Мельников М.А. Внутрицеховое электроснабжения

каф. ЭСПП ЭЛТИ ТПУ

U'п =U'и − ∆U' =U'и − P'н rU+'пQ'н x ,

где ∆U' - потеря напряжения в сети при нагрузках P'н и Q'н и напряже-

нии U'п .

Изменение напряжения на нагрузке произойдет под влиянием двух факторов: снижения напряжения на источнике и изменения потери напряжения в сети. Изменение напряжения в узле нагрузки будет несколько меньше, чем у источника, т.е.

U п −U'п <U и −U'и ,

так как зависимости P = f(U) и Q = f(U) нелинейны. Иначе говоря, в связи с изменением нагрузки происходит саморегулирование напряжения Uп в соответствии со статическими характеристиками потребителей.

Это явление называется регулирующим эффектом нагрузки по напряжению. В результате этого эффекта новым значением напряжений U'и и U'п будут соответствовать новые численные значения в уравнении баланса

реактивной мощности (6.2).

Из рис.6.1 видно, что наибольшим регулирующим эффектом по напряжению обладает реактивная мощность, так как зависимость Q = f(U) значительно круче зависимости P = f(U .

Из рис.6.1 также видно, что регулирующий эффект нагрузки будет проявляться только до некоторого значения напряжения, называемого критическим Uкр. Для промышленных систем Uкр = 75-85%. При Uп < Uкр снижение напряжения вызовет рост реактивной нагрузки потребителя и, как следствие этого, увеличение потерь напряжения в сети ∆U . Рост ∆U , в свою очередь, приведет к дальнейшему снижению Uп. В этом случае возникает неустановившийся переходный процесс снижения напряжения, длящийся несколько секунд и называемый лавиной напряжения, при котором баланс по Q нарушается. В результате происходит нарушение устойчивости нагрузки.

Как следствие этого процесса, происходит остановка и отключение электродвигателей (саморазгрузка потребителя).

При остановке ЭД их реактивный ток возрастает, что приводит к их отключению защитными устройствами. После этого напряжение в сети восстанавливается. Лавина напряжения может возникнуть как во всей энергосистеме, так и в отдельных ее узлах при авариях, вызывающих резкий общий или местный дефицит по Q . Для предотвращения лавины напряжения принимаются специальные меры: создание резерва Q в генераторах электростанций, форсировка возбуждения генераторов, разгрузка их по напряжению и т.п. Следовательно, с точки зрения поддержания необходимого режима напряжения у ЭП дефицит Q является недопустимым.

Из чего складывается величина Qг∑ в уравнении баланса Q , т.е. приходная часть?

92

каф. ЭСПП ЭЛТИ ТПУ

Другими источниками реактивной мощности в энергосистемах являются ЛЭП. Линия обладает межпроводной емкостью и каждый провод - емкостью на землю. Под действием приложенного напряжения через эти емкости протекает ток, называемый зарядным током линии Iв, и он опережающий. Iв и напряжение линии U определяют величину зарядной мощности линии Qв, которая может рассматриваться как Qв , генерируемая линией. Qв зависит от напряжения линии, ее длины и конструкции.

ЛЭП является в то же время и потребителем Q , что связано с ее индуктивным сопротивлением. Это сопротивление и напряжение линии определяют величину реактивной мощности ∆ Qл , называемой потерями Q в линии.

Очевидно, что знаки Qв и ∆ Qл будут противоположны. Может быть, что они полностью компенсируют друг друга. Если предположить, что Qв =∆ Qл, то в соответствии с уравнением баланса по Q (6.2) генераторы электростанций будут обеспечивать полное покрытие всех реактивных нагрузок потребителей электроэнергии и реактивных потерь в трансформаторах ∆ QТ.

∆ QТ численно равны примерно 10% нагрузки этой подстанции Sнагр, а в сетях с несколькими ступенями трансформации потери увеличиваются в n-раз (n - число ступеней трансформации):

Например, при трех ступенях трансформации

∆ Qг∑ ≈ 30% Sнагр.

