Компенсация реактивной мощности

7. Компенсация реактивной мощности

Оптимальный выбор средств компенсации реактивной мощности является составной частью построения рациональной системы электроснабжения промышленного предприятия. Распределительное устройство 10 кВ ГПП имеет четыре системы сборных шин. К секции СШ подключены кабельные линии, питающие трансформаторы цеховых ТП и высоковольтных РП. На рисунке 8.1 приведена схема замещения СЭС для расчета компенсации реактивной мощности. В таблице 8.1 приведены исходные данные для схемы электроснабжения, показанной на рисунке 8.1. Здесь обозначено: S_нтi – номинальная мощность трансформатора i-ой ТП; Q_1i и Q_тi – реактивная нагрузка на один трансформатор i-ой ТП и потери реактивной мощности в нем; R_трi – активное сопротивление трансформатора i-ой ТП, приведенное к напряжению 10 кВ; R_лi – активное сопротивление i-ой кабельной линии.

Сопротивление трансформатора определяем по формуле:

R_трi = . (8.1)

Сопротивление кабельной линии определим по формуле:

R_л = R_у · l, (8.2)

где l – длина кабельной линии, км;

R_у – удельное сопротивление кабеля, Ом/км.

Результаты расчётов приведены в таблице 8.1.

Рисунок 8.1 - Схема замещения СЭС

Таблица 8.1 – Расчёт сопротивлений

Трансформаторная подстанция	Sтн, кВА	Q1i, квар	ΔQтi, квар	Rтi, Ом	Rлi, Ом	число тр-ров ТП
ТП1	1000	478,92	33,92	1,22	0,38	1
ТП2	1000	478,92	33,92	1,22	0,46	1
ТП3	2500	1 672,50	142,41	0,38	0,21	1
ТП4	2500	1 672,50	142,41	0,38	0,24	1
ТП5	2500	1 697,41	142,41	0,38	0,18	1
ТП6	2500	1 697,41	142,41	0,38	0,23	1
ТП7	2500	1 693,02	142,41	0,38	0,01	1
ТП8	2500	1 693,02	142,41	0,38	0,13	1
ТП9	2500	1 693,02	142,41	0,38	0,20	1
ТП10	2500	1 693,02	142,41	0,38	0,33	1
ИТОГО		14 469,75	1 207,09

Параметры синхронных двигателей приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.2 - Параметры синхронных двигателей

Обознач. в схеме	Тип двигателя	Uном, кВ	Рсд.нi, кВт	Qсд.нi, квар	Ni, шт	ni, об/мин	Д1i, кВт	Д2i, кВт
СД 3200	СТД	10	3200	1600	2	3000	7,16	10,1

Располагаемая реактивная мощность СД:

Q_сд.мi= , (8.3)

где α_мi – коэффициент допустимой перегрузки СД по реактивной мощности, зависящий от загрузки β_сдi по активной мощности и номинального коэффициента мощности соsφ_нi.

Примем, что все синхронные двигатели имеют β_сд = 0,9, тогда α_м = 0,58.

Результаты расчета приведены в таблице 8.2.

Определение затрат на генерацию реактивной мощности отдельными источниками.

Определение удельной стоимости потерь активной мощности от протекания реактивной мощности производим по формуле:

С₀ = δ, (8.4)

где δ – коэффициент, учитывающий затраты, обусловленные передачей по электрическим сетям мощности для покрытия потерь активной мощности:

α – основная ставка тарифа, руб/кВт;

β – стоимость 1 кВт∙ч электроэнергии (дополнительная ставка тарифа);

Для 110 кВ: α = 2165,76 руб/кВт год; β= 0,941 руб/кВ∙ч

К_м = ∆Р_э/∆Р_м = 0,93 – отношение потерь активной мощности предприятия ∆ Р_э в момент наибольшей активной нагрузки энергосистемы к максимальным потерям ∆Р_м активной мощности предприятия;

τ – время использования максимальных потерь, ч.

С₀ = 1,02×(2165,76×0,93 + 1,04×2198,77) = 4205,69 руб/кВт.

Непосредственное определение затрат на генерацию реактивной мощности:

- для низковольтных БК (0,4 кВ)

З_1г.кн = Е·К_БКН + С₀·ΔР_БКН , (8.5)

З_1г.кн = 0,223·360000+4205,69·4 = 93502,78 руб/Мвар

- для высоковольтных БК (10 кВ)

З_1г.кв = З₁₀ = Е∙К_БКВ∙К_пр.ц + С₀∙ΔР_БКв ,(8.6)

З_1г.кв = 0,213·180000+4205,69·4 = 46751,39 руб/Мвар

- для синхронных двигателей

 З_1г.сдi = С₀∙; З_2г.сдi = С₀∙ . (8.7)

Результаты расчета затрат для СД приведены в таблице 8.3.

Таблица 8.3 – Расчёт затрат для СД

Обозначение СД на схеме	Qсд.мi, Мвар	З1г.сдi, руб/Мвар	З2г.сдi, руб/Мвар2	Rэ.сдi, Ом	Qсдi, Мвар
СД 3200	4,15	18820,48	8296,39	0,21	1,56
Итого:	4,15	-	-	-	1,56

Определение эквивалентных активных сопротивлений ответвлений с ТП, подключенных к 1-ой секции СШ ГПП. Для расчета оптимальной реактивной мощности, генерируемой низковольтными БК, необходимо знать эквивалентные сопротивления соответствующих ТП.

Эквивалентные сопротивления для СД:

R_э.сд =  , (8.8)

Результаты расчётов приведены в таблице 8.4.

Таблица 8.4 – Выбор конденсаторных установок

Место установки БК	Rэi, Ом	Qсi, Мвар		Qкi, квар	Qкi+ Qсi, квар	Тип принятой стандартной БК	Qстi, квар
		Расчетное	Принятое
ТП1	1,60	0,16	0,16	0,00	164,61	УК9-0,4-112,5 У3 УКМ58М-0,4-50-25 У3	162,5
ТП2	1,68	0,18	0,18	0,00	181,79	УКМ58М-0,4-150-37,5 У3 УК1(2)-0,4-37,5 У3	187,5
ТП3	0,59	0,87	0,87	907,75	1773,55	2хУКМ58М-0,4-603-67 У3 УКМ58М-0,4-536-67 У3 УК1(2)-0,4-37,5 У3	1779,5
ТП4	0,62	0,91	0,91	907,75	1822,18	2хУКМ58М-0,4-603-67 У3 УКМ58М-0,4-300-50 У3	1826
ТП5	0,55	0,84	0,84	618,76	1457,07	2хУКМ58М-0,4-603-67 У3 УКМ58М-0,4-250-50 У3	1506
ТП6	0,61	0,92	0,92	618,76	1540,15	2хУКМ58М-0,4-603-67 У3 УКМ58М-0,4-300-50 У3 УК2-0,4-66,7 У3	1543,5
ТП7	0,39	-0,23	0,00	2065,6	2065,6	3хУКМ58М-0,4-603-67 У3 УКМ58М-0,4-200-50 У3	2009
ТП8	0,50	0,23	0,23	2065,6	2158,6	4хУКМ58М-0,4-536-67 У3	2144
ТП9	0,57	0,23	0,23	348,87	2297,5	4хУКМ58М-0,4-603-67 У3	2412
ТП10	0,71	0,41	0,41	348,87	2479,5	4хУКМ58М-0,4-603-67 У3	2415
ГПП	-	4,64	4,64	-	-	УКЛ-10,5-4500	4500
ИТОГО	-	-	64,625	11316	20541,8	-	20482

Эквивалентные сопротивления для ТП 1-4,5,6, питающихся по радиальной линии (рисунок 8.2, а), определим по формуле:

R_э = R_л + R_тр. (8.9)

Для питающихся по магистральной линии ТП 7,8, введем обозначения:

r₀₁ = R_л1 ;r₁₂ = R_л2 ;

r₁ = R_тр1 ;r₂ = R_тр2 ;

Эквивалентная проводимость точки 1 схемы (рисунок 8.2,б) определяется по формуле:

, (8.10)

С учетом полученного, эквивалентные сопротивления присоединений указанных ТП определяются по формулам:

R_э1 = , (8.11)

R_э2 =. (8.12)

Значения эквивалентных сопротивлений записываем в таблицу 8.4.

Определение реактивной мощности источников, подключенных к 1-ой секции СШ 10 кВ ГПП. Оптимальные реактивные мощности низковольтных БК, подключенных к ТП, определяем в предположении, что к этим шинам ГПП подключена высоковольтная БК (при этом коэффициент Лагранжа λ = З₁₀):

Q_сi = Q_1i + ΔQ_тi +Q_1i + ΔQ_тi +, (8.13)

где а = 1000/=1000/10 = 10 кВ^-2

 

 Мвар∙Ом.

 

Результаты расчета мощностей Q_сi низковольтных БК сводим в таблицу 8.4.

Реактивные мощности СД:

Q_сд =  .

Результаты расчётов приведены в таблице 8.3.

Определение мощности высоковольтной БК, подключаемой к СШ 10 кВ ГПП, производим из условия баланса реактивных мощностей на СШ 10 кВ ГПП:

Q₀ = , (8.14)

Q'_эс = α ∙ Р_р ,(8.15)

Q'_эс = 0,31 · 22,8 = 6,94 МВар,

Q_р = 2 · Q_р1 = 2 · +Qад+ Qэту, (8.16)

Q_р = 2 ·((13,143+1,207)+1,26) = 27,7 МВар,

Q''_эс = Q_р − , (8.17)

Q''_эс = 27,72 −= 20,89 МВар,

Q_эс1 = МВар,

Qр1= МВар,

Qсi=4,625 МВар.

Подставим все найденные значения в формулу (8.14):

Q₀ = 13,86 −4,625 − 1,17 − 3,47 = 4,6 Мвар > 0

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

Q_рi = , (8.18)

Q_г1 =, (8.19)

Q_г1 =( 4,625 + 1,17 + 4,5+3,47)= 13,76 МВар,

Q_р = 13,76 МВар.

Погрешность составляет 0,73%

Значение коэффициента реактивной мощности tgφ_э, заданного предприятию энергосистемой:

tgφ_э =  , (8.20)

tgφ_э =

Зная величины мощностей конденсаторных компенсирующих устройств, определяем расчетный коэффициент реактивной мощности на вводе главной понизительной подстанции:

tgφ_р =  , (8.21)

tgφ_р =.

Резерв реактивной мощности:

Q_рез% =

8. Релейная защита синхронного эл. двигателя 10кВ мощностью Р=3200 кВт

Исходные данные:

Тип СТД - 3200/10000 напряжение U_н = 10000 В ток I_н = 208 А пусковой коэф. К_пуск = 5,0 КПД h = 97,3 % Коэф. мощности cos j = 0,89 Тип ТТ ТЛК-10 коэф. тр-ции 300/5 соединение тр-ров тока в полную звезду Сердечник типа «Р»

Согласно ПУЭ на электродвигателях устанавливаются следующие виды защит:

-  защита от многофазных и витковых замыканий в обмотке статора;

-  защита от перегруза;

-  защита от однофазных замыканий на землю;

-  защита минимального напряжения;

-  защита от асинхронного режима.

Для обеспечения выполнения функций релейной защиты, автоматики, а также управления и сигнализации применяю устройство микропроцессорной защиты «Сириус-21-Д»

Устройство «Сириус-21-Д» является комбинированным микропроцессорным терминалом релейной защиты и автоматики.

Применение в устройстве модульной микропроцессорной архитектуры наряду с современными технологиями поверхностного монтажа обеспечивает высокую надежность, большую вычислительную мощность и быстродействие, а также высокую точность измерения технических величин и временных интервалов, что позволяет снизить ступени селективности и повысить ступени терминала.