Развития комбинированного производства электроэнергии и теплоты для централизованного теплоснабжения промышленных городов

4.2.3 Определяем мощность трансформатора с учетом потерь и с

        компенсацией реактивной мощности

S_р = 0,7∙133,8 = 93,7 кВ∙А

С учетом КУ выбираем трансформатор типа ТМ160-10/4, в количестве 1 единицы.

Таблица 4.1

Характеристики трансформатора

Марка трансформатора	Номинальная мощность, кВ∙А	Напряжение обмоток, кВ		Потери, кВт		Uкз, %	Iхх, %
		ВН	НН	Мощность холостого  хода Рхх	Мощность короткого  замыкания Ркз
ТМ160-10/4	160	10	0,4	0,51	2,27	4,5	2,6

P_х.х.- мощность холостого хода;

P_к.з.- мощность короткого замыкания;

U_к.з.- напряжение короткого замыкания

I_х.х.- ток холостого хода

Коэффициент загрузки трансформатора:

где К_з – коэффициент загрузки.

 

 

 

 

5 Компенсация реактивной мощности

5.1 Методика расчёта компенсации реактивной мощности

В настоящее время  нагрузкой электрической сети переменного  тока промышленных предприятий в  основном являются асинхронные двигатели  и распределительные трансформаторы, имеющие значительную индуктивность, т. к. эти устройства имеют значительное количество витков медного провода, намотанного на магнитопроводе, имеющем высокую магнитную проницаемость.

Поэтому данные устройства в процессе работы за счет ЭДС самоиндукции генерируют реактивную мощность (РМ), которая, совершая колебательные движения от нагрузки к источнику (генератору) и обратно, распространяется по сети. РМ характеризуется задержкой (ток отстает) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. В моменты, когда синусоиды напряжения и тока имеют противоположные знаки, мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора.

Генерация РМ нагрузкой сопровождается отрицательными явлениями, такими как:

• повышение активных потерь (т. к. величина полной мощности повышается);
• снижение нагрузочной способности (т. к. увеличивается токовая нагрузка на питающий кабель и распределительный трансформатор);
• большее падение напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Потребителя обычно интересует активная мощность в нагрузке, которая и определяет полезную работу. Генерация нагрузкой РМ повышает мощность, проходящую по сети S — это полная мощность. Полная мощность равна корню из геометрической суммы P (активной мощности) и Q (реактивной мощности).

Хотя на выработку реактивной мощности не тратится энергия генератора, но для передачи РМ по сети требуется дополнительная, активная энергия генератора.

Дополнительный реактивный ток, проходя по сети, вызывает не только активные потери мощности в проводах сети и генератора, но и уменьшает допустимую активную составляющую тока питающей сети, т. к. сечение питающего кабеля рассчитано под максимальную нагрузку.

Уровень РМ двигателей, генераторов  и сети предприятия в целом  характеризуется коэффициентом мощности cosφ — это численное отношение активной мощности к полной мощности: cosφ = P/S. Например: cosφ асинхронных двигателей составляет примерно 0,7; cosφ сварочных трансформаторов — примерно 0,4; cosφ станков не превышает 0,5 и т. д. Поэтому полное использование мощностей сети возможно только при компенсации реактивной составляющей мощности.

Во многих регионах России для стимуляции увеличения cosφ введен чувствительный тариф на потребление РМ, который  предназначен для общей экономии электроэнергии на предприятиях.

В настоящее время для компенсации реактивной мощности широкое применение получили конденсаторные установки (КУ) и в том числе автоматизированные конденсаторные установки (АКУ), обладающие рядом преимуществ перед другими устройствами компенсации реактивной мощности — синхронными компенсаторами и синхронными двигателями, которые имеют большие активные потери электрической мощности и вращающиеся части, подверженные механическому износу. Для снижения доли реактивного тока в системе генератор — нагрузка параллельно нагрузке подключают емкостные компенсаторы, которые при работе формируют опережающую реактивную мощность (фаза синусоиды тока опережает фазу напряжения) для компенсации отстающей реактивной мощности, генерирующую индуктивной нагрузкой.

Принцип работы КУ и АКУ заключается в том, что РМ при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами — индуктивными обмотками нагрузки и емкостным компенсатором. При этом для снижения потерь, вызываемых перетоком РМ, необходимо КУ располагать как можно ближе к нагрузке.

                                                                         (5.1)

                                                                 (5.2)

где Q_к.р – реактивная мощность компенсирующего устройства, квар;

α – коэффициент, учитывающий  повышение cos φ естественным способом, принимается α=0,9;

tgφ, tgφ_к – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации соответственно;

tgφ_ф – фактическое значение коэффициента реактивной мощности после компенсации.