Рассмотрим на примере возможность полного покрытия всех реактивных нагрузок и реактивных потерь в трансформаторах за счет генераторов электростанции.

Допустим, что мы имеем сеть с тремя ступенями трансформации, от

электростанций выбраны из условия баланса активной мощности и работают

94

каф. ЭСПП ЭЛТИ ТПУ

В качестве собственных ИРМ в системах электроснабжения использу-

ются:

-генераторы электростанций и синхронные двигатели (СД) - синхронные машины;

-воздушные и кабельные линии электрических сетей;

-дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства: синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов поперечного включения высокого и низкого (до 1 кВ) напряжений, вентильные установки со специальным регулированием (статические компенсирующие устройства).

6.3.1.Технические характеристики источников реактивной мощности

Виды ИРМ различаются техническими и экономическими характеристиками, которые определяют область их рационального использования.

Синхронные машины

Технические характеристики синхронных машин как ИРМ одинаковы для всех видов синхронных машин. Они представляют собой плавно регулируемый ИРМ. За счет изменения тока возбуждения обеспечивается регулирование реактивной мощности по любому закону. На рис.6.4 приведена так называемая V-образная характеристика СД, представляющая собой зависимость тока статора I от тока возбуждения Iв при Р = const . Левая ветвь кривой соответствует недовозбуждению СД, в этом режиме он, как и асинхронный, представляет собой активную и индуктивную нагрузки сети. Правая ветвь - режим перевозбуждения, в этом режиме СД представляют собой активную и емкостную нагрузки сети, т.е. работает не только как двигатель, но и как компенсатор Q .

Минимальное значение тока статора - при значении cosϕ = 1,0. Из рис.6.4 следует, что работа СД с точки зрения теплового режима с cosϕ = = 1,0 возможна всегда, даже при 100%-ной активной нагрузке на его валу. При этом СД не потребляет из сети реактивной мощности. Именно этим и объясняется целесообразность использования СД вместо асинхронных той же мощности во всех случаях, когда это допускается технологией. В случае, если СД предназначен для нормальной работы в режиме перевозбуждения, т.е. с опережающим коэффициентом мощности, то он даже при 100%-ной загрузке активным током может компенсировать реактивную нагрузку сети. Компенсирующая способность СД - это отношение реактивной мощности, отдаваемой двигателем в сеть (кВАр), к полной мощности двигателя (кВАр). Ее не следует повышать на длительное время путем увеличения тока возбуждения сверх его номинального значения во избежание перегрева ротора. Единственно возможным путем увеличения компенсирующей способности на длительный период является снижение активной нагрузки СД при неизменном токе возбуждения, равном номинальному.

96

каф. ЭСПП ЭЛТИ ТПУ

На рис.6.5 приведена зависимость αm = f(β, Uo) , а на рис.6.6 номограмма для определения значения αm при номинальном токе возбуждения и U = Uн в зависимости от коэффициента β. Как уже отмечалось, СД нормальных серий изготавливаются с опережающим cosϕ = 0,9 независимо от реактивной мощности, которую предприятие может использовать. Поэтому в расчетных затратах должна учитываться только стоимость активных потерь электроэнергии на генерацию реактивной мощности и стоимость регулятора возбуждения, если он устанавливается специально для этих целей.

В табл.6.1 приведены значения номинальной активной мощности СД при различной частоте вращения ротора для различных энергосистем.

Таблица 6.1

Qсдраспи дополнительные потери.

∆P существенно зависит от Рн и частоты вращения двигателя. Чем ниже значение Рнсд и частота вращения СД, тем выше потери в двигателе на генерацию реактивной мощности. Потери активной мощности в СД на гене-

где Д1, Д2 - постоянные коэффициенты, зависящие от технических параметров СД. Их значения приведены в [9, 22].

Для группы параллельно работающих однотипных СД с одинаковым режимом работы величина суммарных потерь ∆P [кВт], обусловленных генерацией Q, будет равна

где Q - суммарная реактивная мощность, генерируемая всеми СД [МВАр]; Qн - номинальная мощность одного СД [МВАр].

98

100