Тимофеев А.С. Компенсация реактивной мощности

Подождите немного. Документ загружается.

а ) отдельным выключателем; б ) с выключателем нагрузки.

ТН трасформатор напряжения, используемый в качестве

разрядного сопротивления для батареи конденсаторов;

ЛИ сигнальные индикаторные лампы

Рисунок 10 Схема включения батарей компенсаторов

Появление мощных приемников с резкопеременной нагрузкой

(главные приводы непрерывных и обжимных прокатных станов, ду-

говые сталеплавильные печи и т.п.) привело к необходимости созда-

ния принципиально новых источников реактивной мощности стати-

ческих компенсирующих устройств. Набросы реактивной мощности,

сопровождающие работу этих приемников, вызывают значительные

колебания питающего напряжения. Кроме того, эти приемники, буду-

чи, как правило, нелинейными элементами в системе электроснабже-

ния, вызывают дополнительные искажения формы токов и напряже-

ний. Поэтому к компенсирующим устройствам предъявляют требова-

ния, как: высокое быстродействие изменения реактивной мощности,

достаточный диапазон регулирования реактивной мощности, воз-

можность регулирования и потребления реактивной мощности, мини-

мальные искажения питающего напряжения. Основными элементами

статических компенсирующих устройств являются конденсатор и

дроссель накопители электромагнитной энергии и вентили (тиристо-

ры), обеспечивающие ее быстрое преобразование. На рисунке 11

приведены некоторые варианты статических компенсирующих уст-

ройств. Они содержат фильтры высших гармоник (генерирующая

часть) и регулируемый дроссель в различных исполнениях. В на-

стоящее время известно большое количество вариантов схем, кото-

рые разделяют на три группы:

мостовые источники реактивной мощности с индуктивным

накопителем на стороне постоянного тока (рисунок 11а);

реакторы насыщения с нелинейной вольтамперной характе-

ристикой (рисунок 11б);

реакторы с линейной вольтамперной характеристикой и по-

следовательно включенными встречно-параллельными управляемы-

ми вентилями (рисунок 11в).

Рисунок 11 Принципиальные схемы статических компенсирующих

устройств

Основные достоинства этих устройств высокое быстродейст-

вие, надежность работы и малые потери активной мощности. Недос-

татком является необходимость установки дополнительного регули-

руемого дросселя.

При компенсации реактивной мощности необходимо также учи-

тывать характер изменения нагрузки в шахте (рисунок 12). Если на-

грузка шахты подвергается значительным колебаниям реактивной

мощности, необходимо установить конденсаторную установку с ав-

томатическим регулированием ее мощности. При загрузке большей

части графика постоянной реактивной нагрузкой возможна установка

в соответствующей части постоянно включенной нерегулируемой

конденсаторной установки, а остальную часть конденсаторной уста-

новки предусматривают с автоматическим регулированием ее мощ-

ности в зависимости от графика реактивной мощности предприятия.

Кроме установки специальных компенсирующих устройств, для

выравнивания графика реактивной нагрузки на промышленных пред-

приятиях, необходимо стремиться к уменьшению передачи реактив-

ной мощности по электрическим сетям естественными мерами: за

счет упорядочения технологического процесса, улучшения режима

работы электроприемников и др.

продолжительность максимума нагрузки энергосистемы;

max1max,1 фф

наибольшие фактические значения соответственно актив-

ной и реактивной мощности в часы минимума энергосис-

темы; 1,2,3… интервалы замеров

Рисунок 12 Характерные графики нагрузки угольной шахты в часы

максимума энергосистемы

3 РЕЖИМЫ РАБОТЫ И РЕГУЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ

КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

3.1 Общие сведения

Режим системы промышленного электроснабжения определяет-

ся схемой и параметрами электрической сети, нагрузками в узлах,

способами и техническими средствами управления работой регули-

рующих и компенсирующих устройств. Для обеспечения наиболее

экономичных режимов системы электроснабжения, характеризую-

щихся неравномерным графиком суточного потребления реактивной

мощности, целесообразным бывает регулирование мощности ком-

пенсирующих устройств. Если средствами искусственной компенса-

ции являются синхронный компенсатор или синхронные двигатели,

то управление их режимами осуществляют за счет плавного регули-

рования возбуждения. Регулирование генерируемой конденсаторами

реактивной мощности ведут ступенями путем деления батарей на

секции. Чем больше таких секций, тем совершеннее регулирование,

но тем больше капитальные затраты на установку переключателей и

защитной аппаратуры. Режим работы компенсирующих устройств

устанавливают в зависимости от таких параметров, которые обеспе-

чивают наиболее экономическое решение, при соблюдении допусти-

мых отклонений напряжения на зажимах приемников электроэнер-

гии.

