Компенсация реактивной мощности в сетях общего назначения

 

 

 

Рис. 5. Распределение  мощности батарей конденсаторов  на подстанции ТП4.

Суммарная мощность БК до 1 кВ распределяется пропорционально их реактивным нагрузкам. Соответственно Q_нк1=(1/2)×Q_общ=2600, кВАр, Q_нк2=(1/2)×Q_общ=2600, кВАр. Далее по (9) нахожу место присоединения батарей конденсаторов:

 

1500 ³ (2600/2) ³ 900 к узлу 3;

1500 ³ (2600/2) ³ 500 к узлу 4.

 

Таким образом, скомпенсирована вся реактивная мощность на ТП4.

Для трансформаторной подстанции ТП5 Q_нк1=3,46 МВАр, округляю до 3500 кВАр (т.е. ставим 35 конденсаторных батарей по 100 кВАр, Q_общ=3500,кВАр) и Q_нк2=0, а Q₅=5,92, МВАр. Распределяю на первый шинопровод 1/5 реактивной нагрузки, а на второй 4/5 от общей реактивной нагрузки подстанции ТП5. На каждом шинопроводе делаю по 5 узлов. Нагрузка каждого узла (в кВАр) показана на рис. 6.

 Суммарная мощность БК до 1 кВ распределяется пропорционально их реактивным нагрузкам. Соответственно Q_нк1=(4/5)×Q_общ=2800, кВАр, Q_нк2=(1/5)×Q_общ=700, кВАр. Далее по (9) и (10) нахожу место присоединения батарей конденсаторов:

 

1736 ³ (2800/2) ³ 836 к узлу 3;

984 ³ (700/2) ³ 684 к узлу 2.

 

 

 

Рис. 6. Распределение  мощности батарей конденсаторов  на ТП5.

Таким образом, скомпенсирована вся  реактивная мощность на ТП5.

Для трансформаторной подстанции ТП6 Q_нк1=3 МВАр, (т.е. ставим 30 конденсаторную батарею по 100 кВАр, Q_общ=3000, кВАр) и Q_нк2=0, а Q₆=5,03, МВАр. Распределяю на первый шинопровод 1/2 реактивной нагрузки, и на второй 1/2 от общей реактивной нагрузки подстанции ТП6. На каждом шинопроводе делаю по 5 узлов. Нагрузка каждого узла (в кВАр) показана на рис. 7.

 

 

 

 

Рис. 7. Распределение  мощности батарей конденсаторов  на подстанции ТП6.

Суммарная мощность БК до 1 кВ распределяется пропорционально  их реактивным нагрузкам. Соответственно Q_нк1=(1/2)×Q_общ=1500, кВАр, Q_нк2=(1/2)×Q_общ=1500, кВАр. Далее по (9) нахожу место присоединения батарей конденсаторов:

 

800 ³ (1500/2) ³0 к узлу 5;

1015 ³ (1500/2) ³ 515 к узлу 3.

 

Таким образом, скомпенсирована вся  реактивная мощность на ТП6.

Для трансформаторной подстанции ТП7 Q_нк1=2,71 МВАр, округляю до 2,7 МВАр (т.е. ставим 27 конденсаторную батарею по 100 кВАр, Q_общ=2700, кВАр) и Q_нк2=0, а Q₇=3,62, МВАр. Распределяю на первый шинопровод 1/3 реактивной нагрузки, и на второй 2/3 от общей реактивной нагрузки подстанции ТП7. На каждом шинопроводе делаю по 5 узлов. Нагрузка каждого узла (в кВАр) показана на рис. 8.

 

 

Рис. 8. Распределение  мощности батарей конденсаторов  на подстанции ТП7.

Суммарная мощность БК до 1 кВ распределяется пропорционально их реактивным нагрузкам. Соответственно Q_нк1=(2/3)×Q_общ=1800, кВАр, Q_нк2=(1/3)×Q_общ=900, кВАр. Далее по (9) нахожу место присоединения батарей конденсаторов:

 

1500 ³ (1800/2) ³ 500 к узлу 3;

507 ³ (900/2) ³ 207 к узлу 3.

 

Таким образом, осталось нескомпенсированной 10 кВАр реактивной нагрузки подстанции ТП7.

Для трансформаторной подстанции ТП9 Q_нк1=0,57 МВАр, округляю до 0,6 МВАр (т.е. ставим 6 конденсаторных батарею по 100 кВАр, Q_общ=600, кВАр) и Q_нк2=0, а Q₄=4,07, МВАр. Распределяю на первый шинопровод 1/2 реактивной нагрузки, и на второй 1/2 от общей реактивной нагрузки подстанции ТП9. На каждом шинопроводе делаю по 5 узлов. Нагрузка каждого узла (в кВАр) показана на рис. 5.

 

 

 

Рис. 9. Распределение  мощности батарей конденсаторов  на подстанции ТП9.

