§ 95. Мероприятия по снижению потребления реактивной мощности

Снижение потребления реактивной мощности от энергосисте­мы может быть достигнуто двумя способами: а) выполнением мероприятий, не требующих специальных компенсирующих уст­ройств; б) установкой в электрических сетях карьера специаль­ных компенсирующих устройств.

Снижение потребления реактивной мощности по первому способу достигается как при проектировании, так и при экс­плуатации электрических установок карьера выполнением сле­дующих мероприятий.

1. Правильный выбор асинхронных двигателей по мощности и типу с учетом того, что асинхронный двигатель работает с наилучшими энергетическими показателями при загрузке от 75 до 100%, а при одинаковых мощностях на валу и равных частотах вращения асинхронный двигатель с к. з. ротором и электродвигатель открытого исполнения потребляют меньшую

реактивную мощность, чем соответственно двигатель с фазным ротором и двигатель закрытого исполнения.

2. Замена асинхронных двигателей, загруженных меньше чем на 60%, двигателями меньшей мощности. Целесообразность за­мены определяется технико-экономическим расчетом.

3. Установка ограничителей холостой работы машин и меха­низмов с приводом от асинхронных двигателей, сварочных трансформаторов и других установок.

4. Повышение качества ремонта электродвигателей.

Некачественный ремонт (обточка ротора, расточка пазов, укладка секций обмотки с меньшим сечением или числом обмо­точных проводов) приводит к увеличению воздушного зазора и, следовательно, увеличению реактивного тока двигателя.

5. Отключение трансформаторов от сети в выходные дни и нерабочие смены, а также при загрузке не более 30% их но­минальной мощности с переводом питающих нагрузок с отклю­чаемого трансформатора на оставленный в работе.

6. Замена асинхронных двигателей синхронными на техноло­гических установках с нерегулируемым электроприводом и с постоянным режимом работы.

7. Упорядочение технологического процесса в отношении улучшения энергетического режима оборудования и снижения расчетного максимума реактивной нагрузки.

Проведение перечисленных мероприятий на карьерах, на ко­торых не эксплуатируются экскаваторы и другие машины с синхронными двигателями, позволяет снизить реактивную на­грузку на 10—15%.

§ 96. Способы компенсации реактивной мощности

Снижение потребления реактивной мощности от энергоси­стемы или ее компенсация до оптимальных значений на карье­рах может быть обеспечена благодаря применению синхронедх двигателей приводов главных преобразовательных агрегатов экскаватора, мощных /вентиляторов, насосов и проведением вышеописанных мероприятий. Если же на карьере не исполь­зуются горные машины и установки с приводом от синхронных двигателей или их мощность недостаточна, то снижение потреб­ляемой реактивной мощности от энергосистемы может быть до­стигнуто установкой в сетях специальных источников реактив­ной мощности. Их устанавливают вблизи основных потребите­лей реактивной мощности. В этом случае обмен реактивной мощ­ности происходит не между потребителями и генераторами электростанций системы, а между потребителями и этими ис­точниками реактивной мощности. Таким образом, генераторы электростанции и все сети системы до ГПП карьера освобож­даются от реактивной нагрузки.

•Принцип компенсации реактивной мощности, потребляемой из сети, показан на рис. 8.1. Р\, С?1 и 5) —соответственно актйв ная, реактивная и полная мощности, потребляемые из сети до компенсации; Р\, <2₂ и 5₂ — то же, после компенсации; <Э_к.у — емкостная реактивная мощность, вырабатываемая компенси­рующим устройством и на величину которой снижается потреб­ляемая реактивная мощность от системы.

Как видно из рис. 8.1, угол сдвига фаз ф₂ меньше, чем фь а значит, созф₂ больше, чем созф1. Снижается также полная (кажущаяся) мощность, т. е. 5₂<51. Источниками реактив­ной мощности в сетях предприятий могут служить синхронные компенсаторы и двигатели, а также статические конденса­торы.

Синхронный компенсатор — это синхронная машина, рабо­тающая в режиме генератора реактивной мощности с регули­руемым током возбуждения. На промышленных предприятиях, в том числе на карьерах, применение синхронных компенсато­ров допускается лишь с разрешения энергосистемы, когда не­обходимая мощность компенсирующих устройств превышает 10000 квар.

Технико-экономические расчеты по компенсации реактивной мощности

Мощность компенсирующих устройств <2_К (Мвар), подлежа­щих установке на карьере, определяется по формуле

<?к = <?м-С,. (8ЛО)

где (2м— фактическая наибольшая получасовая реактивная мощность, потребляемая электроустановками карьера в часы максимума нагрузок энергосистемы, Мвар; <2_Э — оптимальная реактивная мощность, передаваемая, из сети энергосистемы в сеть карьера в часы максимума нагрузки энергосистемы, обус­ловленная договором на пользование электроэнергией, Мвар.

Йля вновь строящихся или при'реконструкции карьеров оп-^ тимальная реактивная мощность"^э задается энергосистемой на стадии'согласования задания на проектирование электроснаб­жения.

