Компенсация реактивной мощности в сетях общего назначения

Суммарная мощность батарей конденсаторов  на низкой стороне:

 

Q_нк=Q_нк1+Q_нк2            (1)

 

где Q_нк1 - мощность, определяемая на 1 этапе;

Q_нк2 - дополнительная часть мощности, определяемая на 2 этапе.

Суммарная мощность батарей конденсаторов  распределяется между трансформаторами пропорционально их реактивным нагрузкам. Сначала определяют минимальное число трансформаторов подстанции. Для каждой группы цеховых трансформаторов одинаковой мощности минимальное их число определяется наибольшей расчетной активной нагрузкой:

       

N_т.min=Р_ст/(b_т*S_т)+DN,                      (2)

 

где Р_ст - средняя суммарная активная нагрузка за наиболее загруженную смену;

b_т - коэффициент загрузки трансформаторов;

 S_т - мощность одного трансформатора;

 DN - добавка до ближайшего целого числа.

Экономически оптимальное число  трансформаторов [1]:

 

N_т.э.= N_т.min + m,              (3)

 

где  m – добавочное число трансформаторов;

N_т.э определяется удельными затратами на передачу реактивной мощности с учетом постоянной составляющей капитальных затрат:

 

З^*=b_т*З^*_пс,                                                 (4)

 

где  З^*_пс -усредненные приведенные затраты на конденсаторы на подстанции. При отсутствии достоверных стоимостных показателей для практических расчетов принимают З^*_пс=0,5. Тогда m определяется в зависимости m(N_т.min;DN) из графиков [1] для заданного коэффициента использования трансформаторов.

По выбранному числу трансформаторов N_т.э определяется реактивная мощность, которую целесообразно передать через трансформатор в сеть до 1 кВ:

Q_т= .                            (5)

 

Полученное значение используется при расчете мощности батарей  конденсаторов ниже 1 кВ для данной группы трансформаторов:

 

Q_нк1= Q_т.max - Q_т .                                                    (6)

 

где  Q_т.max, Р_т.max - максимальные нагрузки данной группы трансформаторов за наиболее загруженную смену.

Если Q_нк1 £ 0, то по 1-му этапу расчета установка батарей конденсаторов не требуется и следует принять Q_нк1=0.

Дополнительная мощность батарей конденсаторов Q_нк2 для данной группы трансформаторов равна:

 

Q_нк2= Q_т.max- Q_нк1-g*N_т.э.*S_т,                     (7)

 

где  g - коэффициент, зависящий от некоторых показателей к1 и к2 и схемы питания цеховой подстанции (магистральная или радиальная).  Коэффициенты к1 и к2 зависят от расчетной стоимости потерь электроэнергии, от района страны, от сменности работы предприятия и от других факторов, причем, к1 - коэффициент удельных потерь, к2 - коэффициент, зависящий от конструкции линии. Из [1] значение коэффициента к1:

 

к1=10³*(З_нк-З_вк)/С_o,                                          (8)

 

где  З_нк и З_вк - усредненные приведенные затраты на конденсаторы низкой и высокой стороны, С_о - удельная стоимость батарей конденсаторов. При отсутствии достоверных стоимостных показателей для практических расчетов к1 рекомендуется принимать по таблице [1], для объединенной энергосистемы центра при двухсменной работе к1=12. При мощности трансформатора 1000 кВ×А и принятой длине линий до 0,5 км находим к2=2 по графику [1]. Тогда из графиков [1] определяю g=0,6.

Зная максимальные нагрузки групп  трансформаторов  за наиболее загруженную смену  табл.3., для каждой группы цеховых трансформаторов одинаковой мощности минимальное их число определяю наибольшей расчетной активной нагрузкой:

N_т.min=Р_ст/(b_т*S_т)+DN.

 

При выборе числа и мощности трансформаторов для питания сети ниже 1 кВ цехов следует учитывать, что при повышении мощности трансформаторов 10/0,4 кв выше 1000 кВ×А резко возрастает их стоимость. Для цеховых трансформаторных подстанций ТП1-ТП9 выбираю трансформаторы мощностью 1000 кВ*А каждый марки ТМ (номинальные данные которого в табл. 4).

