При решении вопросов регулирования мощности компенсирующих устройств необходимо учитывать условия работы как внутризаводской системы электроснабжения, так и энергетической системы. Если в энергетической системе даже в ночное время наблюдается недостаток реактивной мощности, то целесообразна круглосуточная работа конденсаторных установок промышленных предприятий. Если же в ночное время в энергетической системе отсутствует дефицит реактивной мощности, то конденсаторные установки промышленных предприятий должны на это время полностью отключаться, так как их работа может недопустимо повысить напряжение в сети и причинить ущерб как электроприемникам, так и самим конденсаторам. Если в данном районе в периоды малых нагрузок необходимо обеспечить режим напряжения, а установленные в системе синхронные компенсаторы работают в индуктивном режиме, то работа конденсаторных установок на предприятиях в это время является недопустимой.
Таким образом, энергетическая система должна устанавливать наиболее рациональное распределение реактивных нагрузок между синхронными компенсаторами энергетической системы и конденсаторными установками промышленных предприятий с учетом уровней напряжения в сети, а также экономической целесообразности.
При изменении активных и реактивных нагрузок промышленных предприятий во многих случаях целесообразно изменять мощность конденсаторных установок. Постоянное включение конденсаторных установок при переменных режимах нагрузки ведет к отклонению от наивыгоднейшего режима компенсации реактивной мощности и колебаниям напряжения в сети. Для поддержания наивыгоднейшего режима работы сети целесообразно либо иметь устройство, автоматически регулирующее мощность конденсаторной установки в зависимости от различных факторов, либо регулировать мощность конденсаторной установки с диспетчерского пункта. Нерегулируемые конденсаторные установки практически не всегда улучшают режим работы электрической сети, поскольку при этом получается почти одинаковое повышение напряжения при любых нагрузках, что может привести к недопустимому повышению напряжения в режимах малых нагрузок. Кроме того, в режимах малых нагрузок в части электрической сети могут появиться опережающие токи, которые приведут к увеличению потерь электроэнергии, т. е. к снижению экономичности работы электрической сети.
При достаточно большой установленной мощности нерегулируемых конденсаторных установок опережающие токи в режимах малых нагрузок могут возникнуть даже в питающих сетях. Поэтому наиболее экономичный режим работы электрических сетей промышленных предприятий может быть достигнут применением автоматического регулирования мощности конденсаторных установок.
Из анализа суточных графиков нагрузок промышленных предприятий выявляются следующие виды изменений реактивных мощностей, вызываемых технологическими процессами:
1. Медленные изменения среднего уровня суммарной нагрузки, обусловленные технологическими и другими причинами, определяющими суточный график нагрузки предприятий, ночной минимум летом, вечерний максимум зимой и др. В этих случаях изменения реактивных нагрузок должны регулироваться компенсирующими устройствами энергетической системы, либо автоматическим регулированием конденсаторных установок промышленных предприятий, либо взаимным сочетанием обоих этих мероприятий с учетом обеспечения максимальной экономичности электроснабжения предприятия.
2. Быстрые колебания нагрузки около среднего уровня, вызванные случайными включениями или отключениями потребителей, как, например, толчки нагрузки, связанные с работой мощных потребителей или другими технологическими причинами. Период таких колебаний нагрузок может составлять несколько минут. Ликвидация сравнительно быстрых колебаний и набросов реактивных нагрузок, которые в некоторых случаях могут сопровождаться снижением напряжения и приводить к нарушению устойчивости электрической системы, целесообразно осуществлять форсированием возбуждения синхронных двигателей или синхронных компенсаторов, а также кратковременным форсированием мощности конденсаторных установок.
Особое место в этом случае занимают статические устройства, позволяющие практически безынерционно регулировать генерируемую реактивную мощность. Имеется в виду применение реакторов с подмагничиванием и вентилей с искусственной коммутацией, устройства с параллельным включением емкости и регулируемой индуктивности. При наличии этих устройств электрическая система в целом может работать экономичнее, поскольку улучшаются условия ее статической устойчивости. Следовательно, подобная задача о применении регулируемых источников реактивной мощности должна решаться в комплексе с вопросами регулирования напряжения в узлах нагрузки общей системы электроснабжения предприятия.
Для анализа нагрузки промышленных предприятий рассмотрим суточные графики потребляемой реактивной мощности этих предприятий и компенсации ее конденсаторными установками.
Когда конденсаторная установка включена постоянно в течение суток (рис. 13,а), при минимальной нагрузке в ночные часы и обеденные перерывы происходит перекомпенсация реактивной мощности и повышение напряжения выше номинального. В часы максимума нагрузки предприятия компенсация реактивной мощности оказывается недостаточной. Для обеспечения нормальной работы необходимо применять регулирующее Компенсирующее устройство, причем экономический эффект тем больше, чем больше степень неравномерности графика нагрузки предприятия.
Рис. 13. Графики потребляемой реактивной мощности и компенсация ее конденсаторными установками.
а — регулирования нет, конденсаторы постоянно включены: б — одноступенчатое автоматическое регулирование по времени суток: е — одноступенчатое автоматическое регулирование по напряжению: г — многоступенчатое автоматическое регулирование по току нагрузки; 1 — потребляемая реактивная мощность; 2 — реактивная мощность, которую компенсирует конденсаторная установка; 3 — реактивная мощность после компенсации; 4 — напряжение после компенсации.
Когда применена регулируемая конденсаторная установка, включаемая автоматически в зависимости от времени суток (рис. 13,6), происходит более равномерная компенсация реактивной мощности, при этом уменьшаются колебания напряжения и оно приближается к номинальному. Регулируемая мощность конденсаторной установки определяется исходя из наилучшей компенсации суточного графика потребления реактивной мощности.
Если для промышленного предприятия по условиям работы энергосистемы и из-за других мероприятий по регулированию напряжения необходимо уменьшить отклонение уровня напряжения в нормированных пределах, применяется регулируемая конденсаторная установка, управляемая автоматически в зависимости от напряжения сети (рис. 13, е). В этом случае для поддержания номинального напряжения конденсаторная установка должна автоматически включаться при увеличении нагрузки и понижении напряжения в сети ниже номинального и автоматически отключаться при повышении напряжения в сети выше номинального. При несоблюдении этих условий, например в ночные часы минимальной нагрузки, когда напряжение сети выше номинального, а конденсаторная установка будет оставаться включенной, произойдет еще большее повышение напряжения и увеличение потерь электрической энергии.
На подстанциях, питающих потребителей, нагрузка которых изменяется в течение суток, причем изменение нагрузки сопровождается соответствующим изменением реактивной мощности, автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок может быть осуществлено в зависимости от тока нагрузки. Так, при изменении подключаемых нагрузок в утренние часы (рис. 13, г) автоматически вначале включается конденсаторная установка № У мощностью 150 кВАр, по мере увеличения нагрузки включается конденсаторная установка № 2 мощностью 300 кВАр, а конденсаторная установка № 1 отключается, при дальнейшем росте подключаемых нагрузок при включенной конденсаторной установке № 2 включается и конденсаторная установка № 1. При снижении нагрузок цикл отключения автоматически происходит в обратном порядке.
Таким образом, применение регулируемых конденсаторных установок является средством получения дополнительной экономии от уменьшения потерь электроэнергии в электрических сетях при неравномерном графике реактивной нагрузки, а также средством регулирования
уровня напряжения, увеличения пропускной способности электрических сетей и получения дополнительной мощности трансформаторов в связи с разгрузкой их от реактивной мощности.
