Компенсация реактивной мощности

Рисунок 9 – Схема для расчета компенсации реактивной мощности

Оптимальный выбор средств компенсации реактивной мощности является составной частью построения рациональной системы электроснабжения промышленного предприятия. Расчет проводим для одной секции сборных шин 10 кВ ГПП.

Таблица 26 - Исходные данные для расчета компенсации реактивной мощности

Трансформаторная подстанция	Sт.нi, кВА	Q1i кВар	ΔQTi кВар	Rтрi Ом	Rлi Ом
ТП-1		166.87	16.79	3.43	1.08
ТП-2		269.13	13.66	1,9	0,39
ТП-3			52.41	1,22	0,13
ТП-4		51.03	6.71	10.7	0,46
ТП-5		113.65	16.79	3.43	0,17
ТП-6		203,6	52.41	0.91	0,13
ТП-7		203,6	52.41	0.91	0,11
ТП-8		203,6	52.41	0.91	0,28
ТП-9		203,6	52.41	0.91	0,21
ТП-10		203,6	52.41	0.91	0,22
итого:			368,4

В таблице обозначено:

S_НТi – номинальная мощность трансформатора i-й ТП;

Q_1i и DQ_Тi – реактивная нагрузка на трансформаторы i-й ТП и потери реактивной мощности в них;

R_ТРi – активное сопротивление трансформаторов i-й ТП;

R_Лi – активное сопротивление i-й кабельной линии.

Активные сопротивления трансформаторов, приведенные к напряжению 10 кВ, определяются по формуле:

, (8.1)

Активные сопротивления кабельных линий найдем по формуле:

, (8.2)

где: r_0Лi – удельное сопротивление i-й линии, Ом/км;

l_i – длина i-й линии, км.

Также в составе электроприемников имеется 4 синхронных двигателя мощностью 800 кВт:

Таблица 27 - Номинальные данные синхронных двигателей

Обозначение в схеме	Тип двигателя	UНОМ, кВ	РСД.Нi, кВт	QСД.Нi, квар	Ni, шт	Д1i,	Д2i,
кВт	кВт
СД-1…СД-2	СДН					4,25	6,27
СД-3…СД-6	СДН					3.21	3.03

Синхронные двигатели имеют загрузку по активной мощности

Располагаемая реактивная мощность синхронного двигателя:

, (8.3)

Удельная стоимость потерь активной мощности от протекания реактивной мощности:

(8.4)

Наметим все возможные места установки дополнительных компенсирующих устройств – батарей конденсаторов: низковольтные СШ цеховых ТП (Q_Сi); СШ РУ напряжением 10 кВ ГПП (Q₀). Кроме того, реактивная мощность может быть получена из энергосистемы (Qэс).

(8.5)

Затраты на генерацию реактивной мощности:

-для низковольтных БК (0,4 кВ)

где: Е – нормативные отчисления от стоимости;

К_БКН – удельная стоимость батарей конденсаторов, руб/Мвар;

Dр_БКН – удельные потери в конденсаторах, кВт/Мвар,

-для высоковольтных БК (10 кВ)

-для синхронных двигателей:

руб/Мвар; руб/Мвар² (8.6)

Если синхронный двигатель имеет загрузку по активной мощности, то он может дополнительно генерировать мощность в сеть сверх номинальной, такую мощность называют располагаемой . Пусть все СД имеют загрузку по активной мощности 1, тогда = .

Определение эквивалентных активных сопротивлений ответвлений с ТП. Для расчета оптимальной реактивной мощности, генерируемой низковольтными БК, необходимо знать эквивалентные сопротивления соответствующих ТП.

Для ТП, питающихся по радиальным линиям:

R_Эi=r_i= R_ТРi+R_Лi. (8.7)

Рис. 10 - Схема замещения радиальной линии

ТП, питающиеся по магистральным линиям:

Введем обозначения:

Рис. 11 - Схема замещения магистральной линии

r₀₁ = R_л21 r₁₂ = R_л22

r₁ = R_тр21 r₂ = R_тр22

Эквивалентная проводимость точки 1 схемы

С учетом полученного эквивалентные сопротивления присоединений ТП2 и ТП1

Ом

Ом.

