Компенсация реактивной мощности

В условиях необходимости компенсации постоянно изменяющейся (к примеру за сутки, что видно из любого суточного графика нагрузки) величины реактивной мощности, конденсаторной батареи регулируются путем подключения или отключения ее секций автоматически, что позволяет избавиться от многих недостатков БК.

Таким образом, регулируемые автоматические конденсаторные установки  являются наиболее перспективным направлением в области компенсации реактивной мощности, как способ повышения качества электрической энергии.

Данный вывод является решением четвертой поставленной задачи: выявлено наиболее эффективное средство КРМ – конденсаторные батареи.

Выделив основные виды компенсирующих устройств, можем переходить к решению  следующей задачи – рассматриваем  вопросы размещения и регулирования средств компенсации.

3.3 Вопросы размещения и регулирования компенсирующих уст-ройств

Оптимальному размещению компенсирующих устройств соответствует технически приемлемый вариант, обеспечивающий минимальные расчетные затраты.

Общее правило по размещению средств КРМ: реактивную мощность надо компенсировать в месте ее возникновения. Если источником реактивной мощности является двигатель насоса или компрессора, то целесообразно ставить компенсирующие конденсаторы непосредственно в шкаф управления этими устройствами. Если реактивная мощность образуется на стороне низкого напряжения (НН), то компенсировать ее надо также на стороне НН, не допуская прохождения реактивной мощности через трансформатор.

Для электроснабжения крупных промышленных объектов (металлургических и горнодобывающих комбинатов, карьеров и т.п. ) характерно наличие длинных распределительных сетей без промежуточных трансформаций. В этих условиях для выбора места расположения компенсирующего устройства рекомендуется поступать следующим образом:

1 Определяется центр потребления реактивных нагрузок (х₀, у₀) на территории предприятия. Для этого на генплане объекта наносится картограмма реактивных нагрузок. Их удобно представлять окружностями с радиусом:

где Q_i – мощность i-го приемника; m – масштаб для определения площади круга.

2 После этого на основе технико-экономических расчетов определяется экономически целесообразная мощность компенсирующего устройства Q_к.у.вк. Могут быть следующие варианты: а) на территории предприятия компенсирующие устройства отсутствуют вообще; б) на предприятии установлены компенсирующие устройства, их необходимо дополнить новыми.

В первом случае место установки  должно находиться ближе к центру потребления реактивных нагрузок (х₀, у₀). Во втором случае следует отыскать центр генерирования реактивной мощности (х_г, у_г) для всех компенсирующих устройств, уже находящихся на предприятии. Далее методом последовательных приближений отыскиваются координаты установки дополнительного компенсирующего устройства (x_к.у, у_к.у) так, чтобы новый центр генерирования реактивной мощности (х′_г, у′_г) находился вблизи центра ее потребления х₀, у₀).

3 Производится проверочный расчет уровней напряжения в часы максимума и минимума нагрузок.

Что касается вопроса регулирования, если средствами искусственной компенсации являются синхронный компенсатор или синхронные двигатели, то эта задача решается весьма просто за счет плавного регулирования возбуждения.

Регулирование генерируемой конденсаторами реактивной мощности может вестись только ступенями путем деления батарей на части. Чем больше число таких частей, тем совершеннее регулирование, но тем больше капитальные затраты на установку переключателей и защитной аппаратуры.

 

4 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ УСТАНОВКИ

КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

 

Известно, что затраты  энергосистемы на производство и  передачу электроэнергии в значительной степени определяются режимом ее реактивной мощности. Следовательно, применение средств компенсации реактивной мощности несет в себе значительный экономический потенциал.