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cos φк = 0,92…0,95.

Задавшись cos φк из этого  промежутка, определяют tg φк.

5.2 Расчёт компенсации реактивной мощности

Р_м=126,24 кВт;

Qм=43,36 квар;

Sм=133,48 кВ∙А.

Требуемое значение коэффициента мощности после компенсации:

cos φк =0,98, соответствующее значение tg φк =0,194.

 

5.2.1 Расчетное значение коэффициента мощности без компенсации

cos φ_к =0,909, соответствующее значение tg φ_к =0,5.

Q_к.р=0,9∙126,24·(0,91-0,194)=30 квар

Выполнив расчеты выбираются компенсирующие установки.

Таблица 5.2

Характеристики КУ

Тип	УКМ58-0,4-30-5 У3
Номинальное напряжение, кВ	0,69
Номинал. мощность установки, квар	30
Количество и мощность ступеней	6х5
Ном. ток установки, А	25,2
Ток 1,43 ном. для выбора кабеля, А	36
Размеры, мм	650x220x800
Масса, кг	50

 

5.2.3 Фактическое значение коэффициента  мощности после компенсации

cos φ_ф=cos(arctg φ_ф)=0,96

tg φ_ф= tg (arccos φ_ф)=0,31

Таблица 5.1

Сводная ведомость нагрузок

Параметр	cosφ	tgφ	∑Pmax, кВт	∑Qmax, квар	∑Smax, кВа
Всего на НН без КУ	0,909	0,5	126,245	43,364	133,485
КУ				30
Всего на НН с КУ	0,982	0,194	126,245	13,364	126,950
Потери			1,69	6,70	6,90
Всего на ВН с КУ	0,956	0,308	127,932	20,06	133,854

 

 

6 Картограмма нагрузок и выбор места расположения подстанций

6.1 Методика расчета картограммы нагрузок и выбора расположения подстанций

                                                                                    (6.1)

                                                                                   (6.2)

                                                                                  (6.3)

                                                                                  (6.4)

                                                                                       (6.5)

                                                                                (6.6)

                                                                                (6.7)

                                                                               (6.8)

                                                                                (6.9)

где m_а, m_р – масштаб активной и реактивной нагрузок, кВт/км² и квар/км² соответственно;

     Р_нм, Q_нм – наименьшая активная и реактивная мощности цеха, кВт и квар соответственно;

      R_нм – наименьший визуально воспринимаемый радиус картограммы нагрузок, км;

     R_a, R_p – радиусы активной и реактивной нагрузок, км;

      P, Q – активная и реактивная нагрузки цехов, кВт и квар;

       Х_а0, Y_а0 – координаты местоположения ГПП, (точка А);

       Х_р0, Y_р0 – координаты местоположения ККУ, (точка В).

•   Расчет картограммы нагрузок и выбора расположения

      подстанций

Таблица 6.1

Исходные данные

	Активная мощность объекта	Реактивная мощность объекта	Координаты Х	Координаты Y	cosф	tgф	Полная мощность объекта
	кВт	квар	км	км			кВА
1	220	150	0,9	0,6	0,8	0,7	266,3
2	100	60	1,4	1,1	0,9	0,6	116,6
3	90	50	2,4	0,8	0,9	0,6	103,0
4	85	70	0,8	1,9	0,8	0,8	110,1
5	80	50	3,0	0,4	0,8	0,6	94,3
6	95	60	3,2	2,8	0,8	0,6	112,4
7	101,3	6,7	2,0	2,4	1,0	0,1	101,5

• Принимаем величины радиусов нагрузок:

R_a=0,1 км;

R_р=0,1 км.

• Определяем ориентировочный радиус наименьшей нагрузки:

 кВт/км²;

Принимаем  m_а=2500 кВт/км².

• Определяем радиус для наибольшей нагрузки в принятом масштабе:

 км.

• Определяем радиусы для нагрузок в принятом масштабе:

 

 

 

Таблица 6.2

	Активная мощность объекта	Реактивная мощность объекта	Координаты Х	Координаты Y	Радиусы активной нагрузки	Радиусы реактивной нагрузки
	кВт	квар	км	км	м	м
1	220	150	0,9	0,6	296	244
2	100	60	1,4	1,1	200	155
3	90	50	2,4	0,8	189	141
4	85	70	0,8	1,9	184	167
5	80	50	3,0	0,4	178	141
6	95	60	3,2	2,8	194	155
7	101,3	6,7	2,0	2,4	201	52

• Определяем условные координаты центра электрических нагрузок всего предприятия: