3.9.5. Оптимізація місця приєднання конденсаторної батареї до струмопроводу з рівномірно розподіленим навантаженням

Розглянемо випадок, коли згідно з розподілом в цеху компенсувальних пристроїв необхідно встановити конденсаторну батарею (КБ) для компенсації реактивного навантаження споживачів та електроприймачів, приєднаних до окремого струмопроводу та рівномірно розподілених вздовж нього (рис.3.26). В залежності від точки приєднання КБ до струмопроводу будуть змінюватись ті втрати активної потужності в ньому, які залежать від реактивної складової навантажень. Завдання полягає у визначенні точки приєднання КБ за умов забезпечення мінімального рівня цих втрат [3.5].

Рис.3.26. Розрахункова схема струмопроводу для визначення

оптимального місця приєднання КБ

На схемі позначено: L_o– довжина магістральної частини струмопроводу, до якої навантаження не приєднано; L – довжина розподільної частини струмопроводу, до якої приєднане рівномірно розподілене навантаження загальною потужністю Р(кВт) та Q(квар); l – відстань від початку розподільного струмопроводу до оптимальної точки приєднання КБ; Q_c – потужність КБ (квар); L_e– відстань від трансформатора до оптимальної точки приєднання КБ.

Втрати активної потужності в розподільному струмопроводі від реактивної складової навантажень з приєднаною КБ на відстані l складають

, (3.61)

де U_н – номінальна напруга мережі, кВ;

Q_х1 – реактивне навантаження струмопроводу від початку до точки приєднання КБ, квар;

– те саме від точки приєднання КБ до кінця струмопроводу, квар;

– диференціал опору розподільного струмопроводу, Ом;

х – поточна координата точки на розподільному струмопроводі, м;

– питомий опір матеріалу струмопроводу, Ом м/мм²;

F – переріз фази струмопроводу, мм².

Легко довести, що

; та ; (3.62)

Після підстановки (3.62) в (3.61), виконання інтегрування по х, потім диференціонування по l та прирівнювання до нуля, отримуємо

,

після спрощення

,

звідки можна визначити оптимальну відстань

й, відповідно,

L_e=L_о+(1– )L.

Приклад 3.1. Для розподільного струмопроводу довжиною L=150 м з рівномірно розподіленим реактивним навантаженням Q=700 квар визначити місце приєднання КБ потужністю Q_с=400 квар за умов забезпечення мінімуму втрат активної потужності.

Рішення:

l_e=(1– )150=107 м

3.9.6. Баланс реактивної потужності та забезпечення вимог постачальної системи в різних режимах

Ведення режиму роботи компенсувальних пристроїв у розподільчих мережах підприємств в сучасних умовах повинно здійснюватись автоматично, для чого використовуються різні типи автоматичних регуляторів. На регулювання потужності компенсувальних пристроїв певні умови накладає система в максимальному та мінімальному режимах свого навантаження. Безпосередньо за значенням генерованої компенсатором потужності регулювання, як правило, не здійснюється. В типових схемах автоматичного регулювання закладається можливість корегування передавальної функції регулювання за величиною коефіцієнта потужності навантаження, або за реактивною складовою струму, або за комбінацією величин повного струму та коефіцієнта потужності. Відомі також схеми регулювання за часом доби та інші [3.16].

Велике значення можуть відігравати компенсатори реактивної потужності для підтримання статичної та динамічної стійкості вузлів навантаження та електричної системи в цілому. Дуже часто наявність компенсаторів за рахунок підвищення рівня напруги збільшує коефіцієнти запасу статичної стійкості окремих двигунів та вузлів навантаження.

В умовах пуску потужних двигунів та під час коротких замикань для підтримання динамічної стійкості велике значення відіграють швидкодіючі системи регулювання та форсування потужності компенсувальних пристроїв. Навпаки, нерегульовані конденсаторні батареї, а також такі регульовані, які перед процесом короткого замикання знаходились в режимі максимального генерування, в окремих випадках можуть відігравати і негативну роль внаслідок притаманного конденсаторам зворотнього регулювального ефекту за напругою.

Розглянемо вплив автоматичного регулятора збудження (АРЗ) синхронного двигуна на стійкість. Регулювання збудження здійснюється як за напругою, так і за коефіцієнтом потужності навантаження [12]. За нормальною напругою на шинах струм збудження регулюється таким чином, що під час змін активного навантаження підтримується задане значення коефіцієнта потужності. Якщо ж напруга зменшилась до певного значення, АРЗ переходить на регулювання за напругою. Зміна е.р.с. двигуна приблизно пропорційна відхиленню напруги поки е.р.с. не досягла найбільшого значення. Тоді включається форсування збудження - струм збудження сягає граничного значення, як і реактивна складова струму статора. Такий режим можливий тільки короткочасно, щоб запобігти перегріванню двигуна. За наявності тиристорних збуджувачів з живленням від мережі граничний струм збудження та максимальна е.р.с. залежать від напруги в мережі, тому у випадку значного зниження напруги в мережі форсувальна здатність таких двигунів зменшується. Регулювання збудження СД за напругою суттєво знижує його критичну напругу, підвищуючи таким чином його статичну стійкість, а вплив на стійкість асинхронного навантаження визначається потужністю синхронних двигунів та зовнішнім опором: чим більші обидві ці величини, тим більше регулювання струму збудження СД сприяє підтриманню напруги на їх шинах.

Вплив нерегульованих конденсаторних батарей на статичну та динамічну стійкість двигунів проаналізуємо для таких випадків:

1. – конденсатори встановлюються за умовами компенсації реактивної потужності; після їх увімкнення напруга підвищується до такого рівня, що необхідно її знизити зміною коефіцієнтів трансформації відповідних трансформаторів;

2. – аналогічно щодо конденсаторів, але для відновлення напруги зменшуються струми збудження ближніх генераторів або компенсаторів;

3. – перед увімкненням конденсаторів напруга буде пониженою, і ніякого регулювання після їх увімкнення робити не треба.

У першому випадку вплив конденсаторів на стійкість може бути різний і залежить від співвідношення опорів: сумарного опору після трансформатору Х1 та сумарного приведеного опору системи до трансформатора Х2. Величина Х1 приблизно рівна опору трансформатора, величина Х2 може змінюватись у широких межах. Конденсаторна батарея негативно впливає на стійкості навантаження, якщо Х1 більше Х2 [3.24].

У другому випадку зі зниженням струмів збудження вплив конденсаторів буде завжди негативний. Для третього випадку, коли після підключення конденсаторів напруга на шинах підвищується, величина dP/dQ_c завжди додатня, тобто ефект щодо стійкості позитивний.

Якщо вибір конденсаторної батареї здійснюється на стадії проектування, то параметри трансформаторів та ліній живлення можуть залежати від значення її потужності. Тому аналіз різних варіантів компенсації з різними трансформаторами та лініями повинен супроводжуватись розрахунками статичної та динамічної стійкості. Може виявитись, що економічніші варіанти з більшою компенсацією реактивної потужності несприйнятні внаслідок занадто низьких запасів стійкості. Звідси витікає також, що занадто висока ступінь компенсації конденсаторними батареями є недоцільною з умов стійкості вузлів навантаження.