Промышленные предприятия в течение суток большей частью имеют неравномерный график активной нагрузки, что ведет к изменению потребности в реактивной мощности.
Конденсаторные установки на промышленных предприятиях обычно включены круглосуточно и сравнительно редко отключаются в период малой нагрузки. При отсутствии регулирования мощности конденсаторных установок уменьшение нагрузки может вызвать повышение напряжения в сети, что приводит к сокращению срока службы как самих конденсаторов, так и другого электрооборудования и к перерасходу электроэнергии. При уменьшении нагрузки излишне включенные конденсаторные установки могут вызвать емкостный сдвиг фаз и, следовательно, дополнительные потери электроэнергии в сети, питающей предприятие.
Во избежание этого следует применять регулирование мощности конденсаторных установок.
Регулирование мощности конденсаторной установки может выполняться вручную, автоматически или диспетчером.
Регулирование осуществляется путем периодического отключения и включения всей конденсаторной установки (одноступенчатое регулирование) или отдельных батарей, секций (многоступенчатое регулирование). Количество ступеней регулирования конденсаторных установок может определяться опытным путем на основе изучения графиков нагрузки предприятия.
Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок на промышленных предприятиях осуществляется в зависимости от одного из следующих факторов- уровня напряжения в точке присоединения конденсаторов, тока нагрузки, направления реактивной мощности и времени суток.
Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок по напряжению осуществляется в зависимости от уровня напряжения на шинах подстанции и применяется в тех случаях, когда одновременно необходимо обеспечить и регулирование напряжения.
В этом случае конденсаторные установки, кроме основной функции повышения коэффициента мощности, используются (в сочетании с другими средствами) для регулирования напряжения, так как при снижении напряжения на шинах подстанции мощность конденсаторной установки уменьшается пропорционально квадрату напряжения.
При применении конденсаторных установок для регулирования напряжения следует иметь в виду следующее:
- регулированием мощности батарей можно добиться только изменения напряжения на отдельных участках сети;
- при увеличении мощности конденсаторной установки напряжение сети повышается, при уменьшении мощности — снижается (при неизменном потреблении реактивной энергии);
- конденсаторная установка не является потребителем реактивной мощности, и поэтому возможности регулирования ею напряжения в сторону снижения отсутствуют;
- регулирование мощности конденсаторных установок практически осуществляется ступенями, следовательно и регулирование напряжения также будет осуществляться ступенями.
Для поддержания на шинах подстанции номинального напряжения конденсаторная установка должна при повышении напряжения сверх допустимого значения полностью или частично отключаться и включаться при понижении напряжения.
На рис. 15 приведена принципиальная схема одноступенчатого автоматического регулирования мощности конденсаторной установки по напряжению на шинах подстанции.
Рис. 15. Принципиальная схема одноступенчатого автоматического регулирования мощности конденсаторной установки по напряжению на шинах подстанции. а — схема подключения конденсаторной батареи к шинам подстанции; б — цепи управления, защиты и автоматического регулирования конденсаторной установки; в — цепи трансформатора напряжения.
В качестве пускового органа используется реле минимального напряжения типа ЭН-529/160. Реле имеет один размыкающий и один замыкающий контакты. Погрешность реле составляет ±3%.
При понижении напряжения на подстанции ниже заданного предела минимальное реле напряжения PH срабатывает (цепь 15—12) и замыкает свой замыкающей контакт PHI в цепи реле времени 1РВ (цепь 11—8). Реле 1РВ с выдержкой времени замыкает свой замыкающий контакт в цепи катушки включения выключателя КЗ (цепь 1—2), и масляный выключатель автоматически включает конденсаторную установку в работу.
При .повышении напряжения на шинах подстанции выше допустимого значения реле PH возвращается в исходное положение и замыкает свой контакт РН2 в цепи катушки реле времени 2РВ (цепь 13—10), которое срабатывает и с выдержкой времени замыкает контакт в цепи отключающей катушки выключателя КО (цепь /—4). Конденсаторная установка отключается от сети.
Во избежание ложных переключений конденсаторной установки при кратковременных изменениях напряжения включение и отключение производится с выдержкой времени порядка 2—3 мин.