соответственно мощности и полезного действия, зависящие от типа двигателя, относительного напряжения на зажимах и от коэффициента загрузки по активной мощности. Величина рас­четных затрат на генерацию реактивной мощности СД опреде­ляется в основном дополнительными потерями активной мощ--ности:

(8.20)

где О\ и /?2— постоянные величины, зависящие от технических параметров двигателей.

Для группы параллельно работающих однотипных СД

(8.21)

Если часть реактивной" мощности, генерируемой группой однотипных СД, используется другими потребителями, то поте­ри активной мощности в СД определяются ло формуле

где <3ном, <2г,д и <5„р — реактивные мощности, соответственно но­минальная, генерируемая двигателями и потребляемая прочи­ми потребителями; N — число однотипных СД.

Составляющие расчетные затраты на генерацию реактивной мощности СД

З_сд = адД, (8.23)

где Еу — величина отчислений от стоимости /С_р — регулятора возбуждения СД; N — число СД.

Для практических расчетов З_ед можно принять равными нулю. Тогда

(8.24)

(8.25)

руб/Мвар; ?2_Д = с₀ ~^Ч_Г, руб/Мвар⁸,

где с₀ — удельная стоимость потерь активной мощности, опре­деляемая по формуле (8.16); ТУ — число однотипных параллель­но работающих синхронных двигателей; ф|,_ом — реактивная мощность, генерируемая синхронным двигателем в номиналь­ном режиме.

ний от источника питания до потребителя, Ом; и_нои — номи­ нальное напряжение сети, кВ; (?„ — передаваемая по линии ре­ активная мощность, Мвар. '

При передаче реактивной мощности от каждого из источни­ков до шин 6 кВ ГПП (ЦРП, КРП) расчетные затраты скла­дываются из затрат на генерацию реактивной мощности и за­трат на ее передачу от источника по сети:

(8.35)

(8.36)

(8.37)

Здесь индексы означают: г — генерация, п — передача; -у — ко­эффициент, учитывающий дополнительные потери реактивной мощности в сети и вычисляемый по формуле

Т-1+1Р (⁸-³⁸>

Для сети напряжением 6 кВ карьеров можно принять у=1.' Компенсирующие устройства выбирают на основании срав­нения минимальных расчетных затрат. На карьерах наиболее часто пользуются сравнением двух источников реактивной мощ­ности: конденсаторов (3_2к = 0) и синхронных двигателей (3_0д = = 0). Оптимальная мощность (Мвар), генерируемая синхрон­ными двигателями и соответствующая минимуму расчетных за­трат, в сравнении с оптимальной мощностью, генерируемой ста­тическими конденсаторами напряжением 6 кВ, определяется по формуле

_

г.д —

23,

(8.39)

2Д

где 31кб и 3^— расчетные затраты (руб/Мвар) соответственно для статических .конденсаторов напряжелием 6 кВ и синхрон­ных двигателей; 32_Д — расчетные затраты для синхронных дви­гателей, руб/Мвар².

Оптимальную мощность (Мвар) статических конденсаторов напряжением 0,4 кВ, соответствующую минимуму расчетных за­трат, рассчитывают по формуле

(8.40)

23,

М 0,4»

__ К 0.4 —

2К 0,4

где Зщб и Зщо.4— расчетные затраты для статических конденса­торов напряжением соответственно 6 и 0,4 кВ; <2_мо,4— расчет­ная величина получасовой максимальной реактивной мощности, потребляемой электроустановками карьера на стороне 0,4 кВ трансформаторов.

Оптимальную мощность статических конденсаторов напря­жением 6 кВ определяют из баланса реактивной мощности всех устанавливаемых на карьере источников реактивной мощности, которая передается от энергосистемы:

Зке-Зм-Зэ-Зг.д. (8.41)

| § 97. ПРИМЕНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ^Л РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Промышленностью серийно выпускаются статические кон­денсаторы на номинальные напряжения 220, 380, 500, 660, 1050, 3150, 6300 и 10500В. Конденсаторы напряжением 220—660 В выпускаются как в однофазном, так и в трехфазном исполне­ниях, напряжением 1050В и выше — только в однофазном.

Статические конденсаторы можно применять для индиви­дуальной, групповой и централизованной компенсации реактив­ной мощности. При индивидуальной компенсации конденсаторы устанавливают непосредственно у отдельных электродвигате­лей и трансформаторов, подключая их к зажимам под общий отключающий аппарат. Индивидуальная компенсация целесооб­разна только при работе электродвигателей с высоким коэффи­циентом использования во времени, т. е. когда время работы . "" электродвигателя составляет не менее 500 ч в месяц. При инди­видуальной компенсации от реактивной мощности разгружают­ся все электрические сети карьера. Более полное использова­ние конденсаторов достигается при групповой компенсации, при их установке в конце линии электропередачи или у группо­вых щитов и распределительных пунктов, к которым присоеди­нено несколько токоприемников.

Для централизованной компенсации статические конденса­торы устанавливают либо на главных подстанциях карьера, либо на участковых распределительных пунктах.

