8. 3 Основные потребители реактивной мощности на предприятиях
 Скачать 1 Mb.
|
|
8.7 Регулирование работы компенсирующих устройств При минимальной нагрузке потребителя мощность батареи конденсаторов должна быть уменьшена, так как поступление избыточной емкостной нагрузки в сеть вызывает повышение напряжения и увеличивает потери электроэнергии. При максимальной нагрузке и недостаточной мощности БК наблюдается недокомпенсация реактивной мощности, снижение уровня напряжения и увеличение потерь электроэнергии. Для более экономичной работы компенсирующих устройств применяют автоматическое регулирование мощности БК и других видов компенсирующих устройств. Регулирование мощности конденсаторных установок можно вести тремя способами: вручную, автоматически и с диспетчерского пункта. Регулирование мощности БК не плавное, а ступенчатое (1-2-3ступени). Автоматическое регулирование мощности БК производится в функции: напряжения, тока нагрузки, направления реактивной мощности, по времени суток.
На рисунке 8.11 приведена схема автоматического одноступенчатого регулирования мощности конденсаторной установки по уровню напряжения в сети.  а – цепи трансформатора напряжения; б – цепи оперативного тока; в – цепи питания реле KV1 и KV2 Рисунок 8.11 – Схема одноступенчатого автоматического регулирования мощности конденсаторной установки Такое регулирование можно использовать в конденсаторных установках напряжением выше 1000 В, но преимущественно оно применяется в сетях напряжением до 1000 В. В последнем случае реле напряжения подключают непосредственно к сети. При понижении напряжения срабатывает реле напряжения KV1 и замыкает свой контакт в цепи катушки реле времени КТ1, которое с выдержкой времени включает конденсаторную установку. При повышении напряжения срабатывает реле KV2, в результате чего реле КТ2 отключает установку от сети. Для более точной настройки схемы в цепи катушек реле KV1 и KV2 включены добавочные резисторы Rk. Для отстройки от кратковременных колебаний напряжения выдержки времени реле принимаются равными 2-3 мин. Для ручного управления установкой ключ управления SA4 переводят в положение P. Подача напряжения на катушку включения YАС привода выключателя QF осуществляется кнопкой включения SB. Отключают выключатель кнопкой SO, контакты которой находятся в цепи катушки отключения YAT. Защитное отключение осуществляет промежуточное реле KL, которое срабатывает при кратковременном замыкании контакта Sреле защиты. Замкнув контакты в цепи своей катушки и в цепи катушки YAT, реле KL самоудерживается, обеспечивая надежное отключение выключателя QF, и предотвращает включение на короткое замыкание, разомкнув свой контакт в цепи катушки YAC. После срабатывания релейной защиты схему возвращают в исходное положение нажатием кнопки SO3, в результате чего катушка реле KL теряет питание. Многоступенчатое автоматическое регулирование комплектными конденсаторными установками серии УК-0,38 мощностью от 220 до 540 квар и серии УК-6(10) мощностью от 660 до 1800 квар обеспечивается устройством типа АРКОН. 8.6 Размещение батарей конденсаторов в системах электроснабжения Размещение БК в сетях до и выше 1000 В должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. При этом возможна компенсация: а) индивидуальная – с размещением БК непосредственно у ЭП. В этом случае от реактивных токов разгружается вся сеть СЭС; б) групповая – с размещением БК у силовых шкафов и шинопроводов в цехах. В этом случае сеть до ЭП не разгружается от реактивных токов; в) централизованная – с подключением БК на шины 0,38; 6; 10 кВ подстанций. При этом на напряжении U=0,38 кВ от реактивных токов разгружаются трансформаторы подстанций, но не питающая и распределительная сеть низшего напряжения; на напряжении U=6÷10 кВ – от реактивных токов разгружаются только сети энергосистемы, а трансформаторы подстанций не разгружаются. В схемах БК предусматриваются специальные активные или индуктивные сопротивления, которые подключают параллельно конденсаторам. Эти сопротивления необходимы для разряда конденсаторов после их отключения, так как естественный саморазряд происходит медленно (3÷5 мин) (рисунок 8.8). Разрядное сопротивление должно отключаться после каждого отключения БК от сети. Поэтому к БК должно быть постоянно и непосредственно (без промежуточных разъединителей, рубильников и предохранителей) подключено разрядное сопротивление.  Разрядное сопротивление можно рассчитать по формуле rраз = 15(Uф2/Q)106, Ом, где Uф – фазное напряжение, кВ; Q – мощность батареи, квар. Например, при Uф=0,4 кВ и Q=300 квар, rраз=8 Ом. На рисунке 8.9 приведены схемы присоединения БК к шинам 0,38 кВ. а) через автоматический выключатель А (применяется как при автоматическом регулировании, так и при его отсутствии); б) через рубильник Р с предохранителем П (применяется при отсутствии автоматического регулирования); в) через предохранитель П с контактором КТ или магнитным пускателем (применяется при автоматическом регулировании). Схема (а) применяется при индивидуальной компенсации; схемы (б) и (в) применяются при групповой и централизованной компенсации.    