Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок - Выбор мощности и размещение конденсаторных установок

Критерием экономичности выбора и размещения компенсирующих устройств при проектировании и реконструкции распределительных сетей является минимум приведенных затрат [1]. При этом мощность компенсирующих устройств и место их размещения определяются одновременно с выбором других ее элементов и устройств для регулирования напряжения. Компенсация реактивной мощности должна обеспечить при наименьших затратах выполнение следующих обязательных условий работы сети и энергосистемы: устойчивость в нормальных и аварийных режимах, покрытие реактивных нагрузок сети, поддержание надлежащего уровня напряжения у электроприемников.
Для любого графика нагрузки промышленного предприятия необходим такой режим работы компенсирующих устройств, который обеспечил бы максимальное снижение суммарных потерь энергии, а график реактивной мощности отражал бы наибольшую степень компенсации. Выбор типа, места установки и режима работы компенсирующих устройств должен выполняться в соответствии с новыми «Указаниями по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях» [1], содержащими рекомендации и преследующими цель обеспечения наибольшего экономического эффекта при выборе средств и степени компенсации реактивной мощности. Эти Указания распространяются на всех потребителей электроэнергии и являются обязательными для электроснабжающих организаций и организаций, проектирующих электроустановки, независимо от их ведомственной принадлежности.
Новые «Указания по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях» ограничиваются задачей выбора средств компенсации реактивной мощности для режима прямой последовательности основной частоты. Вопросы использования средств компенсации для симметрирования и регулирования напряжения сети, а также для снижения высших гармоник в Указаниях не рассматриваются.
Для упрощенных расчетов применяют графический способ [3], с помощью которого можно при отсутствии подробных данных определить мощность компенсирующего устройства. По номограмме, приведенной на рис. 3, представлены удельные величины потребной мощности на 1 кВт активной нагрузки в зависимости от величины естественного cos φ  до компенсации и требуемой величины cos φ полученной в результате компенсации.
Например, если естественный cos φ = 0,7, а заданная величина cos φ = 0,93 и активная нагрузка составляет 800 кВт, то по кривым номограммы находим удельную величину потребной мощности конденсаторной установки, равную 0,62 кВАр/кВт; отсюда потребная мощность конденсаторной установки получается 0,62-800=496 кВАр.

Рис. 3. Номограмма для выбора потребной мощности компенсирующих устройств.
Такое определение мощности компенсирующего устройства может оказаться необходимым в условиях эксплуатации для включения или отключения конденсаторной установки в данном режиме потребления электрической энергии.
После выбора мощности компенсирующих устройств и целесообразности их распределения в сети 380 В или 6—10 кВ и в соответствии с технико-экономическими расчетами необходимо рассмотреть вопрос о размещении этих устройств в пределах цехов или предприятий. Применительно к действующим стандартным мощностям комплектных конденсаторных установок они могут быть либо установлены у цеховых групповых распределительных пунктов, либо присоединены к магистральным шинопроводам и т. п.
На рис. 4 приведена схема электроснабжения района вспомогательных цехов металлургического завода, в состав которого входят литейный цех, блок цехов кузнечного, механического, термонаплавочного, деревообрабатывающего и др.
Питание всех потребителей района осуществляется через центральную распределительную подстанцию ЦРП по радиальным кабельным линиям на напряжении 6 кВ. К разным секциям РУ 6 кВ ЦРП присоединяются комплектные однотрансформаторные и двухтрансформаторные подстанции (КТП) для питания отдельных цехов, РУ 6 кВ дуговой печи ДСП-6 и трансформатора индукционной печи ИЛТ литейного цеха.

Рис. 4. Схема электроснабжения района вспомогательных цехов металлургического завода на напряжение 6 кВ и 380 В.

