3.9.4. Використання синхронних двигунів для компенсації реактивної потужності

Синхронний двигун (СД), як і будь-яка інша синхронна машина, може генерувати чи споживати реактивну потужність в залежності від значення струму збудження. Йому притаманні всі технічні переваги, що властиві синхронному компенсатору, а доцільність його використання для компенсації реактивної потужності необхідно визначати в економічному порівнянні з іншими засобами, в першу чергу з батареями статичних конденсаторів.

В промисловості СД застосовують для приводу відносно потужних механізмів з тривалим режимом роботи – насосів, вентиляторів, компресорів, транспортерів тощо. Виробники випускають СД з випереджуючим номінальним коефіцієнтом потужності, рівним 0,9, тому їх можна використовувати як джерела реактивної потужності (ДРП). Технічна можливість використання СД як ДРП обмежується найбільшим значенням реактивної потужності, яку він може генерувати без порушення умов нагріву активних частин двигуна – обмоток та заліза статора та ротора.

Умови роботи СД характеризуються наступними параметрами:

• коефіцієнтом завантаження за активною потужністю

= Р/Р_н; (3.53)

• коефіцієнтом завантаження за реактивною потужністю

Q/Q_н; (3.54)

• відносним значенням напруги на двигуні

U*=U/U_н, (3.55)

де P, Q, U – фактичні значення активної та реактивної потужностей і напруги на двигуні; Р_н, Q_н, U_н – номінальні значення цих величин.

За умов відхилення параметрів режиму СД від номінальних значення реактивної потужності, яку він може генерувати визначають за формулою

Q_м Q_н, (3.56)

де – найбільше допустиме значення коефіцієнта завантаження , яке залежить від завантаження СД активною потужністю та відносної напруги на двигуні U*

. (3.57)

На рис.3.25 показано приклад цих залежностей для двигуна типу СДН-18-71-12 потужністю 6300 кВт номінальною напругою 6,3 кВ.

Рис. 3.25. Залежності максимально можливої реактивної потужності від коефіцієнта завантаження для двигуна СДН-18-71-12 за різними значеннями напруги

Під час техніко-економічних порівняння СД з іншими ДРП необхідно враховувати втрати активної потужності, які обумовлені генеруванням ним реактивної потужності. Відповідними дослідженнями [3.5] було доведено, що ці додаткові втрати в двигуні можна визначити в залежності від значення генерованої ним реактивної потужності Q за формулою

(3.58)

де D₁ та D₂ – постійні величини для даного двигуна, які визначаються з таблиць і характеризують втрати активної потужності в двигуні під час генерування реактивної.

Вартість втрат енергії в СД на генерування реактивної потужності за рік можна наближено визначити за часом увімкнення Т_у та середньою вартістю кіловат-години C_о(чи тарифом)

Т_у C_о. (3.59)

Для порівняння з іншими ДРП необхідно визначити дисконтовані витрати з врахуванням витрат на регулятор, якщо він встановлюється тільки для регулювання реактивної потужності. Ці витрати визначають за формулою

. (3.60)

Дисконтовані витрати на генерування двигуном реактивної потужності порівнюють з витратами конкуруючого варіанту компенсації. Можливі наступні розрахункові випадки:

1. Споживачі реактивної потужності приєднані до того ж РП середньої напруги, що і синхронні двигуни;

2. Споживачі приєднані до іншого РП;

3. На підприємстві існують тільки споживачі НН.

Для першого випадку визначають розрахункові витрати на конденсаторну батарею СН потужністю Q_кс, як конкуруючий варіант компенсації такої ж потужності, яку генерують синхронні двигуни.

В другому розрахунковому випадку слід врахувати додатково до витрат на генерування реактивної потужності в СД витрати, пов’язані з пересиланням реактивної потужності від одної РП до іншої: на втрати електроенергії в кабельних лініях, які завантажуються реактивною потужністю, а також на можливе збільшення перерізу кабелів, яке може бути необхідним внаслідок збільшення повного струму.

За наявності на підприємстві тільки споживачів НН дисконтовані витрати на конденсаторні батареї загальною потужністю Q_кн = Q_СД, які визначаються за формулою, ідентичною (3.60), слід порівняти з витратами на генерування реактивної потужності в СД та витратами на додаткову потужність трансформаторів, на збільшення перерізу кабелів, а також на додаткові втрати електроенергії в елементах мережі, через які передаватиметься реактивна потужність від СД.

Вибирають із розглянутих той варіант, розрахункові витрати якого найменші. Однак, за невеликої різниці витрат (до 15-20 %) на користь варіанту з конденсаторами слід все ж вибирати варіант з використанням СД як такий, що має суттєві технічні переваги (швидкість та плавність регулювання, можливість форсування потужності, тощо).