vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

22

Продольная ёмкостная компенсация реактивной мощности

Назначение и область применения продольной компенсации

В воздушных сетях 35 кВ и выше потеря напряжения обусловлена главным образом индуктивным сопротивлением линии электропередачи. Это особенно сказывается при относительно низком коэффициенте мощности и больших сечениях проводов. Последовательное включение емкости в линию позволяет уменьшить или полностью компенсировать индуктивное сопротивление линии и трансформаторов. Последовательное включение компенсаторов в каждую фазу линии приводит к изменению сопротивления элементов сети:

Z r j(x xC ).

Произведение из сопротивления конденсатора на проходящий через него ток может рассматриваться как отрицательное падение напряжения или как дополнительная э.д.с., введенная в цепь, для компенсации падения напряжения, вызванного индуктивным сопротивлением. Величина этой э.д.с. прямо пропорциональна току в цепи. В связи с уменьшением потерь напряжения в линии предел отклонения напряжения на подстанциях снижается, чем улучшается режим напряжения электроприемников. Последовательно включенные конденсаторы регулируют колебания напряжения мгновенно.

Эффективность применения продольной компенсации зависти от отношения индуктивного сопротивления к активному. При большом значении активного сопротивления относительно индуктивного эффективность применения продольной компенсации незначительна даже при полной компенсации индуктивного сопротивления.

При малых изменениях COS у электроприемников напряжение остается почти постоянным

даже при изменениях нагрузки в широких пределах. Изменение COS в широких пределах

вызывает изменение напряжения у электроприемников, и эффект регулирования продольной компенсации несколько снижается. Реактивная мощность последовательного конденсатора на фазу равна:

Qп.к. Uп.к.I CU п2.к..

Как видно из рис. 67, в зависимости от хС последовательно включенных конденсаторов можно изменять величину напряжения U2 на конце линии. Реактивное сопротивление хС можно

выбрать таким, чтобы конденсаторы полностью компенсировали потери напряжения. Величина емкостного сопротивления конденсаторов, необходимого для полной конденсации продольной составляющей потери напряжения, равна:

хС х L rCOS 2 .

Компенсация может быть частичной (хС < хL), полной (хС = хL) и избыточной (хС > хL).

Потеря активной мощности в последовательно включенных конденсаторах очень малы. В параллельно включенных конденсаторах потеря мощности составляет 0,3-0,4% мощности батареи конденсаторов, или 3-4 вт на 1 квар мощности конденсатора. При последовательном включении

конденсаторов фактическое напряжение на каждом их них при любых нагрузках будет ниже номинального.

Напряжение на конденсаторах при продольной компенсации обычно не превышает 5-10%

фазного напряжения линии.

Для установок продольной компенсации линий 110 кв применяются конденсаторы 6-10 кв, для линий 35 кв – конденсаторы 1-3 кв. Установка продольной компенсации изолируется от земли

имежду фазами на полное рабочее напряжение линий.

Вустановках продольной компенсации возможны перенапряжения, которым подвергается конденсатор при протекании через установку чрезмерного тока нагрузки или короткого замыкания, и разряд конденсаторов при шунтировании установки разрядником. Конденсаторы для продольной компенсации в исполнении для наружных установок обладают большой перегрузочной способностью и допускают кратковременные перенапряжения до 4-кратного

номинального.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

23

В условиях промышленных предприятий продольная компенсация находит применение при резкой переменной нагрузке на линиях, питающих мощные сварочные установки, для питания дуговых печей, в целях регулирования напряжения и устранения колебаний его, а также для улучшения потока распределения в параллельных линиях электропередачи с различными соотношениями индуктивных и активных сопротивлений.

Повышение предела пропускной способности линий электропередачи по углу. Улучшение потока распределения в сетях

В длинных линиях электропередачи последовательно включенные конденсаторы повышают устойчивость энергетической системы. Если пренебречь активным сопротивлением линии, то передаваемая по линии мощность составит:

PU1U 2 SIN ,

xL

где U1 – напряжение в начале линии; U2 – напряжение в конце линии; − угол между векторами

напряжения в начале и конце линии; хL – полное индуктивное сопротивление линий. Максимальное значение теоретически передаваемой мощности (предел пропускной

В нагрузке в обычных электрических сетях до 110 кВ, если они не слишком длинны, обычно не достигают этого предела.

Применение продольной компенсации позволяет при тех же допустимых потерях напряжения увеличить передаваемую мощность.

При установке продольной компенсации без замены сечения линии электропередачи потери активной мощности возрастают пропорционально квадрату повышения передаваемой мощности. Если вместо продольной компенсации построить новую линию электропередачи, то потери также увеличатся. В зависимости от разности потерь для обоих случаев может быть решен вопрос о применении продольной компенсации. Предел пропускной способности по углу во многих случаях достигается в линиях 220 кВ и выше.