Таблица 4

Технические характеристики трехфазного  двух обмоточного 

трансформатора типа ТМ

Напряжение, кВ	Мощность    кВ*А	Потери РХ ,кВт	Потери РК ,кВт	Ток ХХ, %	Напряжение КЗ, %
10	1000	3,3	11,6	1,4	5,5

 

Коэффициент загрузки трансформаторов  примем равным 0.7 с учетом резервирования и возможной работы с перегрузкой. В первом этапе расчета рассчитываю  минимальное число трансформаторов (2), экономически оптимальное число трансформаторов (3), определяю реактивную мощность, которую целесообразно передавать через трансформатор в сеть до 1 кВ (5), определяю мощность батарей конденсаторов ниже 1 кВ для данной группы трансформаторов (6) и определяю дополнительную мощность батарей конденсаторов для данной группы трансформаторов (7). Результаты расчета для подстанций ТП1 - ТП9 представлены ниже.

Для подстанции ТП1:

  

N_т.min= 4,5/(0,7×1)=7

Из графика [1] при N_т.min = 7, DN = 0,57 и b_т = 0,7 находим m = 0 ;

N_т.э.= 7+0=7;

Q_т = =1,94, МВАр;

Q_нк1=3,97-1,94=2,03  ,МВАр;

Q_нк2 =3,97-2,03-0,6×7×1=0.

 

Для подстанции ТП2:

  

N_т.min= 7,2/(0,7×1)=11

Из графика [1] при N_т.min = 11, DN = 0,71 и b_т = 0,7 находим m = 0 ;

N_т.э.= 11+0=11;

Q_т = =2,73 ,МВАр;

Q_нк1=5,21-2,73=2,48  ,МВАр;

Q_нк2 =5,21-2,48-0,6×11×1=0.

 

Для подстанции ТП3:

  

N_т.min= 3/(0,7×1)=5

Из графика [1] при N_т.min = 5, DN = 0,71 и b_т = 0,7 находим m = 0 ;

N_т.э.= 5+0=5;

Q_т = =1,80 ,МВАр;

Q_нк1=1,78-1,8=0  ,МВАр;

Q_нк2 =1,78-0-0,6×5×1=0.

 

Для подстанции ТП4:

  

N_т.min= 12/(0,7×1)=18

Из графика [1] при N_т.min = 18, DN = 0,86 и b_т = 0,7 находим m = 0 ;

N_т.э.= 18+0=18;

Q_т = =3,84 ,МВАр;

Q_нк1=9-3,84=5,16  ,МВАр;

Q_нк2 =9-5,16-0,6×18×1=0.

 

Для подстанции ТП5:

  

N_т.min= 5,8/(0,7×1)=9

Из графика [1] при N_т.min = 9, DN = 0,71 и b_т = 0,7 находим m = 0 ;

N_т.э.= 9+0=9;

Q_т = =2,46 ,МВАр;

Q_нк1=5,92-2,46=3,46  ,МВАр;

Q_нк2 =5,92-3,46-0,6×9×1=0.

 

 

Для подстанции ТП6:

  

N_т.min= 6,7/(0,7×1)=10

Из графика [1] при N_т.min = 10, DN = 0,43 и b_т = 0,7 находим m = 0 ;

N_т.э.= 10+0=10;

Q_т = =2,03 ,МВАр;

Q_нк1=5,03-2,03=3  ,МВАр;

Q_нк2 =5,3-3-0,6×10×1=0.

 

Для подстанции ТП7:

  

N_т.min= 4,1/(0,7×1)=6

Из графика [1] при N_т.min = 6, DN = 0,14 и b_т = 0,7 находим m = 0 ;

N_т.э.= 6+0=6;

Q_т = =0,91 ,МВАр;

Q_нк1=3,62-0,91=2,71  ,МВАр;

Q_нк2 =3,62-2,71-0,6×6×1=0.

 

Для подстанции ТП8:

  

N_т.min= 10,1/(0,7×1)=15

Из графика [1] при N_т.min = 15, DN = 0,57 и b_т = 0,7 находим m = 1 ;

N_т.э.= 15+1=16;

Q_т = =4,84 ,МВАр;

Q_нк1=4,89-4,84=0,05  ,МВАр;

Q_нк2 =4,89-0,05-0,6×16×1=0.

 

Для подстанции ТП9:

  

N_т.min= 8,4/(0,7×1)=12

Из графика [1] при N_т.min = 12, DN = 0 и b_т = 0,7 находим m = 1 ;

N_т.э.= 12+1=13;

Q_т = =3,5 ,МВАр;

Q_нк1=4,07-3,5=0,57  ,МВАр;

Q_нк2 =4,07-0,57-0,6×13×1=0.