Результаты расчета представлены в таблице 28.

Определим реактивную мощность источников, подключенных к первой секции СШ 10 кВ ГПП.

Оптимальные реактивные мощности низковольтных БК, подключенных к ТП, определяем в предположении, что к шинам ГПП подключена высоковольтная БК (при этом коэффициент Лагранжа λ=З₁₀):

, (8.8)

где:

; (8.9)

(8.10)

Результаты расчета мощностей Q_Сi низковольтных БК сводим в таблицу 9.3.

Реактивную мощность, генерируемую синхронными двигателями определяем по формуле:

(8.11)

где:

Расчетные данные по СД сведены в таблицу 29.

Таблица 28 - Расчет мощности БК

Трансформаторная подстанция	Rэi Ом	Qci расчетное, Мвар	Qci принятое, Мвар	Qкi , квар	Qкi +Qci, квар	Тип принятой стандартной БК	Qст , квар
ТП-1	3.51	0,062	0.062	53.3	115.3	2УКЛН-0,38-100-УЗ	2х100
ТП-2	2.29	0,098	0,098	179.6	277.6	2УКЛН-0,38-200-УЗ	2х100
ТП-3	1.35	-0,224		682.5	682.5	2УКЛН-0,38-400-УЗ	2х400
ТП-4	11.16	0,019	0,019	56.21	87.21	2УКЛН-0,38-50-УЗ	2х50
ТП-5	3.6	0,012	0,012	116.88	128.88	2УКЛН-0,38-100-УЗ	2х100
ТП-6	1.04	-0,14		420.3	420,3	2УКЛН-0,38-300-УЗ	2х300
ТП-7	1.02	-0,16		420.3	420,3	2УКЛН-0,38-300-УЗ	2х300
ТП-8	1.19	-0,09		420.3	420.3	2УКЛН-0,38-300-УЗ	2х400
ТП-9	1.12	-0,11		420.3	420.3	2УКЛН-0,38-300-УЗ	2х300
ТП-10	1.13	-0,11		420.3	420.3	2УКЛН-0,38-300-УЗ	2х300
ГПП	-	-0,643	-0,643	-	-
ИТОГО:	-	-	-		3392,9

Таблица 29 - Расчет реактивной мощности синхронных двигателей

Обозначение в схеме	Qсдм, Мвар	З1гсд, руб/Мвар	З2гсд, руб/Мвар2	Rэсд, Ом	Qcд, Мвар
СД-1…СД-2	1,92	60,585	0,063	0.225	-0,016
СД-3…СД-6	2.46	63,882	0,029	0,41	-0,001

Определение мощности высоковольтной батареи производим из условия баланса реактивных мощностей на СШ 10 кВ ГПП:

, (8.12)

где: DQ_Т^ГПП – потери реактивной мощности в трансформаторе ГПП, квар;

Q_В – реактивная мощность, потребляемая высоковольтной нагрузкой;

Q_ЭС1 – экономически целесообразная реактивная мощность, передаваемая энергосистемой предприятию по одной линии, (Q_ЭС1=Q_ЭС/2; Q_ЭС=5802 квар ).

После подстановки всех значений в выражение (9.12), получим:

(8.13)

Выбираем комплектные конденсаторные установки, результаты в табл.9.3.

Баланс реактивной мощностей на сборных шинах 10 кВ главной понизительной подстанции проверятся как равенство генерируемых Q_г и потребленных Q_р реактивных мощностей:

(8.14)

Расчетный коэффициент реактивной мощности на вводе ГПП (без учета мощности, поступающей от энергосистемы):

(8.15)

Резерв реактивной мощности:

(8.16)