а ) б) в) Рисунок 8.9 – Схемы присоединения низковольтных БК На рисунке 8.10 приведены схемы присоединения БК к шинам 6-10 кВ.    а) б) в) Рисунок 8.10 – Схемы присоединения высоковольтных БК Схема (а) - присоединение БК через отдельный выключатель - применяется для БК мощностью >400 квар; схема (б) - присоединение БК через ВН-17 - применяется при мощности БК400 квар; схема (в) - схема индивидуальной компенсации реактивной мощности трансформатора или двигателя. Неудобство данной схемы – общий выключатель. 8.5.6 Статические источники реактивной мощности Появление мощных приемников с нелинейными характеристиками и ударными нагрузками (главные приводы непрерывных и обжимных прокатных станов, дуговые сталеплавильные печи и т.п.) привело к значительным искажениям кривых токов и напряжений в системах электроснабжения и предопределило создание принципиально новых источников реактивной мощности – статических источников компенсирующих устройств. Компенсация реактивной мощности на предприятиях черной и цветной металлургии с помощью конденсаторных установок оказалась неэффективной из-за инерционности регулирования их мощности или из-за перегрузки конденсаторов высшими гармониками. Основными элементами статических компенсирующих устройств являются емкость и индуктивность (накопители электромагнитной энергии) и управляемые вентили (тиристоры, обеспечивающие ее быстрое преобразование). На рисунке 8.7 приведены некоторые варианты вентильных компенсирующих устройств; они содержат конденсаторы в составе фильтров высших гармоник (генерирующая часть) и регулируемую индуктивность в различных исполнениях (рисунок 8.7, а-в). На рисунке 8.7, а в качестве регулируемой индуктивности использован преобразователь, зашунтированный со стороны постоянного тока реактором; на рисунке 8.7, б – реактор с подмагничиванием на постоянном токе; на рисунке 8.7, в – реактор с тиристорными ключами.  Рисунок 8.7 – Принципиальные схемы статических компенсирующих устройств Принцип работы статических ИРМ состоит в том, что выпрямленным током преобразователя индуктивность (реактор или дроссель) заряжается магнитной энергией, которая инвертируется в сеть переменного тока с опережающим cos. Регулирование выдаваемой реактивной мощности производится в пределах 301. Регулирование весьма быстродействующее (1 период переходного процесса). К недостаткам статических ИРМ относятся установка дополнительного регулируемого дросселя и искажение кривой тока. 8.5.5 Воздушные и кабельные линии Генерируемая воздушными и кабельными линиями реактивная мощность пропорциональна квадрату напряжения сети U и длине линии:  ,где l – длина линии, км; U – напряжение сети, кВ; Q0 – среднее значение генерируемой линиями реактивной мощности,  ;  - относительное напряжение сети.Необходимо учитывать реактивную мощность, генерируемую воздушными линиями, токопроводами и кабельными линиями с Uном > 20 кВ, а для кабельных сетей значительной протяженности также и напряжением 6-20 кВ. В качестве примера приведены значения генерируемой реактивной мощности при различных напряжениях кабелем сечением 150 мм2 и длиной 1 км ( таблица 8.3). Таблица 8.3
8.5.4 Статические конденсаторы Силовые статические конденсаторы – специальные однофазные или трехфазные емкости, предназначенные для выработки реактивной мощности. Мощность конденсаторов в одном элементе составляет 5÷100 квар, номинальное напряжение – от 220 В до 10 кВ. Реактивная мощность, вырабатываемая конденсатором: Qк = U2ωCк, где U – напряжение на зажимах конденсатора; ω – угловая частота переменного тока; Cк – емкость конденсатора, которая определяется, в основном, площадью обкладок. В установках с большей мощностью и на большее напряжение применяют батареи конденсаторов с параллельным и последовательно-параллельным включением элементов. Увеличение номинального напряжения конденсаторной батареи достигается последовательным включением элементов, а для увеличения мощности применят параллельное соединение элементов. Батареи силовых конденсаторов (БК) являются основным средством компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях. Конденсаторные батареи, состоящие из конденсаторов, относящихся к ним коммутационных и защитных аппаратов, устройств автоматического регулирования, измерительных и сигнальных приборов, выпускают обычно в виде комплектных конденсаторных установок (УКК). В настоящее время выпускаются комплектные конденсаторные установки на различные номинальные напряжения и мощности. В таблице 8.2 приведены технические характеристики УКК серии УК-0,38 напряжением 380 В и серии УК-6/10 напряжением 6÷10 кВ. Таблица 8.2 - Технические характеристики УКК напряжением 0,38 и 6/10 кВ
