Материал: Лекции полнотью

10

стабилизирующие напряжение, поэтому напряжение в системе не понижается ниже критического.

13.6. Потребители реактивной мощности

Основными потребителями реактивной мощности в электрических системах являются трансформаторы, воздушные электрические линии, асинхронные двигатели, вентильные преобразователи, индукционные электропечи, сварочные агрегаты и другие нагрузки. Суммарные абсолютные и относительные потери реактивной мощности в элементах сети весьма велики и достигают 50 % мощности, поступающей в сеть. Примерно (70 – 75) % всех потерь реактивной мощности составляют потери в трансформаторах различных ступеней напряжения. Так, в трехобмоточном трансформаторе ТДТН40000/220 при коэффициенте загрузки, равном 0,8, потери реактивной мощности составляют около 12 % номинальной мощности.

На промышленных предприятиях основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели - на их долю приходится (65 – 70) % реактивной мощности, потребляемой предприятием, (20 – 25) % приходится на трансформаторы, около 10% - на другие приемники и воздушные линии электропередачи.

Общая потребляемая реактивная мощность равна:

QС - суммарная генерация реактивной мощности в емкостных проводимостях линии;

QТ - суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах. Потери реактивной мощности в линии:

Приблизительные величины потерь реактивной мощности в линиях и генерации в проводимостях линий принимаются равными:

Потери в индуктивности и генерация в емкости линии имеют разные признаки, поэтому

Для ВЛ 110 – 150 кВ это почти строгое равенство. В этом случае по линии передается натуральная мощность.

Потери реактивной мощности в k параллельно работающих трансформаторах:

При характерных значениях u K % потери в трансформаторах ориен-

тировочно равны QТ 0,1kSНОМ 0,1SН , где SН kSНОМ .

В сетях с m ступенями трансформации ориентировочные потери составляют QТ 0,1mSН .

При правильном проектировании в любой электрической сети должен соблюдаться баланс полной мощности при соблюдении условий поддержания нормального режима. При этом необходимо обеспечить баланс реактивной мощности как для системы в целом, так и для отдельных узлов питающей сети с наличием в них необходимого резерва реактивной мощности.

Баланс реактивной мощности следует предусматривать для каждого характерного режима сети в отдельности. Это следующие режимы:

-наибольшей реактивной нагрузки (при наибольшем потреблении реактивной мощности и наибольшей необходимой мощности компенсирующих устройств);

-наибольшей активной нагрузки, связанной с наибольшей загрузкой генераторов активной мощностью при наименьшей их реактивной мощности;

12

- наименьшей активной нагрузки, связанной с отключением части генераторов и, следовательно, невозможностью генерации последними реактивной мощности;

- послеаварийные и ремонтные, связанные с наибольшими ограничениями передаваемой реактивной мощности по сети.

13.7. Выработка реактивной мощности на электростанциях

Полная мощность, вырабатываемая генератором, включает активную

Синхронные генераторы на электростанциях вместе с другими источниками реактивной мощности обеспечивают и регулируют баланс реактивной мощности в современных электрических сетях. При этом изменение реактивной мощности синхронных генераторов достигается соответствующим изменением тока возбуждения (рис.13.5).

Рис.13.5. Векторная диаграмма генератора при QГ QНОМ

В номинальном режиме генератор вырабатывает номинальные значения активной и реактивной мощностей при cos НОМ . Уменьшая ток воз-

буждения, можно снизить реактивную мощность, выдаваемую генератором. При снижении активной мощности в сравнении с номинальным значением возможна выдача увеличенной реактивной мощности сверх номинальной. Такое увеличение может быть допущено в пределах, ограничиваемых номинальными токами статора и ротора.

13

Возможность увеличения реактивной мощности за счет уменьшения активной допустимо использовать в случае избытка активной мощности, то есть в режиме минимума активной нагрузки. В этом случае некоторая часть генераторов, несущих активную нагрузку, может переводиться на работу с пониженным коэффициентом мощности.

Резерв реактивной мощности и возможность перегрузок по реактивной мощности очень важны при аварийном снижении напряжения.

Все генераторы оборудованы АРВ, которые при снижении напряжения на зажимах генератора автоматически увеличивают ток возбуждения и выработку реактивной мощности. Однако для увеличения выработки реактивной мощности нужно иметь в нормальном режиме резерв по току ротора при НОМ и по току статора при НОМ .

Анализ режима генератора, приведенный выше, показывает, что увеличить вырабатываемую им реактивную мощность можно лишь за счет уменьшения активной. Увеличение QГ в режиме наибольших нагрузок за

счет уменьшения Р Г , экономически нецелесообразно. Эффективнее вместо снижения Р Г применять для выработки реактивной мощности компенсиру-

ющие устройства. Поэтому, как правило, в сетях для покрытия потребности в реактивной мощности применяют компенсирующие устройства.

1

Лекция №14

14.1. Компенсация реактивной мощности

Активную мощность электрические сети получают от генераторов электрических станций, которые являются единственным источником активной мощности. В отличие от активной мощности реактивная мощность может генерироваться не только генераторами, но и компенсирующими устройствами - конденсаторами, синхронными компенсаторами или статическими источниками реактивной мощности (ИРМ), которые можно установить на подстанциях электрической сети. При номинальной нагрузке генераторы вырабатывают лишь около 60 % требуемой реактивной мощности, 20 % генерируется в ЛЭП с напряжением выше 110 кВ, 20% вырабатывают компенсирующие устройства, расположенные на подстанциях или непосредственно у потребителя.

Компенсация реактивной мощности, как всякое важное техническое мероприятие, может применяться для нескольких различных целей. Вопервых, компенсация реактивной мощности необходима по условию баланса реактивной мощности. Во-вторых, установка компенсирующих устройств применяется для снижения потерь электрической энергии в сети. И, наконец, в-третьих, компенсирующие устройства применяются для регулирования напряжения. Во всех случаях при применении компенсирующих устройств необходимо учитывать ограничения по следующим техническим и режимным требованиям:

-необходимому резерву мощности в узлах нагрузки;

-располагаемой реактивной мощности на шинах ее источника;

-отклонениям напряжения;

-пропускной способности электрических сетей.

Для уменьшения перетоков реактивной мощности по линиям и трансформаторам источники реактивной мощности должны размещаться вблизи мест ее потребления. При этом передающие элементы сети разгружаются по реактивной мощности, чем достигается снижение потерь активной мощности и напряжения. Эффект установки компенсирующих устройств в конце линии иллюстрируется рис.14.1, где приведены схемы замещения и векторные диаграммы токов и мощностей.

Без применения компенсирующих устройств в линии протекает ток и мощность нагрузки (рис.5.1,а):

При установке компенсирующих устройств в линии будут протекать меньшие по модулю ток и мощность, соответственно равные (рис.14.1,б):