В схеме используются пневматические реле времени типа РВП-1М.
Автоматическое отключение конденсаторной установки от релейной защиты производится промежуточным реле типа РП-25, контакты которого в зависимости от положения выключателя осуществляют отключение (цепь 5—4) или предотвращают включение (цепь 1—2) выключателя на короткое замыкание.
При необходимости повышения точности работы схемы автоматического регулирования мощности конденсаторной установки по напряжению в качестве пусковых органов используются два реле напряжения, из которых одно минимального напряжения, второе максимального.
Автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки по току нагрузки (рис. 16) применяется на подстанциях, питающих потребителей с резко изменяющимся суточным графиком потребления реактивной мощности.
В качестве пускового органа используются токовые реле типа ЭТ-521/6, задача которых — контролировать нагрузку.
Схема работает следующим образом.
Исходное положение — автомат АВ и контактор IK включены. При увеличении нагрузки в сети первым срабатывает реле 2РМ, так как оно имеет несколько меньшую уставку, а затем реле 1РМ. Последнее замыкает свои контакты в цепи реле времени 1РВ (цепь 9—6), которое с выдержкой времени включает контактор 1К. Контактор (цепь 3—2) подключает к сети конденсаторную установку.
Когда нагрузка снижается до величины, при которой работа конденсаторной установки становится нецелесообразной, реле 2РМ отпускает сердечник и замыкает контакта цепи реле времени 2РВ (цепь 11—S).
Реле 2РВ с выдержкой времени замыкает контакт и отключает контактор 1К (цепь 7 2).
Рис. 16. Принципиальная схема автоматического регулирования мощности конденсаторной установки по току нагрузки. а — схема подключения конденсаторной установки к шинам распределительного устройства 380 е; б—цепи дистанционного управления и автоматического регулирования конденсаторной установки.
Включение и отключение конденсаторной установки производятся контактором с защелкой, которая после кратковременного включения катушки контактора механически удерживает его во включенном положении.
Отключение контактора производится включением катушек контактора и защелки.
В схеме применено автоматическое присоединение разрядных ламп ЛР одновременно с отключением конденсаторной батареи, что устраняет непроизводительные потери энергии и расход ламп. Кроме того, вспышка разрядных ламп при замыкании на них отключенных конденсаторов позволяет вести контроль исправности цепи разряда.
Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок по направлению реактивной мощности (рис. 17) не получило широкого распространения, так как этот способ не всегда соответствует экономичному режиму работы промышленного предприятия.
Рис, 17, Принципиальная схема одноступенчатого автоматического регулирования мощности конденсаторной установки по направлению реактивной мощности. а схема подключения конденсаторной батареи к шинам подстанции; б—цепи управления, защиты я автоматики конденсаторной установки.
Например, при максимальной нагрузке промышленного предприятия, когда должны быть включены все конденсаторные установки, на некоторых подстанциях возможны перетоки реактивной мощности от потребителя к системе. При наличии автоматического регулирования мощности конденсаторных установок по направлению реактивной мощности произойдет отключение части конденсаторных установок, что крайне нежелательно. Обычно этот способ регулирования применяется только на отдельных удаленных тупиковых подстанциях. При этом используются реле направления мощности, вращающий момент которого должен соответствовать условию:
где k — коэффициент пропорциональности;
U —• напряжение на зажимах реле;
/ —- ток, подведенный к зажимам реле;
ϕ —угол сдвига фаз между напряжением и током.
Для этой цели используются обычные реле мощности косинусного типа ИМБ-171/1, которые включением емкости 9 мкф перестраиваются в синусные. Реле мощности 1WR замыкает контакт при направлении реактивной мощности от подстанции промышленного предприятия к системе, а реле 2WR— от системы к подстанции.
При низком cos ϕ, когда реактивная мощность потребляется промышленным предприятием от системы, реле 2WR замыкает контакты в цепи реле времени 1РВ (цепь 11—8), которое с выдержкой времени замыкает контакт в цепи 1—2 катушки включения выключателя (КВ). Выключатель подключает конденсаторную установку к сети.