К преимуществам статических конденсаторов перед други­ми компенсирующими устройствами относятся:

1) незначительный расход активной мощности (0,3—0,45 кВт на 100 квар);

2) более простая и дешевая эксплуатация;

3) надежность в работе ввиду отсутствия вращающихся, трущихся и искрящих частей;

4) малая масса;

5) бесшумность при работе;

6) простота и легкость регулирования мощности и емкости.

Благодаря своим преимуществам статические конденсаторы получили наибольшее распространение в электрических сетях карьеров.

Статические конденсаторы применяют также в схемах ком­пенсационных преобразователей для компенсации реактивной мощности, потребляемой преобразовательными установками тя­говых подстанций.

337

„Расчетные затраты на генерацию реактивной мощности || батареями статических конденсаторов (БСК)

Величина расчетных затрат БСК определяется по формулам:

(8.26)

(8.27)

.(8,28)

где /Со—стоимость вводного устройства БСК, руб.; /С_у — удель­ная стоимость БСК, руб/Мвар; К_р — стоимость устройства ре­гулирования мощности БСК, руб.; Е и Е_р — общие ежегодные

отчисления от капитальных вложений /Со и /С_Р; V — относитель­ная величина напряжения сети в пункте присоединения БСК;

о

^ном.к — отношение номинального напряжения конденсаторов к номинальному напряжению сети (для конденсаторов напряже-

⁶ ° *-

нием до 1000В ^/_Ном.к=1, напряжением 6 кВ {У_Ном.к= 1,05); с₀ — удельная стоимость потерь активной мощности, руб/кВт; р_к — удельные потери активной мощности в конденсаторах напря­жением до 1000 В составляют 4,5 кВт/Мвар, напряжением б кВ — 2,5 кВт/Мвар.

Расчетные затраты на передачу реактивной мощности по сети

Составляющие расчетных затрат на передачу реактивной мощности по сети:

3₀ = 3_ОП=32; (8.29)

3₁ = 3_1п = 2с₀а_пМ_п; (8.30) 3₂=3_2п = с₀а_пЯ_п, (8.31)

(8.32)

(8.33)

(8.34)

где Зз; — сумма затрат на реконструкцию сети, обусловленная передачей реактивной мощности (увеличение числа или сечения проводов линий, числа или мощности трансформаторов);

^пгГг' ^{Ом/Мвар;}

Схемы включения конденсаторов

В зависимости от напряжения и способа компенсации для включения конденсаторных установок применяют различные схемы. При централизованной или групповой компенсации ба­тареи конденсаторов присоединяют к шинам 6 кВ ГПП, ЦРП или РП через отдельный отключающийся аппарат. Если мощ­ность конденсаторной батареи меньше 400 квар, то она подклю­чается через выключатель нагрузки, если больше 400 квар — через масляный выключатель (рис. 8.2).

При индивидуальной компенсации батареи конденсаторов подсоединяют через общий выключатель с электродвигателем или трансформатором.

В целях обеспечения безопасности обслуживания конденса­торов для снятия с них разряда при отключении к зажимам батареи статических конденсаторов наглухо подключаются раз­рядные сопротивления.

При подсоединении батареи конденсаторов к шинам 6 кВ разрядным сопротивлением служат два однофазных трансфор­матора напряжения 5, включенные по схеме открытого тре­угольника. Контроль целости цепи разряда осуществляют с по­мощью неоновых ламп 6, включенных во вторичные обмотки трансформаторов напряжения. К этим же обмоткам подключа­ются измерительные приборы и реле.

Схема включения конденсаторной установки напряжением 380—660 В с блокировкой разрядных сопротивлений (ламп) по­казана на рис. 8.3. В качестве отключающего аппарата / может

быть применены рубильник, автоматический выключатель, энтактор. Предохранители 2 устанавливают в схемах подсо цинения батареи и конденсаторов через рубильник или контак-рр. Разрядным сопротивлением в рассматриваемой схеме слу-кат лампы накаливания, соединенные в звезду. Для уменьше-|ия времени горения во время работы лампы подсоединяются батарее конденсаторов не наглухо, а через аппараты, имею­щие механическую или электрическую блокировку с аппара-м, подключающим к шинам (щитам, РП) этой батареи, данном случае применена электрическая блокировка с ис-рюльзованием электромагнитных реле, которые своими размы-|Кающими контактами включают лампы после отключения ру-?бильника. Во время работы батареи конденсаторов лампы от-Ц'Ключены. Разработаны и другие схемы блокировки.

Защита от коротких замыканий осуществляется максималь-Щ ной токовой защитой мгновенного действия (предохранители, ; разделители автоматов, реле РТ-40 и т. п.). Для учета выработ­ки энергии предусматриваются счетчики реактивной энергии, которые подсоединяются к вторичным обмоткам трансформато­ров тока и напряжения (см. рис. 8.2 и 8.3). В схеме (см. рис. 8.3) обмотки счетчика реактивной энергии подсоединяются: токовая — к трансформаторам тока, напряжения — к фазам сети 380 В.