При параллельной работе двух линий электропередачи различных конструкций, имеющих неодинаковые величины отношения x/r, нагрузка по линиям распределяется не наивыгоднейшим

образом, т.е. не обратно пропорционально активным сопротивлениям.

Для улучшения потока распределения необходимо включить в линию последовательные конденсаторы с большим отношением x/r, что обеспечит более выгодное распределение нагрузки

и, следовательно, снизит потери в электрической сети. Так, например, если для двух параллельных

линий электропередачи x1 x2 , то для наивыгоднейшего распределения нагрузок между ними r1 r2

необходимо, чтобы

x1 (1 с) x2 , r1 r2

откуда степень компенсации

с 1 r1 x2 . r2 x1

Снижение потери напряжения

Потеря напряжения в линии при пренебрежении поперечной составляющей U=U1-U2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

24

где P и Q – активная и реактивная мощности, кВт и квар; U – линейное напряжение, кВ; r и x – активное и реактивное (индуктивное) сопротивления линии электропередачи, Ом.

Индексы 1 и 2 относятся, соответственно, к началу и концу линии электропередачи. Относительная потеря напряжения

Если принять, что при продольной компенсации напряжения U1 и U2 остаются равными

напряжениям без компенсации, то из предыдущего выражения следует, что включение установки продольной компенсации снижает относительную потерю напряжения до значения

Разность U* и U’*, т.е. снижение относительной потери напряжения, равна:

U сн cQx2 ; U

U сн % cx0 tg Pl , 10U 2

где Р – расчетная нагрузка, квт; l – длина линии, км;

х0 – индуктивное сопротивление 1 км провода, ом/км; U – номинальное линейное напряжение, кв.

Необходимая степень компенсации с определяется в зависимости от заданной величины снижения потери напряжения:

с10 Uсн %U 2 . x0tg Pl

Выразив через Q* Q относительные реактивные потери в линии, получим:

Q

U* c Q* SIN2 .

Предельное допустимое повышение уровня напряжения в конце линии U2макс определяет

максимальную степень компенсации, что соответствует полной компенсации потери напряжения в линии ( U’=0):

Мощность конденсаторов на 1% повышения напряжения при заданном S возрастает при

увеличении COS , в особенности значительно при COS , близком к 1 (рис. 68). Выбор мощности

последовательно включенных конденсаторов может быть сделан на основании следующего.

Если обозначить полную мощность, протекающую в линии, до конденсаторов S1, а после места включения их S1, то

S1 3U1I;

S2 3U2 I;

разделив S1 на S2, получим:

S1 U1 .

S2 U2

Мощности S1 и S1 могут быть выражены следующим образом:

S1 P22 Q2 Qп.к 2 ;

S2 P22 Q22 .

Отсюда

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

25

конденсаторов U2 к напряжению перед конденсаторами U1 является заданной величиной, которую

желательно получить при установке продольной компенсации.

Из рис. 69 видна зависимость регулирующего эффекта продольной компенсации от COS 2. Например, при COS 2 1 можно повысить напряжение только на 5%. Установка продольной

компенсации экономична при COS 2<0,9. Мощность конденсаторов при продольной компенсации

для повышения напряжения увеличивается с ростом значения коэффициента мощности.

Минимальная мощность последовательных конденсаторов требуется при COS 2 0,6.

На рис. 70 показано распределение напряжения вдоль компенсированной линии

электропередачи в зависимости от нагрузки и COS . Уменьшение напряжения от места питания до

места установки конденсаторов зависит от мощности, протекающей через конденсаторы.

Выбор числа и мощности конденсаторов при продольной компенсации

После выбора номинального тока батареи Iб и степени компенсации с определяют сопротивление батареи хб=схL, где хL – сопротивление линии электропередачи.

Номинальное напряжение батареи определяется из соотношения Uб Iб xб .

По величине Uб выбирают тип конденсатора, т.е. его номинальное напряжение и мощность. При последовательно-параллельных группах число последовательных рядов m выбирается таким, чтобы Uп.кm=Uб, а число параллельных групп в ряду п – по номинальному току конденсатора I из

если известна величина емкости конденсатора.

По необходимому сопротивлению батареи хб или ее току Iб определяется число групп:

Мощность трех фаз батареи Qб и ее фазное сопротивление определяется как

Qб 3Qп.к mn и xб mxп.к . n

В качестве примера выбора конденсаторов для продольной компенсации рассмотрим возможность передачи мощности 4000 квт при напряжении 35 кв на расстояние 50 км.

Ёмкость конденсаторной установки на фазу

С 5,5I SIN 103 мкф.U C