Суммарная мощность БК до 1 кВ распределяется пропорционально  их реактивным нагрузкам. Соответственно Q_нк1=(1/2)×Q_общ=300, кВАр, Q_нк2=(1/2)×Q_общ=300, кВАр. Далее по (9) нахожу место присоединения батарей конденсаторов:

 

500 ³ (300/2) ³ 0 к узлу 5;

335 ³ (300/2) ³ 135 к узлу 4.

 

Таким образом, скомпенсирована вся  реактивная мощность на ТП4.

Схема присоединения  конденсаторных батарей на напряжение 0,4 кВ.  В силовых сетях напряжением 0,4 кВ применяют главным образом трехфазные конденсаторные установки с параллельным соединением по схеме треугольника. В качестве защитной и коммутационной аппаратуры на напряжение 0,4 кВ нужен быстродействующий малогабаритный автоматический выключатель или контактор для коммутации чисто емкостной нагрузки на номинальный ток 300-200 А, допускающий 20-30 операций в сутки при автоматическом регулировании. Ударный ток короткого замыкания, допускаемый в защищаемой этими выключателями сети, должен быть не менее 50 кА. При отсутствии такового выключателя применяю контактор типа КТ 6043-600 с предохранителями типа ПНБ2-60 с закрытыми патронами, быстродействующие [4].  В схемах конденсаторных батарей предусматривают специальные активные или индуктивные сопротивления, которые подключают параллельно конденсаторам. Эти сопротивления необходимы для разряда конденсаторов после их отключения, так как естественный саморазряд происходит медленно. Разряд конденсаторных батарей должен осуществляться автоматически после каждого отключения батареи от сети. Разрядное сопротивление:

 

r_раз=15*(U²_ф/Q)*10⁶,

 

где  U_ф - фазное напряжение;

Q- мощность батареи.

Так как все мои батареи конденсаторов  мощностью по 100 кВАр, то разрядное  сопротивление:

 

r_раз=15*(0,4²/100)*10⁶=24 кОм.

 

Присоединение конденсаторов к  шинам на напряжение 0,4 кВ изображено на рис. 10.

Максимальный ток, который  способен отключить контактор, 600/1,5=400, А. Максимальный ток будет на подстанции ТП4:

I_max4 =52×100/ ×0,4=7505,6  А. Ставлю выключатель на две батареи конденсаторов: 2×100/ ×0,4=288,7  А (т.е. произвожу секционирование рис.11).

При коммутации батарей конденсаторов  возникают перенапряжения и броски тока, особенно при включении на параллельную работу, отсюда для переключения батарей конденсаторов обычные коммутационные аппараты должны выбираться с запасом по номинальному току на 50 %. Если защита осуществляется предохранителем, то ток плавкой вставки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 10. Присоединение батареи конденсаторов на напряжение 0,4 кВ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рис. 11. Схема секционирования  для подстанции ТП 8.

 

i_в £ 1.6*n* ,

 

где  Q_к - мощность одного конденсатора, входящего в батарею;   

n - число конденсаторов во всех фазах.

           

, А

 

Для выбранной по [2] батареи конденсаторов УКБН-038-100-50-УЗ существует 4 ступени регулирования с регулятором АРКОН, стремящимся поддерживать определенное напряжение в точке присоединения. Габаритные размеры батареи конденсаторов: 800*400*1685, мм.

 

5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ  БАТАРЕЙ КОНДЕНСАТОРОВ 

    В СЕТИ ВЫШЕ 1 кВ

 

Для каждой цеховой подстанции определяется не скомпенсированная реактивная нагрузка на стороне 6-10 кВ для каждого трансформатора:

 

Q_нгт=Q_мах.т - Q_нкф+DQ_т,        

 

где  Q_нгт - реактивная нагрузка трансформатора;

Q_мах.т - максимальная расчетная нагрузка трансформатора;

Q_нкф - фактическая реактивная мощность конденсаторов на стороне до 1 кВ;

DQ_т - потери реактивной мощности в трансформаторе, зависящие от его коэффициента загрузки.

Для каждого распределительного пункта или подстанции определяется не скомпенсированная  реактивная нагрузка на высокой стороне  как сумма питающихся от него цеховых  подстанций и других потребителей. Суммарная мощность батарей конденсаторов 6-10 кВ определяется из баланса мощности для всего предприятия:

 

Q_вк=åQ_рпi-Q_сд.р-Q_э1,

 

где  Q_рпi - расчетная реактивная нагрузка на шинах 10 кВ i-того РП;

Q_сд.р - располагаемая реактивная мощность синхронных двигателей.

