Лабораторна робота № 2 поперечна компенсація реактивної потужності в розподільчих мережах

2.1 Мета роботи: ознайомлення із способом поперечної компенсації реактивної потужності

2.2. Основні теоретичні відомості

Основними джерелами реактивної потужності в системі є синхронні генератори (СГ) електростанцій. Регулювання реактивної потужності СГ здійснюють зміною струму збудження. Зменшуючи струм збудження, можна зменшити реактивну потужність генератора і, навпаки, при збільшенні струму збудження потужність СГ збільшується. Для того, щоб збільшити видачу реактивної потужності генератора, потрібно розвантажити його по активній потужності.

У якості джерел реактивної потужності використовують синхронні двигуни в режимі перезбудження, нерегульовані і регульовані конденсаторні установки високої та низької напруг, статичні тиристорні компенсатори реактивної потужності. Варіанти компенсації реактивної потужності:

• без компенсації реактивної потужності;

• групова компенсація нерегульованими низьковольтними конденсаторними батареями;

• індивідуальна компенсація нерегульованими конденсаторними батареями спареними з електроприймачами;

• загальна компенсація нерегульованими високовольтними конденсаторними батареями;

• компенсація конденсаторними батареями керованими за часом;

• компенсація автоматичними конденсаторними установками низької напруги;

• компенсація за допомогою автоматичної системи регулювання реактивної потужності синхронного двигуна;

• компенсація статичними тиристорними компенсаторами.

Поперечна ємнісна компенсація полягає в тому, що паралельно навантаженню під’єднують конденсатори, напівпровідникові пристрої або синхронні компенсатори, які компенсують реактивну потужність споживача.

Основними споживачами реактивної потужності є синхронні двигуни. Частину реактивної потужності споживають обмотки трансформаторів на створення магнітного поля, а також частина втрачається в проводах ліній електропередач.

Для розвантаження мережі від реактивної потужності її доцільно генерувати на місці споживання, що досягається вищевказаною компенсацією.

Рисунок 2.1 – Включення батареї конденсаторів.

До включення батареї конденсаторів:

, або

_, (2.1)

де - напруги на початку і в кінці ліній ;

- струм у мережі ;

, - активний і індуктивний опори ліній.

Після її включення:

, (2.2)

де - струм батареї конденсаторів.

Рисунок 2.2 – Векторна діаграма при до і після включення конденсаторів.

Таким чином у цьому режимі модуль напруги підвищується

до

Відносне підвищення напруги при поперечній компенсації

Додатковими джерелами реактивної потужності є компенсувальні пристрої (СК, СД, БСК), а також ємнісна потужність, що генерується лініями.

Батареї конденсаторів вмикають паралельно з навантаженням споживачів. Такі батареї називають шунтовими. Вони комплектуються з паралельно і послідовно сполучених конденсаторів. Послідовне сполучення застосовується для збільшення робочої напруги БСК, а паралельне - для збільшення їх потужності. Фази БСК в мережах трифазного струму сполучають зіркою або трикутником. При сполученні конденсаторів зіркою потужність батареї

, (2.4)

а при сполученні трикутником

. (2.5)

Таким чином, при сполученні конденсаторів трикутником потужність БСК у три рази більша, ніж при сполученні зіркою. Тому в мережах напругою до 1000 В конденсатори звичайно сполучають трикутником. У мережах напругою 6 кВ і вище фази БСК сполучають зіркою (шунтові БСК виготовляють на напругу до 110 кВ включно).

Синхронні компенсатори - це синхронні двигуни, які працюють у режимі неробочого ходу без навантаження на валі. У режимі перезбудження вони віддають в мережу реактивну потужність, а при недозбудженні - споживають її. Регулюючи струм збудження СК, можна в широких межах плавно змінювати величину реактивної потужності. З мережі СК споживають невелику активну потужність для покриття втрат, тому вони мають полегшену конструкцію порівняно із синхронними двигунами.

При недозбудженні струм синхронного компенсатора випереджає на напругу і векторна діаграма матиме вигляд, як і для випадку батареї конденсаторів. Перевагами СК є можливість плавного регулювання реактивної потужності, незалежність реактивної потужності від напруги, а також можливість його роботи в режимі генерації або споживання реактивної потужності. До недоліків СК слід віднести великі втрати потужності, які складають 1,5-3 % від номінальної потужності СК, значна залежність питомої вартості (грн/квар) від потужності СК, складність монтажу та експлуатації. Останнім часом всі СК, які експлуатувалися в ЕЕС України, вичерпали свій ресурс і практично виведені з роботи.

Перспективними можуть бути статичні джерела з плавним регулюванням реактивної потужності - статичні тиристорні компенсатори (СТК). Однією з можливих принципових схем СТК є схема, в якій паралельно з нерегульованою БСК увімкнений керований реактор (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Принципова схема СТК

Струм у колі реактора регулюється за допомогою зустрічно-паралельно сполучених тиристорів, при цьому змінюється сумарна реактивна потужність СТК. Тому СТК може генерувати або споживати реактивну потужність. При цьому регулювання потужності СТК здійснюється з високою швидкістю. Недоліком СТК є генерація ним вищих гармонік у мережу.