Так как в данном курсовом проекте рассматриваются сети напряжением 10 кВ и выше, т.е. высоковольтные сети, в составе которых отсутствуют синхронные двигатели, и не рассматриваются сети низкого напряжения (U

Источник