15. Средства генерации и регулирования реактивной мощности.
Продольная составляющая падения напряжения (потеря напряжения) DU связывает напряжение в центре питания U1 с напряжением в конце сети U2 и определяется выражением:
(9.15)
где Рн, Qн – потоки мощности, обусловленные нагрузкой;
R, X – активное и реактивное сопротивления сети.
Из этого выражения видно, что на величину U2 можно воздействовать изменением потока реактивной мощности, поскольку в отличие от активной мощности, единственным источником которой являются генераторы электростанций, реактивная мощность может быть получена от других источников, называемых компенсирующими устройствами. Для уменьшения перетоков реактивной мощности по линиям и трансформаторам источники реактивной мощности должны размещаться вблизи мест ее потребления. При этом передающие элементы сети разгружаются по реактивной мощности, чем достигается снижение потерь напряжения, активной мощности и энергии.
Компенсация реактивной мощности применяется:
по условию баланса реактивной мощности;
как важное мероприятие для снижения потерь электрической энергии в сетях;
для регулирования напряжения.
В качестве компенсирующих устройств используются синхронные компенсаторы (СК), батареи статических конденсаторов (БСК), статические источники реактивной мощности (ИРМ) и шунтирующие реакторы.
Батареи статических конденсаторов
Различают два принципа применения БСК:
шунтовые БСК, которые подключаются к шинам подстанций параллельно, и применяются для генерации реактивной мощности в узлах сети - поперечная компенсация;
установки продольной компенсации (УПК), которые включают в линии последовательно для уменьшения реактивного сопротивления линий - продольная компенсация.
Батареи конденсаторов комплектуются из отдельных конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно. Конденсаторы выпускаются, в однофазном и трехфазном исполнении на номинальное напряжение 0,22 - 10,5 кВ.
При соединении шунтовых конденсаторов звездой мощность батареи:
(9.16)
При соединении конденсаторов треугольником мощность батареи:
(9.17)
Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых БСК число конденсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения. Суммарная мощность нерегулируемых батарей конденсаторов не должна превышать наименьшей реактивной нагрузки сети.
В регулируемых батареях конденсаторов в зависимости от режима автоматически или вручную изменяется число включенных конденсаторов. При этом изменяется С- емкость БСК (формула 9.5) и мощность, выдаваемая в сеть.
Основные технико-экономические преимущества конденсаторов в сравнении с другими компенсирующими устройствами состоят в следующем:
возможность применения, как на низком, так и на высоком напряжении;
малые потери активной мощности.
Недостатки конденсаторов с точки зрения регулирования режима:
зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения может способствовать возникновению лавины напряжения;
невозможность потребления реактивной мощности (регулирование напряжения возможно только в одну сторону);
ступенчатое регулирование выработки реактивной мощности и невозможность ее плавного изменения, следовательно, регулирование напряжения не плавное, а ступенчатое;
чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения.
Рис. 9.10. Принципиальные схемы батарей конденсаторов: а, б – последовательное и параллельное соединение конденсаторов; в, г – соединение фаз БСК треугольником и звездой.
Синхронные компенсаторы
Синхронный компенсатор (СК) - это синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода, т.е. без нагрузки на валу. Потребляемая им активная мощность (если пренебречь потерями холостого хода) Рск»0, и СК загружен только реактивным током. По сравнению с обычным синхронным двигателем СК изготовляются с облегченным валом, они имеют меньшие размеры и массу.
Мощность, вырабатываемую СК, можно найти из выражения:
(9.18)
Положительными свойствами СК как источников реактивной мощности являются:
возможность увеличения генерируемой мощности, если напряжение в сети понижается;
возможность плавного и автоматического регулирования реактивной мощности, причем как в сторону повышения, так и понижения напряжения.
Недостатки СК:
наличие вращающихся частей требует присутствия обслуживающего персонала;
стоимость 1 квар мощности, выработанной СК, во много раз больше 1квар, выработанного БСК.
Включение в качестве компенсирующего устройства БСК позволяет только повышать напряжение, так как конденсаторы могут лишь вырабатывать реактивную мощность. Конденсаторы, подключенные параллельно к сети обеспечивают поперечную компенсацию. В этом случае БСК, генерируя реактивную мощность, повышает сosj сети и одновременно регулирует напряжение, поскольку уменьшаются потери напряжения в сети. В период малых нагрузок, когда напряжение в сети повышено, должно быть предусмотрено отключение части БСК, чтобы уровни напряжений не превышали допустимых значений.