Средства компенсации реактивной мощности

Средства компенсации реактивной мощности



В отличие от активной мощности, вырабатываемой на электростанциях, реактивную мощность можно генерировать в любом узле электрической сети с помощью установки в этом узле источника реактивной мощности.

Полное или частичное покрытие потребности узла нагрузки в реактивной мощности путем установки в этом узле источников реактивной мощности называется компенсацией реактивной мощности. Источники реактивной мощности называются еще компенсирующими устройствами (КУ).

В качестве КУ используются батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели и статические источники реактивной мощности.

Потребители реактивной мощности имеют, как правило, индуктивный характер нагрузки. Рассмотрим с позиций теоретической электротехники совместную работу конденсаторов и потребителей с индуктивным характером нагрузки, подключенных параллельно к одной точке электрической сети.

Работа потребителей индуктивного характера основана на создании магнитного поля, энергия которого в первую четверть периода берется от источника, во вторую четверть — отдается обратно источнику, в третью четверть энергия для создания магнитного поля вновь берется от источника, а в четвертую — вновь отдается источнику и т.д.

Конденсаторы имеют емкостной характер нагрузки. Работа такой нагрузки основана на создании электрического поля, энергия которого во вторую четверть периода берется от источника, в третью четверть — отдается источнику, в четвертую — вновь берется от источника, в первую четверть следующего периода — вновь отдается источнику и т.д. Таким образом, в течение каждой четверти периода индуктивная и емкостная нагрузки обмениваются энергией. Так, для создания магнитного поля в индуктивной нагрузке используется энергия электрического поля емкостной нагрузки, и наоборот. Следовательно, конденсаторы являются источником энергии для индуктивной нагрузки.

Конденсаторные батареи выпускаются в виде комплектных устройств, состоящих из параллельно и последовательно включенных конденсаторов, коммутационной и защитной аппаратуры. Конденсаторные батареи устанавливаются в узлах электрической сети напряжением до 220 кВ. Мощность конденсаторной батареи зависит от количества параллельно-последовательно включенных конденсаторов в одной фазе, напряжения сети в точке подключения батареи и схемы включения фаз.

При включении фаз Cф конденсаторной батареи треугольником генерируемая одной фазой реактивная мощность в соответствии с рисунком 1 составляет:

Qкб = U • I,

где U, I — линейные напряжение и ток.

При включении фаз Сф конденсаторной батареи в звезду генерируемая одной фазой реактивная мощность составляет:

Qкб = Uф • Iф = U • I / 3,

где Uф, Iф — фазные напряжение и ток.

Таким образом, при включении конденсаторной батареи треугольником генерируемая ею реактивная мощность будет в три раза больше, чем при включении звездой.

Поэтому в большинстве случаев фазы конденсаторной батареи соединяют в треугольник.



Схемы включения конденсаторных батарей

Рисунок 1 Схемы включения конденсаторных батарей

Синхронный компенсатор (СК) представляет собой синхронный двигатель, работающий на холостом ходу без активной нагрузки на валу. В режиме перевозбуждения СК выдает в сеть реактивную мощность, в режиме недовозбуждения — потребляет реактивную мощность из сети.

 

Синхронный двигатель (СД) потребляет из сети активную мощность. Как и СК, СД в зависимости от режима возбуждения выдает или потребляет реактивную мощность.

 

В ЭЭС с протяженными воздушными линиями электропередачи напряжением 330 кВ и выше возможны режимы, в которых возникает избыток реактивной мощности за счет большой ее генерации воздушными линиями. В этом случае уровни напряжения в отдельных точках электрической сети могут превысить предельно допустимые значения.

Для потребления избыточной реактивной мощности могут быть использованы СК в режиме недовозбуждения или шунтирующие реакторы, включаемые между каждой фазой линии и землей.

 

Шунтирующий реактор — это статическое устройство с индуктивным сопротивлением ХL, потребляющее реактивную мощность:

Qр = (U • U) / Х • L,

где ХL — индуктивное сопротивление реактора; U — линейное напряжение сети в точке подключения реактора.

Используются как нерегулируемые, так и регулируемые реакторы. В случае нерегулируемого реактора потребление им реактивной мощности, зависит от квадрата напряжения в узле подключения реактора. При отключении реактора потребления реактивной мощности нет. В случае регулируемого реактора потребляемая им реактивная мощность зависит от его реактивного сопротивления ХL, которое изменяется устройством управления за счет подмагничивания реактора. В этом случае реактор должен иметь магнитопровод из ферромагнитного материала. Включение параллельно с регулируемым реактором батареи конденсаторов с емкостным сопротивлением ХC позволяет получить статический регулируемый источник реактивной мощности, принципиальная схема которого приведена на рисунке 2. В зависимости от соотношения сопротивлений ХL и ХС реактивная мощность может как потребляться из сети (при ХL ХC).

Принципиальная схема статического регулируемого источника реактивной мощности

Рисунок 2. Принципиальная схема статического регулируемого источника реактивной мощности

Плавность регулирования режима потребления или выдачи реактивной мощности достигается с помощью регулируемого тиристорного блока, входящего в устройство управления УУ.

 

Сравним различные компенсирующие устройства.

Батареи статических конденсаторов являются самыми дешевыми из всех КУ, просты в эксплуатации, имеют малые потери активной мощности (0,0025…0,005 кВт/кВАр). Однако конденсаторы имеют зависимость выработки реактивной мощности от величины напряжения U в точке подключения. При снижении напряжения U генерируемая конденсаторами реактивная мощность уменьшается. Батареи конденсаторов допускают лишь ступенчатое регулирование реактивной мощности, чувствительны к перегрузке.

Синхронные компенсаторы за счет регулирования тока возбуждения имеют возможность плавного регулирования реактивной мощности, возможность работы в режиме как выдачи, так и потребления реактивной мощности и возможность увеличения генерации реактивной мощности при снижении напряжения в узле подключения компенсатора.

Синхронные компенсаторы, по сравнению с конденсаторами, более дорогие, более сложные в обслуживании и имеют на порядок большие удельные потери активной мощности. Поэтому в настоящее время синхронные компенсаторы в ЭЭС почти не применяются.