Экономический эффект от внедрения установки КРМ складывается из следующих компонентов:

• Экономия на оплате реактивной энергии. Доля оплаты за реактивную энергию может составлять от 12 % до 45 % от стоимости активной энергии;
• На действующих объектах – происходит уменьшение потерь энергии в кабелях за счет уменьшения фазных токов (исключатся потери при протекании не производящих полезной работы токов реактивной мощности). В среднем в действующих объектах в подводящих кабелях теряется 10…15% расходуемой энергии;
• Для проектируемых объектов – экономия на стоимости кабелей за счет уменьшения их сечения (в результате исключения токов реактивной мощности);
• При значительной загрузке силового трансформатора возможен расчёт экономии от продления срока службы трансформаторов за счет снижения температуры нагрева обмоток.

Определение единовременных капитальных затрат.

К единовременным затратам З_кап относятся стоимость оборудования установок компенсации и измерительных трансформаторов тока, а также дополнительные затрат, включающие стоимость доставки средств компенсации и монтажа их на месте установки, стоимость силовых кабелей для подключения конденсаторных установок.

При наличии дистанционного управления компенсаторами реактивной мощности в величину единовременных затрат входит также стоимость комплекта оборудования для организации дистанционной связи (1 комплект оборудования на группу конденсаторных установок до 30 штук).

В общем случае можно принять  стоимость всех дополнительных затрат в размере 10% от стоимости поставляемой конденсаторной установки.

З_к = (C_yст1 +…C_yi+…+C_yn)· К_дз+С_дс

где: C_yстi – стоимость i-той установки КРМ; n – количество данных установок; К_дз – коэффициент дополнительных затрат, К_дз =1,1; С_дс – стоимость оборудования дистанционной связи.

Далее определяется экономия от уменьшения оплаты за реактивную мощность, уменьшения потерь энергии в подводящих кабелях.

Годовая экономия от уменьшения платы за реактивную энергию Э_рэ:

Э_рэ = О₁ – О₂ = (П_pэ1 – П_pэ2)·12·T_рэ

где: О₁ – годовая оплата за реактивную энергию до внедрения конденсаторной установки; О₂ – годовая оплата за реактивную энергию после внедрения конденсаторной установки; П_pэ1 – среднемесячное потребление реактивной энергии до внедрения конденсаторной установки; П_pэ2 – среднемесячное потребление реактивной энергии после внедрения конденсаторной установки; T_рэ – тариф на реактивную энергию

Экономический эффект от снижения потерь в подводящих кабелях, если отсутствуют  данные непосредственных измерений  потерь энергии, можно оценить, используя показатель коэффициента потерь, отражающий потери в линии при доставке энергии потребителю.

Пример. Для расчетов условно примем коэффициент потерь в линии: К_пот=8 %. Коэффициент реактивной мощности до внедрения автоматической конденсаторной установки: cos(φ₁) = 0,80. Коэффициент реактивной мощности после внедрения автоматической конденсаторной установки: cos(φ₂) = 0,97

Относительную активную составляющую тока (совпадающую по фазе с напряжением) примем равной единице.

Относительный полный ток  составляет до внедрения КРУ:

I₁=1/0,8=1,25

Относительный полный ток  составляет после внедрения КРУ:

I₂=1/0,97=1,03

Снижение суммарных потерь энергии составит:

W_пот = W_сумм ·[(I²₁ – I²₂)/ I²₁]·K_пот = W_сумм·0,026

Расчёт показывает, что  в этом примере абсолютные суммарные  потери энергии уменьшились на 2,6%, что обеспечивает экономию 32 % потерь в линии до установки КРУ.

В общем случае для действующего объекта годовое снижение потерь энергии за счет увеличения cos(φ) составит:

W_cниж = W_год·[1 – cos²(φ₁) / cos²(φ₂) ]·K_пот

где, cos(φ₁)- cos(φ) до компенсации, cos(φ₂)- cos(φ) после компенсации, К_пот – коэффициент потерь К_п=0,08, W_год – годовое потребление энергии до компенсации

Годовая экономия Э_гп в оплате энергии составит

Э_гп= W_сниж·T_aэ

где,   Т_аэ – тариф на активную энергию

Экономия в расчете  на год после внедрения конденсаторных установок составит за счет снижения потребления реактивной энергии  и уменьшения активных потерь в линии

Э = Э_гп+Э_рэ

 Таким образом, расчет экономического эффекта показывает, что применение в электросетях установок компенсации реактивной мощности КРМ позволяет обеспечить значительную экономию денежных средств на оплату электроэнергии при низком сроке окупаемости капитальных вложений.

