3. Источники реактивной мощности

3.1. Общая характеристика источников реактивной мощности

На рис. 3.1. приведен пример схемы электроснабжения промышленного предприятия. В общем случае РМ потребляется асинхронными двигателями, злектротехнологическими установками, различными преобразователями рода тока как на напряжении до 1000 В (QH), так и на напряжении выше 1000 В (QB).

ÒÏ Q1

Рис.3.1

В некоторых случаях крупные электротермические установки - дуговые сталеплавильные, рудотермические печи и пр. - питаются на напряжении 35, 110 и даже 220 кВ (например, от трехобмоточных трансформаторов ГПП или от отдельных специальных). Кроме того, в СЭС ПП имеются потери реактивной мощности QT в трансформаторах цеховых ТП и ГПП.

Источниками РМ на ПП являются: генераторы энергосистемы (QЭС) и ТЭЦ (QТЭЦ); синхронные компенсаторы (QСК); высоковольтные (QКВ) и низковольтные (QКН) батареи конденсаторов; синхронные двигатели (QСД); компенсированные преобразователи. Следует учитывать РМ, которую генерируют также воздушные линии напряжением 35 кВ и выше, токопроводы напряжением 20 кВ и выше, а также кабельные линии напряжением 6 кВ и выше. Следует отметить, что синхронные компенсаторы и двигатели могут быть как источниками, так и потребителями реактивной мощности.

3.2. Генераторы энергосистемы и ТЭЦ

Синхронные генераторы (СГ) энергосистем вырабатывают как активную, так и реактивную мощности. Некоторые крупные ПП, например металлургические заводы, химические комбинаты, потреблявшие большое количество тепловой энергии, имеют свои теплоэлектростанции (ТЭЦ) или независимые источники питания. В этом случае ПП получает РМ и от СГ ТЭЦ.

21

СГ вырабатывают РМ как попутный продукт при выполнении их основной задачи - генерации активной мощности. Высокая надежность работы СГ, низкая удельная стоимость вырабатываемой ими РМ, плавное и автоматическое регулирование ее величины предопределяют использование СГ как основных источников РМ. В то же время передача РМ от СГ энергосистемы осуществляется на большие расстояния с большими потерями активной и реактивной мощностей. Последнее обстоятельство ограничивает использование этой РМ - во многих случаях более экономичным оказывается компенсация РМ на месте ее потребления. Оптимальные величины передаваемой из энергосистемы и генерируемой в СЭСПП реактивной мощности должны определяться технико-экономическими расчетами. Передача РМ от СГ ТЭЦ потребителям, как правило, осуществляется по коротким сетям, что сопровождается малыми потерями мощности и, следовательно, обусловливает возможность более широкого использования генерируемой ими РМ.

На возможность генерация РМ энергосистемой влияет режим ее потребления в СЭС ПП: в часы максимума электрических нагрузок энергосистемы возникает дефицит РМ, а в часы минимума - её избыток. В соответствии с этим предприятиям задается ряд показателей, характеризующих потребление РМ в указанные периоды времени - соответственно QЭ1 и QЭ2. При несоблюдении предприятиями режима потребления РМ к ним предъявляются штрафные санкции, действующие в виде системы скидок и надбавок к тарифам на электроэнергию за компенсацию РМ.

3.3. Синхронные компенсаторы

Синхронные компенсаторы (СК) специально устанавливаются для выработки РМ. Это один из видов синхронных машин, работающих без активной нагрузки на валу (валы СК выполняются облегченными, воздушные зазоры у них меньше, чем у синхронных двигателей и генераторов соответствующей мощности). В настоящее время выпускаются СК мощностью от 5 до 160 МВА.

Достоинствами СК как источников РМ являются: положительный регулирующий эффект, заключающийся в возможности быстродействующего, автоматического плавного с широкими пределами регулирования генерируемой или потребляемой РM и, следовательно, уровня напряжения в точке подключения СК к СЭС; достаточная термическая и электродинамическая стойкость обмоток СК во время коротких замыканий; допускают 2...3 - кратные перегрузки по току; возможность восстановления поврежденных СЭС путем проведения ремонтных работ. В то же время СК, являясь вращающимися машинами, более сложны в эксплуатации и имеют значительные удельные потери активной мощности (около 100 Вт/квар) при выработке РМ.

На ПП применение СК допускается, тогда мощность КУ превышает 10 Мвар, Как правило, СК устанавливаются на крупных районных подстанциях энергосистемы. Для уменьшения колебаний напряжения, обусловленных, резкопеременными реактивными нагрузками, применяются быстродействующие СК типа CK-10000-8 мощностью 7,7 Мвар на напряжение 10 кВ и мощностью 10 Мвар на напряжение б кВ. Максимальная скорость изменения реактивной мощности, выдаваемой в сеть, составляет 130 Мвар/с, возможна кратковременная работа с 2- кратной перегрузкой. СК успешно работают на некоторых металлургических заводах, в частности в СЭС станов горячего проката.

3.4. Синхронные двигатели

Синхронные двигатели (СД) вырабатывают РМ как попутный продукт при выполнении своей основной задачи - преобразовании электрической энергии в механическую. Поэтому удельные затраты на выработку РМ двигателями малы, т.к. капитальные затраты на их установку относятся по прямому назначению СД.

СД как источники РМ обладают следующими достоинствами: находятся непосредственно в цехе, поэтому потери активной мощности на передачу РМ минимальны; обеспечивают плавное

22

регулирование РМ; повышают предел устойчивости нагрузки за счет регулирования напряжения в точке присоединения к СЭС.

Характер и значение реактивной мощности СД определяются величиной тока возбуждения в обмотке ротора. На рис.3.2 приведены кривые зависимости тока статора IСТ и реактивной мощности СД QСД от тока возбуждения iВ при различных значениях коэффициента загрузки β

по активной мощности СД. Левые ветви кривых соответствуют недовозбуждению СД - в этом режиме СД представляет для сети активно-индуктивную нагрузку. Правые ветви кривых соответствуют режиму перевозбуждения - в этом режиме СД представляет для сети активноемкостную нагрузку, т.е. работает не только как двигатель, но и как источник РМ.

Техническая возможность использования СД в качестве источников РМ ограничивается наибольшей величиной реактивной мощности QСД.М, которую он может генерировать без нарушения условий допустимого нагрева обмоток и электротехнической стали статора и ротора.

Условия работы СД характеризуются следующими основными параметрами:

коэффициентом загрузки по активной мощности β= P ; коэффициентом загрузки по РМ

PH

α = Q ; относительной величиной напряжения на зажимах U = U . При номинальных

QH UH

условиях работы, когда β =1 и U =1, СД может длительно генерировать номинальную РМ

QСД.Н. При загрузке по активной мощности β <1 величина генерируемой РМ может быть увеличена. Эту мощность называют располагаемой или максимальной РМ СД при данной нагрузке, которая определяется по формуле

Наибольшая допустимая перегрузка αМ СД зависит от его загрузки по активной мощности β и коэффициента cos ϕ, с которым СД должен работать. Кроме номинальной QСД.Н и

располагаемой QСД.М реактивных мощностей СД следует различать оптимальную реактивную мощность QСД.ОПТ СД, которая определяется при оптимизационных расчетах источников РМ СЭС ПП. Разность между располагаемой и оптимальной мощностями используется в качестве резерва РМ предприятия. Следует отметить, что СД выпускаются с номинальной РМ QСД.Н=0,5 РСД.М, которую они могут генерировать в сеть.

23