Вопрос о выборе способов компенсации решается на основании

технико-экономических расчетов. Чаще всего на промышленных

предприятиях применяют групповую, реже индивидуальную компен-

сацию. Так как графики нагрузки отдельных потребителей, цехов и

всего предприятия не остаются постоянными в течение суток, изме-

няется и потребляемая реактивная мощность, как отдельных потреби-

телей, так и всего предприятия. В связи с этим изменяется и потреб-

ность в реактивной мощности, вырабатываемой конденсаторными ба-

тареями.

Следовательно, работа всех конденсаторных установок при

уменьшении нагрузки промышленного предприятия является не

экономичной, так как приводит к увеличению потерь. Кроме того,

работа конденсаторов в ночное время на предприятиях, работающих

в две смены, повышает напряжение в сети, что может привести к со-

кращению срока службы конденсаторов и другого электрооборудова-

ния. Поэтому для обеспечения экономической работы конденсатор-

ных батарей и всего промышленного предприятия отказываются от

установки нерегулируемых конденсаторных батарей и применяют

устройства, обеспечивающие автоматическое регулирование мощно-

сти конденсаторных батарей. Регулирование может быть одноступен-

чатым и многоступенчатым.

При одноступенчатом регулировании мощности конденсатор-

ных установок при уменьшении нагрузки происходит автоматическое

отключение всей конденсаторной установки. При многоступенчатом

регулировании мощности конденсаторной установки происходит ав-

томатическое включение или отключение отдельных батарей или

секций, каждая из которых снабжена своим включателем.

При выборе мощности компенсирующих устройств, способа и

ступеней автоматического регулирования учитывают, что дробление

мощности приводит к значительному увеличению коммутационной

аппаратуры и усложнению схемы. Поэтому, при напряжениях до 1 кВ

рекомендуют применять комплектные конденсаторные установки се-

рий ККУ 0,38 и ККУ 0,38 Н, серийно выпускаемые отечествен-

ной промышленностью на номинальную мощность 80, 160, 280 квар

без управляемых секций и 80(1), 165(2), 250(3), 330(4), 415(5), 500(6)

квар с управляемыми секциями (количество секций указано в скоб-

ках). При напряжении 6 кВ применяют комплектные конденсаторные

установки типа КУ 6 на номинальную мощность 330, 420, 500 квар

и при напряжении 10 кВ установки типа КУ 10 на номинальную

мощность 330, 400, 500 квар.

Регулирование мощности конденсаторных установок произво-

дят в зависимости от напряжения в точке присоединения кон-

денсаторов, тока нагрузки данного объекта, направления реактивной

мощности в линии, связывающей предприятие с внешней сетью, а

также от времени суток. Кроме того, применяют комбинированные

схемы, использующие несколько факторов.

В качестве параметров регулирования используют: напряжение,

ток нагрузки, величины, характеризующие реактивную нагрузку,

время и др. Автоматическое регулирование мощности конденсатор-

ных установок по напряжению в рассматриваемой точке сети приме-

няют, когда желательно одновременно обеспечить регулирование на-

пряжения. Автоматическое регулирование мощности конденсаторных

установок по току нагрузки применяют для приемников, имеющих

резкопеременный график потребления реактивной мощности. Наибо-

лее простым и достаточно эффективным является регулирование по

времени. В этом случае режим работы системы электроснабжения

должен быть предварительно изучен.

На рисунке 13 дан суточный график потребления реактивной

мощности, и на нем проведена линия АВ, показывающая, что работа

батареи конденсаторов может проходить в режиме, когда одна

.б

включена 24 ч в сутки, а вторая включается по графику нагрузки

только на

ч.

Рисунок 13 Пример использования графика реактивных нагрузок

для решения вопроса о делении конденсаторной

батареи на части

В данном случае батарея применительно к графику реактивной

нагрузки разделена на две секции. В конкретных условиях этот во-

прос должен решаться в зависимости от графика нагрузки и схемы

подстанции (одиночная система шин несекционированная или оди-

ночная секционированная, причем каждая секция работает раздельно

на свою нагрузку или обе секции работают совместно). Автоматиче-

ское регулирование мощности конденсаторных установок по направ-

лению реактивной мощности применяют на отдельных удаленных

тупиках подстанций. Ступенчатое регулирование мощности конден-

саторных установок имеет существенные недостатки: во-первых,

имеет место работа в течение некоторого времени по графику с не-

достаточной или излишней компенсацией реактивной мощности (на

рисунке 13 эти места показаны штриховкой); во-вторых, происходит

удорожание компенсирующей установки из-за увеличения капиталь-

ных затрат на установку дополнительной отключающей аппаратуры.

Ступенчатое регулирование батарей конденсаторов может произво-

диться как вручную, так и автоматически.

При наличии на подстанции постоянного дежурного персонала

или телемеханического управления в системе электроснабжения ав-

томатизация этого процесса не имеет существенных преимуществ. На

подстанциях, не имеющих постоянного дежурного персонала, авто-

матизация включения и отключения батарей конденсаторов является

насущной необходимостью.