 

 

5 ТИПОВЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

 

Рассмотрим основные мероприятия по повышению коэффициента мощности приведены на рисунке 5.

Рисунок 5 – Мероприятия  по увеличению коэффициента мощности

 

Технические мероприятия  уже были рассмотрены ранее, следовательно рассмотрим мероприятия организационные, а именно рациональное построение схем электроснабжения.

Реактивную мощность, потребляемую трансформаторами, можно уменьшить за счет рационализации режима, например, за счет отключения части трансформаторов в нерабочее время, раздельного электроснабжения оборудования, и оборудования, работающего с перерывами, осуществление раздельного питания рабочего и охранного освещения, отключение одного из трансформаторов, работающих в параллель, если нагрузка снижается до 30 – 50 %, замены незагруженных системой трансформаторов на меньшую мощность, проведение своевременного и качественного ремонта.

Потребление реактивной мощности дуговыми печами можно уменьшить путем сокращения длительности плавки, применения более рациональных технологий, повышения в допустимых пределах загрузки электропечи, выравнивания графика нагрузки группы электропечей (периоды расплавления не должны совпадать по времени, чтобы максимумы реактивной мощности не суммировались), а в индукционных – снижение потребления РМ достигается повышением загрузки печей в допустимых пределах, улучшением укладки шихты, выравнивание графика нагрузки группы печей, равномерным распределением нагрузки от них по фазам.

При использовании асинхронных  двигателей необходимо проводить следующие мероприятия: замена мало нагруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности, ограничение холостого хода, применение синхронных двигателей вместо асинхронных, когда это возможно по условиям технологического процесса.

 

 

ВЫВОДЫ

 

1 Компенсация реактивной  мощности необходима в сетях  промышленных предприятий в силу существования на производстве крупных потребителей реактивной мощности.

2 Выявлено наиболее дешевое  и эффективное средство компенсации  реактивной мощности – батареи конденсаторов.

3 Компенсирующие устройства лучше располагать в месте потребления реактивной энергии и регулирование осуществлять автоматически в соответствии с графиком нагрузки, т.е. компенсирующее устройство можно включать только в определенные часы, чтобы не было дефицита или избытка мощности.

4 Наблюдается значительный экономический эффект от внедрения компенсирующих устройств, позволяющий экономить достаточно крупные суммы на оплате электроэнергии, что полностью окупает затраты на установку средств компенсации

5 Повысить коэффициент мощности можно не только при помощи установки дополнительных компенсирующих устройств, при рациональной эксплуатации и проведении необходимых организационных мероприятий поддерживается необходимый уровень реактивной мощности. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Электрическая энергия прочно вошла в нашу жизнь, она находит свое применение во всех сферах жизнедеятельности человека и непосредственно участвует в создании других видов продукции. Поэтому в современном промышленном производстве особое внимание уделяется качеству электрической энергии и вопросам энергосбережения. Одним из перспективных и эффективных методов достижения лучшего качества при меньших капитальных затратах и является применение компенсации реактивной мощности.  

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СИСОК

 

1 Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии, М., 2009. 456 с.

2 Кудрин Б.И. Электроснабжение  промышленных предприятий, М., 2006. 672 с.

3 Минин Г.П. Реактивная  мощность, М., 1978. 88 с.

4 Глушков В.М., Грибинин В.П. Компенсация реактивной мощности в электроустановках промышленных предприятий, М., 1975. 104 с.

5 Попов А.Н. Устройство  автоматического управления компенсации  реактивной мощности// УДК 621.31:631.3

6 Федоров А.А., Каменева  В.В. Основы электроснабжения  промышленных предприятий, М., 1993. 472 с.