§5 Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением

При выработке и потреблении энергии на переменном токе равенству вырабатываемой и потребляемой электроэнергии в каждый момент времени отвечает равенство вырабатываемой и потребляемой не только активной, но и ре- активной мощности.

,

где - генерируемая реактивная мощности станции за вычетом собственных нужд; - суммарное потребление реактивной мощности;

- реактивная мощность потребителей; - сум­марные потери реактивной мощности в сети.

Нарушение баланса реактивной мощности приводит к изменению уровня напряжения в сети. Если генерируемая реактивная мощность стано­вится больше потребляемой ( ), то напряжение в сети повыша­ется. При дефиците реактивной мощности ( ) напряжение в сети понижается. Соответственно избыток генерируемой реактивной мощности приводит к повышению, а ее недостаток — к понижению напряжения.

§6 Регулирующий эффект нагрузки

Статические характеристики нагрузки по напряжению изображены на рис. 7.8. Рассмотрим, как реагирует нагрузка на изменение режима в простейшей электрической системе, представленной на рис. 7. 9.

Рис.7.8 Рис. 7.9

Пусть из-за аварии или по другим причинам напряжение в конце ли- ­нии понижается. Покажем, что нагрузка в силу своего положительного регу­лирующего эффекта повысит напряжение . Напряжение в конце линии можно представить в следующем виде:

,

где , - активная и реактивная мощности в конце линии; , - активное и реактивное сопротивление линии.

При понижении в соответствии со статическими характеристиками (рис. 7.8) будут уменьшаться значения и , а также и следова­тельно, будут уменьшаться потери , а значение вследствие этого бу­дут увеличиваться. Рост при уменьшении понятен из приведенной выше формулы в предположении, что поддерживается постоянным. Все это справедливо в случае, когда

.

Нагрузка имеет положительный регулирующий эффект при и от­рицательный регулирующий эффект при . В последнем случае по­нижение вызывает рост потребляемой реактивной мощности , соответст­венно большая реактивная мощность течет и по линии. Это вызы­вает увеличение потерь напряжения в линии , следовательно, уменьша­ется напряжение в конце линии у потребителя. В соответствии со статической характеристикой при снова растет. Это приводит к дополнительному понижению и т. д. Возникает явление, называемое лавиной напряжения. Остановить снижение напряжения при этой аварии можно, лишь отключив нагрузку. В настоящее время применяются автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) на генераторах и мощных синхронных двигателях, стабилизирующие напряжение, поэтому напряжение в системе не понижается ниже критического.

§7 Потребители реактивной мощности

Основными потребителями реактивной мощности электрических системах являются трансформаторы, воздушные электрические линии, асинхронные двигатели, вентильные преобразователи, индукционные электропечи, сварочные агрегаты и другие нагрузки. Суммарные абсолютные и относительные потери реактивной мощности в элементах сети весьма велики и достигают 50% мощности, поступающей в сеть. Примерно 70-75% всех потерь реактивной мощности составляют потери в трансформаторах различных ступеней напряжения. Так, в трехобмоточном трансформаторе ТДТН-40000/220 при коэффициенте загрузки, равном 0,8, потери реактивной мощности составляют около 12 % номинальной мощности.

На промышленных предприятиях основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели - на их долю приходится 65-70 % реактивной мощности, потребляемой предприятием, 20-25 % приходится на трансформаторы, около 10 % - на другие приемники, воздушные линии электропередачи.

Общая потребляемая реактивная мощность равна

,

где - суммарная реактивная мощность нагрузки; - суммар­ные потери реактивной мощности.

Суммарная реактивная мощность нагрузки

,

где -активная мощность i-й нагрузки; -угол между активной и полной мощностью.

Суммарные потери реактивной мощности

,

где - суммарные потери реактивной мощности в линии; - суммарная генерация реактивной мощности в емкостных проводимостях ли­нии; - суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах.

Потери реактивной мощности в линии

.

Генерация реактивной мощности в емкостных проводимостях П-образной схемы замещения линии

.

Приближенные величины потерь реактивной мощности в линиях и генерации в проводимостях линий принимаются равными

, .

Потери в индуктивности и генерация в емкости линии имеют разные знаки, поэтому

.

Следовательно,

,

Потери реактивной мощности в k параллельно работающих трансформаторах

При характерных значениях потери в трансформаторах ориентиро­вочно равны .

Баланс реактивной мощности следует предусматривать для каждого ха­рактерного режима сети в отдельности. Это следующие режимы:

а) наибольшей реактивной нагрузки (при наибольшем потреблении ре­активной мощности и наибольшей необходимой мощности компенсирующих устройств);

б) наибольшей активной нагрузки, связанной с наибольшей загрузкой генераторов активной мощностью при наименьшей их реактивной мощности;

в) наименьшей активной нагрузки, связанной с отключением части ге­нераторов и, следовательно, невозможностью генерации последними реак­тивной мощности;

г) послеаварийные и ремонтные, связанные с наибольшими ограничениями передаваемой реактивной мощности по сети.