 

4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ БАТАРЕЙ  КОНДЕНСАТОРОВ 

В СЕТИ ДО 1 кВ

 

Для каждой цеховой трансформаторной подстанции рассматривается возможность  распределения найденной мощности конденсаторов в ее сети. Найденное значение Q_нк округляют до ближайшего стандартного. Если распределительная сеть выполнена кабельной линией, то компенсирующее устройство надо подключать к шинам цеховой подстанции. При питании от одной подстанции или трансформатора более двух магистральных шинопроводов, к каждому из них присоединяют по 1 батареи конденсаторов, причем общая расчетная мощность батарей распределяется пропорционально реактивным нагрузкам шинопровода. В магистральных шинопроводах компенсирующие устройства единичной реактивной мощности до 400 кВАр подключаются к сети без дополнительных отключающих аппаратов. Большие мощности - через собственный отключающий аппарат. На одном шинопроводе следует устанавливать не более двух батарей суммарной мощностью Q_нк. В данном расчете суммарная реактивная нагрузка трансформаторных подстанций более 1 МВАр, поэтому  принимаем схему ТП с двух магистральным шинопроводом, к каждому из которых присоединю по батарее конденсаторов рис.2. Выбираем по [2] батареи конденсаторов типа УКБН-038-100-50-УЗ.

 

 

 

Рис.2. Схема присоединения низковольтных  БК к магистральным шинопроводам.

Точку подключения батареи (рис. 2) находим из условия:

 

(Q_h-Q_нк2) ³ (Q_нк1/2) ³ (Q_h+1-Q_нк2).                    (9)

 

Для трансформаторной подстанции ТП1 Q_нк1=2,03 МВАр (т.е. ставим 20 конденсаторных батарей по 100 кВАр, Q_общ=2000, кВАр) и Q_нк2=0, а Q₁=3,97, МВАр. Распределяю на первый шинопровод 3/4 реактивной нагрузки, а на второй 1/4 от общей реактивной нагрузки подстанции ТП1. На каждом шинопроводе делаю по 5 узлов. Нагрузка каждого узла (в кВАр) показана на рис. 3.

 

 

 

 

Рис. 3. Распределение  мощности батарей конденсаторов  подстанции ТП1.

 

Суммарная мощность БК до 1 кВ распределяется пропорционально их реактивным нагрузкам. Соответственно Q_нк1=(3/4)*Q_общ=1500, кВАр, Q_нк2=(1/4)*Q_общ=500, кВАр. Далее по (9) нахожу место присоединения батарей конденсаторов:

 

850 ³ (1500/2) ³ 450 к узлу 3;

520 ³ (500/2) ³ 220       к узлу 3.

 

Таким образом, осталось нескомпенсированной 30 кВАр реактивной нагрузки подстанции ТП1.

 

Для трансформаторной подстанции ТП2 Q_нк1=2,48 МВАр (т.е. ставим 25 конденсаторных батарей по 100 кВАр, Q_общ=2500, кВАр) и Q_нк2=0, а Q₂=5,21, МВАр. Распределяю на первый шинопровод 4/5 реактивной нагрузки, а на второй 1/5 от общей реактивной нагрузки подстанции ТП2. На каждом шинопроводе делаю по 5 узлов. Нагрузка каждого узла (в кВАр) показана на рис. 4.

 

 

 

 

Рис. 4. Распределение  мощности батарей конденсаторов  подстанции ТП2.

 

Суммарная мощность БК до 1 кВ распределяется пропорционально  их реактивным нагрузкам. Соответственно Q_нк1=(4/5)*Q_общ=2000, кВАр, Q_нк2=(1/5)*Q_общ=500, кВАр. Далее по (9)  нахожу место присоединения батарей конденсаторов:

 

1168 ³ (2000/2) ³ 568 к узлу 3;

280 ³ (500/2) ³ 130 к узлу 4.

 

Таким образом, скомпенсирована вся  реактивная мощность на ТП2.

Для трансформаторной подстанции ТП4 Q_нк1=5,16 МВАр, округляю до 5,2 МВАр (т.е. ставим 52 конденсаторную батарею по 100 кВАр, Q_общ=5200, кВАр) и Q_нк2=0, а Q₄=9,00, МВАр. Распределяю на первый шинопровод 1/2 реактивной нагрузки, и на второй 1/2 от общей реактивной нагрузки подстанции ТП3. На каждом шинопроводе делаю по 5 узлов. Нагрузка каждого узла (в кВАр) показана на рис. 5.