Для получения требуемого коэффициента мощности на КТП устанавливаются отдельно стоящие конденсаторные установки 0,38 кВ с регулированием мощности по напряжению.
Представляется целесообразным заводам-изготовителям в КТП включать поставку и конденсаторных установок усредненной мощности, подключенных непосредственно к шинам низкого напряжения КТП.
При равномерном графике активной и реактивной нагрузок и трехсменной работе можно устанавливать на стороне 6—10 кВ нерегулируемые конденсаторные установки. При неравномерном, плавно изменяющемся графике активных и реактивных нагрузок при трехсменной работе необходимо устанавливать на стороне 6    10 кВ, как правило, конденсаторные установки со ступенчатым автоматическим регулированием их мощности. При резкопеременных ударных циклических нагрузках (мощные прокатные станы, дуговые электрические печи и т. п.) рекомендуется предусматривать применение на стороне 6—10 кВ новых быстродействующих источников реактивной мощности.
Однако вопросы ограничения влияния электроприемников с резкопеременной ударной нагрузкой на качество напряжения необходимо решать комплектно совместно с выбором типа и параметров электроприводов и системы электроснабжения.
При решении задачи выбора мощности конденсаторных установок и размещения их в распределительных сетях необходимо учитывать номинальное напряжение сети, где предполагается их установка; допустимые колебания напряжения в сети; график потребляемой реактивной мощности и характеристики основных потребителей данной сети; отключающую способность коммутационной аппаратуры; возможность возникновения резонансных явлений; применение автоматического регулирования мощности конденсаторных установок; потребность в реактивной мощности не только в системе в целом, но и для всего района с соответствующим учетом необходимого резерва; номенклатуру выпускаемых заводами комплектных конденсаторных установок; возможность сочетания регулирования напряжения с помощью трансформаторов с РПН и конденсаторных установок.
Управляемые конденсаторные установки напряжением ниже 1000 В могут оказаться более экономичными вследствие их большего технико-экономического эффекта и меньшей стоимости коммутационной аппаратуры. В сетях же напряжением выше 1000 В удельная стоимость самих конденсаторов ниже, а стоимость коммутационной аппаратуры для автоматического управления секциями значительно выше. Частота включений и отключений секций конденсаторных установок при прочих равных условиях больше для сетей напряжением до 1000 В и меньше для конденсаторных установок, присоединяемых к сетям напряжений выше 1000 В.
Совместное использование регулирующего и компенсирующего эффектов рассредоточенных конденсаторных установок малой и средней мощности более экономично, чем использование крупных конденсаторных установок. При выборе мощности компенсирующих устройств следует учитывать, что чрезмерное дробление мощности конденсаторных установок приводит соответственно и к значительному увеличению необходимой аппаратуры управления, измерения и др.
Для сети напряжением до 1000 В применяются следующие типы конденсаторных установок УК-0,3в-НУЗ мощностью 220; 320; 430 и 540 кВАр с аппаратурой дистанционного управления. Установки могут работать в режиме автоматического или ручного (кнопочного) управления. Выбор режима управления осуществляется переключателем.
В автоматическом режиме управление осуществляется автоматическим регулятором конденсаторных установок типа АРКОН. При ручном управлении командный блок регулятора АРКОН отключается, а включение и отключение конденсаторных ячеек производится кратковременным нажатием кнопки через приставки П-АРКОН.
Установки типа УК-0,38-110-НУЗ мощностью 110 кВАр работают в режиме автоматического или ручного управления. При работе в автоматическом режиме включение и отключение конденсаторов производится в зависимости от отклонения напряжения сети за пределы уставок.
Установки типа УК-0.38-УЗ мощностью 36, 54, 72, 108 и 144 кВАр предназначены для групповой компенсации реактивной мощности в осветительных сетях напряжением 380 В с лампами ДРЛ и люминесцентными лампами, подключаемыми непосредственно без выключателей к осветительным сетям.
На напряжения 6 и 10 кВ рекомендуется применять конденсаторные установки типа УК-6 (10) мощностью в единице 450, 600, 750, 1050 и 1200 кВАр с присоединением через отдельный выключатель, а также со встроенным вакуумным выключателем типа ВНВ-10/320 для дистанционного и автоматического управления конденсаторными установками мощностью 600, 900, 1200 и 1800 кВАр.
При напряжении 35 кВ ввиду значительной стоимости выключателей высокого напряжения присоединение конденсаторной установки при мощности ступени менее 2500 кВАр неэкономично. Применение мощных конденсаторных установок напряжением до 35 кВ возможно, и по своим технико-экономическим показателям они в ряде случаев превосходят синхронные компенсаторы. Если учесть, что применение синхронных компенсаторов мощностью менее 37,5 MB-А неэкономично из-за больших потерь энергии в них, то применение в системе электроснабжения промышленных предприятий мощных конденсаторных установок 5—10—15 Мвар наружной установки напряжением до 35 кВ заслуживает особого внимания.
По сравнению с другим электрическим оборудованием конденсаторы имеют небольшие удельные потери: 0,3—0,45% номинальной мощности, т. е. 3—4,5 Вт на 1 кВАр, и в зоне нормальных температур почти постоянны.
Потери активной мощности в конденсаторах определяются по формуле
где Q — мощность конденсаторной установки, кВАр; tgfi— удельные потери, для конденсаторов напряжением выше 1000 В равны 0,003, для конденсаторов напряжением до 1000 В равны 0,0043.

Таблица 1
Потери активной мощности в конденсаторных установках

Например, для конденсаторной установки 3—10 кВ мощностью 600 кВАр потери составляют 0,003 * 600 = 1,8 кВт.
Потери активной мощности в конденсаторных установках для различных мощностей и напряжение приведены в табл. 1.