Если Q_вк £ 0, то конденсаторы на высокой стороне не устанавливают, а полученный Q_вк сообщают в энергосистему для согласования нового значения входной мощности Q_э1. Q_вк распределяется между отдельными секциями подстанции пропорционально их не скомпенсированной реактивной мощности на шинах 6-10 кВ. Затем Q_вк отдельной секции округляются до ближайшего стандартного значения величины ККУ. Расчетная реактивная нагрузка складывается из расчетной реактивной мощности приемников 6-10 кВ (коэффициент

торая в данном случае равна нулю, т.к. нет приемников на стороне 10 кВ); из не компенсируемой реактивной мощности сетей до 1 кВ и потерь реактивной мощности в сетях 6-10 кВ. При заданных параметрах экономически выгодно использовать всю располагаемую реактивную мощность установленных синхронных двигателей, определяемую по формуле

 

Q_сд.р =a_м ,

 

где  a_м- дополнительный коэффициент перегрузки, зависящий от b и cosj.

В моем случае a_м=0,58 для двигателей с номинальной мощностью 1,5 МВт, и a_м=0,58 для двигателей с номинальной мощностью 4,0 МВт. [1]

 

Q_сд.р=2×0,58× +3×0,53× =8,76 , МВАр.

 

Находим наибольшие суммарные  расчетные активные и реактивные электрические нагрузки предприятия Q_max.1 и Р_max.1  с учетом коэффициента разновременности максимумов нагрузок (для металлургии К=0,9) как

 

Q_max.1 =Q_max.расч ×К= 43,49×0,9=39,14  МВАр

Р_max.1 =Р_max.расч ×К= 61,8×0,9=49,52  МВАр

 

Полученные значения сообщаются в энергосистему для  определения значения экономически оптимальной реактивной (входной) мощности Q_э1, которая может быть передана предприятию. Примем  

Q_э1=0,4*Q_max.расч=0,3×39,14=11,742  МВАр.                       

Для ТП1:

Q_тп1=Q_{мах.расч}-Q_ку.уст+DQ_т;

Q_тп1=3,97-2+7×0,041=2,257, МВАр.

 

Для ТП2:   

Q_тп2=Q_{мах.расч}-Q_ку.уст+DQ_т;

Q_тп2=5,21-2,5+11×0,041=3,161, МВАр.

Для ТП3:   

Q_тп3=Q_{мах.расч}-Q_ку.уст+DQ_т;

Q_тп3=1,78-0+5×0,041=1,985, МВАр.

Для ТП4:   

Q_тп4=Q_{мах.расч}-Q_ку.уст+DQ_т;

Q_тп4=9-5,2+18×0,041=4,538, МВАр.

Для ТП5:   

Q_тп5=Q_{мах.расч}-Q_ку.уст+DQ_т;

Q_тп5=5,92-3,5+9×0,041=2,789, МВАр.

Для ТП6:   

Q_тп6=Q_{мах.расч}-Q_ку.уст+DQ_т;

Q_тп6=5,03-3+10×0,041=2,44, МВАр.

Для ТП7:   

Q_тп7=Q_{мах.расч}-Q_ку.уст+DQ_т;

Q_тп7=3,62-2,7+6×0,041=1,166, МВАр.

Для ТП8:   

Q_тп8=Q_{мах.расч}-Q_ку.уст+DQ_т;

Q_тп8=4,89-0+16*0,041=5,546, МВАр.

Для ТП9:   

Q_тп9=Q_{мах.расч}-Q_ку.уст+DQ_т;

Q_тп9=4,07-0,6+13*0,041=4,003, МВАр.

 

åQ_рп=2,257+3,161+1,985+4,538+2,789+2,44+1,166+5,546+4,003=    

=27,885, МВАр.

Q_вк=0,9*åQ_рпi-Q_сд.р-Q_э1=0,9×27,885-8,76-11,742=4,5945, МВАр.

 

В качестве батарей конденсаторов  на стороне 10 кВ выбираю и ставлю [6] 4 трехфазных батарей УК-10-900-ЛУ3 (т.е. получается недокомпенсация). Схема включения батарей конденсаторов показана на рис. 12. Для компенсирующих устройств на напряжение 10 кВ в качестве высоковольтной коммутационной аппаратуры обычные масляные и воздушные выключатели не полностью удовлетворяют специальным требованиям, предъявляемым к выключателям, коммутирующим чисто емкостную нагрузку. Их следовало бы дооборудовать специальными гасительными камерами или дополнительными шунтирующими сопротивлениями. Наиболее пригодны для работы в компенсирующих устройствах вакуумные и элегазовые выключатели, допускающие быстрые и частые переключения и практически исключающие повторные зажигания дуги. Но у них мала отключающая мощность. Самым лучшим образом при работе в компенсирующих устройствах показал себя малообъемный масляный выключатель типа ВМП-10-1000/500, который я и ставлю. Он надежно включает и отключает токи компенсирующего устройства мощностью до 2500 кВАр при номинальном напряжении 10,5 кВ и максимальном рабочем напряжении 12 кВ без повторных зажиганий и перенапряжений.