3.2 Автоматическое регулирование мощности конденсаторной

установки по току нагрузки

На подстанциях питающих потребителей, нагрузка которых

сильно изменяется в течение суток, причем изменение нагрузки со-

провождается соответствующими изменениями реактивной мощно-

сти, регулирование мощности конденсаторной батареи осуществляет-

ся в зависимости от тока нагрузки. Принципиальная схема многосту-

пенчатого регулирования мощности конденсаторной установки по

току нагрузки приведена на рисунке 14 и на листе 3 графической час-

ти дипломного проекта.

На рисунке 14 дана схема автоматического регулирования мощ-

ности конденсаторной батареи по току нагрузки с использованием

бесконтактных элементов. В качестве датчика в этой схеме использу-

ется специальная катушка индуктивности

, которая располагается

вблизи одной из фаз шин.

При малой нагрузке напряжение на конденсаторе

также ма-

ло; мало напряжение на делителе напряжения и транзистор

за-

крыт, а

открыт. Катушка

находится в притянутом состоянии.

При возрастании тока нагрузки напряжение на

увеличивает-

ся с выдержкой времени, определяемой постоянной времени контура

. При достижении определенного значения напряжения на

напряжение, подаваемое на

через делитель напряжения и потен-

циометр, становится достаточным, чтобы открыть

;

при этом за-

крывается, катушка

П1

отпадает и размыкающий контакт

в цепи

П1

закрывается. Реле

П1

срабатывает, закрывает свой контакт в це-

пи катушки

1Л

и конденсаторная батарея включается.

а) схема подключения конденсаторных батарей к шинам под

cтанции; б) токовые цепи ввода для запуска автоматического регу-

лирования конденсаторных батарей; в) цепи управления, защиты и

автоматики конденсаторной батареи КБ 1; г) цепи управления, за-

щиты и автоматики конденсаторной батареи КБ 2

Рисунок 14 Принципиальная схема многоступенчатого

автоматического регулирования мощности конден

саторной батареи по току нагрузки

3.3 Автоматическое регулирование мощности конденсаторных

установок по cosφ

Схема автоматического управления мощности конденсатор-

ных батарей по cosφ представлена на рисунке 15 и на листе 3 графи-

ческой части дипломного проекта.

В качестве датчика при этом способе регулирования использу-

ется фазометр со специальным приспособлением с использованием

а) схема датчика для автоматического регулирования мощности конденсатор-

ной батареи в функции

cos

; б) развернутая схема многоступенчатого авто-

матического регулирования;

делитель напряжения, с которого через

выпрямленное напряжение подают на аноды тиратронов

;

резисторы;

потенциометры;

6, 5

фоторезисторы;

П1

П2

про-

межуточные реле

Рисунок 15 Принципиальная схема регулирования мощности

конденсаторной батареи по

cos

фоторезисторов, дающих импульсы на включение или отключение

реле

П1

или

П2

Значение

cos

, по которому осуществляется регулирование для

каждой схемы, выбирается в зависимости от конкретных условий.

Предположим, что для рассматриваемой установки заданное значение

cos

должно находится в пределах от

cos

до

cos

, схема рабо-

тает следующим образом. При значениях

coscos

срабатывают

реле

П1

П2

и замыкают свои замыкающие контакты в цепи реле

времени

В1

. Реле срабатывает и с заданной выдержкой времени за-

мыкает свой контакт в цепи контактора

Л1

. Контактор

Л1

срабаты-

вает, замыкает свои контакты в цепи конденсаторной батареи КБ-1 и

В3

одновременно замыкает свой вспомогательный контакт в цепи

реле, которое с заданной выдержкой времени замыкает контакт в це-

пи

Л2

. Включается батарея 2, и так будет происходить последова-

тельно включение всех батарей, пока

cos

не станет равным

cos

Когда

cos

станет равным

cos

, реле

П1

обесточится, но в схеме

ничего не изменится, так как катушки контакторов

Л1

Л2

Л3

получают питание соответственно через свои контакты и размыкаю-

щие контакты реле

В2

В4

В6

В8

. Если

cos

превысит значение

край него верхнего предела

cos

, то реле

П2

потеряет питание. При

этом размыкающие

В8

контакты реле

П1

П2

замыкаются, подго-

товляя к включению реле

В2

В4

В6

В8

. Если, например, контак-

тор

Л4

еще не успел сработать, то включается реле

В6

и с заданной

выдержкой времени отключает контактор

Л3

, который своими кон-

тактами отключит батарею 3; так последовательно будут отключаться

все батареи, пока

cos

не станет меньше или равным верхнему пре-

делу

cos

В настоящее время широкое применение для автоматического

регулирования мощности конденсаторных батарей получили автома-

тические регуляторы (АР) типа АРКОН и АРКОН 1. Устройство

АРКОН 1 предназначено для многоступенчатого и одноступенчато-

го регулирования мощности конденсаторных батарей в сетях напря-

жением до 1кВ и 6 10кВ и состоит из командного блока (БК) и про-

граммной приставки (ПП).