Примечания: 1. Для защиты и управления в установках УК-0,38 используются предохранители ПН-2 и контакторы КТ-6000. 2. В УК-6/10 на вводах установлены разъединители; в УК-6/10Н с автоматическим регулированием мощности – высоковольтные выключатели. 3. Установки УК-6/10 комплектуют конденсаторами со встроенными разрядными резисторами. В зависимости от номинальной мощности они могут быть выполнены в виде одного или нескольких шкафов, щитков или ячеек, предназначенных для размещения в производственных или электропомещениях, на открытом воздухе или в других условиях. Оборудование УКК размещают в шкафах вместе с аппаратурой защиты, измерения и управления. В качестве примера на рисунках 8.3 и 8.4 приведены типичные комплектные конденсаторные установки на напряжение 380 В и 6(10) кВ.  1 – амперметр; 2 – вольтметр; 3 – предохранитель; 4 – контактор; 5 – панель управления; 6 – трансформатор тока; 7 – заземляющий болт; 8 - конденсатор Рисунок 8.3 – Комплектная конденсаторная установка на напряжение 380 В мощностью 110 квар  1 – конденсаторы; 2 – предохранитель; 3 – шины; 4 – трансформатор напряжения НОМ Рисунок 8.4 – Комплектная конденсаторная установка на напряжение 6(10) кВ мощностью 450 квар При отключении конденсаторы сохраняют напряжение остаточного заряда, представляющее опасность для персонала и затрудняющее работу выключателей. По условиям безопасности применяют разрядные устройства. В качестве разрядных устройств в странах СНГ на напряжение 6÷10 кВ применяют два трансформатора напряжения типа НОМ, соединенные в открытый треугольник во избежание образования колебательного контура, увеличивающего перенапряжение при включении БК. Для контроля целостности цепи разряда применяются неоновые лампы. В УКК на 380(660) В для той же цели используют резисторы или лампы накаливания. При индивидуальной компенсации реактивной мощности электроприемника разрядные сопротивления не требуются. Измерение тока в цепи БК осуществляется тремя амперметрами для контроля за целостностью предохранителей и работой каждой фазы. Генерируемая БК реактивная мощность контролируется счетчиком реактивной энергии. Для автоматического отключения БК при повышении напряжения в данном узле сети сверх допустимого значения и для включения при понижении напряжения предусматриваются специальные автоматические устройства. Для компенсации реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий БК обычно включается параллельно электроприемникам (поперечная компенсация). При резкопеременной нагрузке сетей, например, при питании дуговых печей, сварочных установок и др., может оказаться целесообразным последовательное включение конденсаторов (продольная компенсация). БК на напряжение до 1000 В обычно включаются по схеме «треугольника», так как при этом к конденсатору приложено линейное напряжение и в три раза увеличивается генерируемая реактивная мощность по сравнению со схемой соединения в «звезду».   где Uл – линейное напряжение сети; С – емкость трех фаз батарей; ω – угловая частота. На рисунке 8.5 приведена схема подключения конденсаторной батареи параллельно активно-индуктивной нагрузке (поперечная компенсация), например, асинхронному двигателю.  а) б) Rл, Xл – активное и реактивное (индуктивное) сопротивления линии; Rп, XLп – активное и реактивное (индуктивное) сопротивления приемника (АД) Рисунок 8.5 – Схема замещения цепи «линия – АД» при параллельном подключении конденсатора С (а) и векторная диаграмма (б) Для понимания сущности влияния поперечной компенсации реактивной мощности на работу сети рассмотрим векторную диаграмму цепи при параллельном включении приемника электроэнергии (АД), обладающего сопротивлениями Rп, XLП, и батареи конденсаторов с емкостным сопротивлением Хс к линии (Rл, Xл) (рисунок 8.5,б). Вследствие параллельного подключения конденсатора С угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки  уменьшается от 1 до 2, ток нагрузки приемника – от I1 до I2, т.е. происходит разгрузка линии по току на ΔІ = I1 - I2. На то же значение разгружаются генераторы энергосистемы благодаря генерации батареей конденсаторов реактивной мощности Qс в месте установки приемников. Кроме того, сеть и генераторы разгружаются вследствие уменьшения потерь на  Рк и Qк, так как поток реактивной мощности снижается на Qс, и которые можно определить по формулам  где R, X – эквивалентные активное и реактивное сопротивления цепи линия-приемник электроэнергии; Uн – номинальное напряжение сети. Для проектируемой сети снижение тока на I позволяет уменьшить площадь сечения проводов линии на ΔF = ΔI/jэк, где jэк – экономическая плотность тока. В результате уменьшения потока реактивной мощности на Qс снижается и потеря напряжения в сетиΔU =  Из векторной диаграммы можно определить емкость С и реактивную мощность конденсаторов Qс, необходимые для повышения коэффициента мощности от cos φ1 до желаемого значения cos φ2: С =   где ω – угловая частота тока. Достоинства БК:
Недостатки БК:
|
U2, т.е. при понижении напряжения в сети снижается выдача реактивной мощности пропорционально квадрату напряжения, в то время как требуется ее повышение;