2 Составление баланса мощности

2.1 Цель, основные допущения и порядок составления баланса

Источниками, от которых проектируемая сеть может получать электроэнергию, обычно являются крупные подстанции энергосистемы или местные электростанции, входящие в энергосистему. В обоих случаях в часы наибольших нагрузок источник должен иметь необходимый резерв по активной мощности, достаточный для подключения дополнительных потребителей вновь проектируемой сети. Реактивная мощность, которую энергосистема может отпускать в часы наибольших нагрузок, ограничена возможностями загрузки генераторов по току и пропускной способностью системообразующих ЛЭП. Обычно она задается коэффициентом мощности энергосистемы . При этом реактивная мощность, которую в режиме максимальных нагрузок готова выдавать энергосистема, как правило, оказывается недостаточной, и на подстанциях потребителей необходима установка компенсирующих устройств.

В связи с этим составление баланса мощности преследует две определенные цели. Во-первых, предварительно определяется общее потребление активной мощности всеми новыми потребителями с учетом прогнозируемых потерь, которое сопоставляется с располагаемым резервом энергосистемы по активной мощности и с резервом мощности подстанции энергосистемы. Во-вторых, определяется общее потребление реактивной мощности, также с учетом потерь, которое сравнивается с располагаемой реактивной мощностью, на основании чего решается вопрос о необходимости компенсации части реактивной мощности непосредственно на подстанциях потребителей.

В рамках данного учебного курсового проекта априори считается, что по активной мощности в энергосистеме имеется достаточный резерв, поэтому остается одна цель составления баланса – определить необходимость компенсации реактивной мощности, определить общую реактивную мощность, подлежащую компенсации, а также определить количество компенсирующих установок на каждой из подстанций потребителей.

Так как на этой стадии проекта параметры сети еще не известны, то баланс составляется приближенно, на основании статистических данных. В дальнейшем, когда сеть будет спроектирована, и станут известны ее параметры и параметры ее электрического режима, баланс будет уточнен.

Общее потребление активной мощности всеми потребителями в часы максимума или требуемая активная мощность находится суммированием нагрузок потребителей и соответствующих потерь:

Здесь: - активная мощность i – го потребителя, берется из задания или определяется по формуле .

- прогнозируемые потери активной мощности в линиях и трансформаторах, приходящиеся на i-тый потребитель.

Прогнозируемые потери активной мощности в линиях и трансформаторах подстанций потребителей принимаются в пределах 3…8 % от потребляемой активной мощности. При этом больший процент потерь соответствует более отдаленным потребителям.

Реактивная мощность каждого потребителя и общее потребление реактивной мощности (требуемая реактивная мощность) определяются по их активной или по полной мощности по формулам:

Здесь - общие потери реактивной мощности во всей сети. Они складываются из потерь в линиях и потерь в трансформаторах подстанций потребителей . Кроме того, необходимо учесть, что воздушные линии сети благодаря наличию емкостной проводимости генерируют некоторую реактивную мощность . Таким образом:

На этой стадии проектирования рекомендуется потери реактивной мощности в линиях принять равными генерируемой ими же реактивной мощности (тогда они взаимно компенсируются) и учитывать только потери реактивной мощности в трансформаторах. Последние можно ориентировочно определить на основании следующих соображений.

В режиме наибольших нагрузок потери реактивной мощности в трансформаторе обусловлены в основном потерями в его реактивном сопротивлении короткого замыкания, то есть:

где - нагрузка трансформатора.

Учитывая, что реактивное сопротивление короткого замыкания определяется по каталожным данным трансформатора по формуле:

после преобразований получим: .

Здесь - коэффициент загрузки трансформатора.

Приняв во внимание, что напряжение короткого замыкания большинства трансформаторов составляет порядка 10%, а коэффициент загрузки в режиме наибольших нагрузок находится в пределах 0,4…0,7, получим формулу для ориентировочного определения потерь реактивной мощности в трансформаторах подстанций потребителей:

Полная мощность i-того потребителя определяется по его активной мощности и коэффициенту мощности.

Общие потери реактивной мощности в трансформаторах подстанций потребителей определяются суммированием:

Располагаемая реактивная мощность, соответствующая заданному коэффициенту мощности энергосистемы, определяется по общему потреблению активной мощности в часы наибольших нагрузок : .

Если в сети имеются источники ограниченной мощности (местная ТЭЦ), то их реактивная мощность также должна быть учтена. При этом последняя формула имеет вид: .

Дефицит реактивной мощности, то есть реактивная мощность, которую необходимо скомпенсировать, определяется путем сравнения общего потребления реактивной мощности и располагаемой реактивной мощности:

Для восполнения дефицита реактивной мощности на стороне 6-10 кВ подстанций потребителей устанавливаются компенсирующие устройства. При этом мощность компенсирующих устройств на i-той подстанции ориентировочно может быть определена по выражению:

Если среди источников имеется местная ТЭЦ, то вместо в эту формулу нужно подставить:

Если требуемая мощность компенсирующих устройств превышает 10 Мвар, то для компенсации используют синхронные компенсаторы, если не превышает, то используют батареи статических конденсаторов. Далее определяют количество компенсирующих установок: .

Здесь - мощность одной установки. Естественно, необходимо округлить до ближайшего целого числа.

В результате компенсации части реактивной мощности непосредственно на подстанциях потребителей реактивная мощность каждого потребителя уменьшается до величины:

При этом полная мощность становится равной: .

Все данные по балансу мощности рекомендуется свести в таблицу. Форма таблицы приведена в следующем параграфе.