Если при работе конденсаторной установки имеется избыток реактивной мощности, то реактивная энергия будет иметь направление от подстанции промышленного предприятия к системе. При этом реле 2WR размыкает контакты, а реле 1WR замыкает контакты в цепи реле времени 2РВ (цепь 13—10). Реле 2РВ срабатывает и замыкает контакты в цепи 1—4. Выключатель отключает конденсаторную установку. Для исключения ложных отключений и включений конденсаторных установок при
кратковременном изменении направления реактивной мощности в схеме применяются реле времени типа РВП-1М с выдержкой времени до 3 мин.
Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок по «реме ни суток применяется при хорошо известном и достаточно постоянном суточном графике реактивной нагрузки, что дает возможность установить точное время включения и отключения конденсаторной установки. Этот способ регулирования (управления) является наиболее простым и надежным.
На рис. 18 приведена принципиальная схема автоматического регулирования мощности конденсаторной установки в зависимости от времени суток. В качестве пускового органа в схеме используется командный электропневматический аппарат КЭП-12У. Командоаппарат имеет до 12 контактов, которые включаются и отключаются в различное время суток м через промежуточные реле 1РП, 2РГ1 (соответственно цепи 3—4, 1—2) производят включение и отключение конденсаторной установки.
Благодаря большому числу контактов один командоаппарат может устанавливаться для регулирования ряда установок как с одинаковым, так и с различным временем включения и отключения. Схема имеет широкое распространение на предприятиях с постоянной технологией, что дает возможность установить точные времена включения и отключения конденсаторных установок.
Кроме электропневматического аппарата, можно использовать электрические контактные часы с 24-часовой программой включения.
В настоящее время схемы электроснабжения промышленных предприятий для обеспечения надежной эксплуатации переводятся на диспетчерское управление. В связи с этим представляется возможность регулировать мощность конденсаторных установок диспетчером. При этом достигается высокая экономичность и надежность электроснабжения, так как включение и отключение конденсаторных установок производятся диспетчером на основании анализа графиков нагрузки промпредприятия и энергоснабжающей организации.
В последние годы на промышленных предприятиях
Рис. 18. Принципиальная схема автоматического регулирования мощности конденсаторной установки в зависимости от времени суток. а — схема подключения конденсаторной батареи к шинам распределительного устройства 380 в; б — цепи управления и автоматического регулирования конденсаторной установки; в — цепи питания командного электропневматического прибора типа КЭП-12У
начали внедряться схемы форсировки мощности конденсаторных установок, однако опыт их эксплуатации пока мал. Форсировка мощности конденсаторных установок применяется для поддержания устойчивой работы электрической системы в моменты резкого снижения напряжения в ней при различных видах повреждений. Форсировка мощности обеспечивается автоматическим изменением схемы соединения конденсаторов в батарее, что приводит к изменению напряжения на ее зажимах. При этом мощность конденсаторной установки изменяется пропорционально квадрату напряжения на зажимах конденсаторов.
В конденсаторной установке с параллельно-последовательным соединением конденсаторов схема форсировки мощности выполняется шунтированием части последовательно соединенных групп в каждой фазе или перехода от последовательного соединения групп к параллельному. В первом случае при одинаковой емкости последовательно соединенных групп напряжение на каждой группе, а следовательно, и мощность батареи повышаются обратно пропорционально числу включенных групп. Во втором — напряжение на каждой группе повышается обратно пропорционально числу последовательно включенных групп, а мощность — пропорционально квадрату этого числа.
Так как напряжение на конденсаторах при осуществлении форсировки мощности батареи повышается выше номинального значения, установленного для конденсаторов, то допустимость его повышения должна быть согласована с заводом-изготовителем.
В заключение необходимо отметить, что наиболее экономичным методом уменьшения потерь и регулирования напряжения в электрической системе промышленного предприятия является одновременное применение регулирования мощности конденсаторных установок и трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой.
Первые позволяют увеличивать коэффициент мощности и таким образом сводить к минимуму потери электроэнергии в сети, а вторые поддерживают постоянным напряжение у приемников электроэнергии.
