Технико - экономическое обоснование выбора средств компенсации реактивной мощности

Реактивная нагрузка  Qв сетях напряжением 6 (10) кВ создает­ся приемниками электроэнергии, подключенными к шинам на­пряжением 6 (10) кВ, нескомпенсированной нагрузкой сети низ­шего напряжения Q_ВН и потерями реактивной мощности AQ в

Рис. 6.6. Схема подключения источников реактивной мощности (а) и ее схема замещения (б)

сети напряжением 6 (10) кВ (главным образом в трансформато­рах, в том числе на ГПП).

При выборе компенсирующих устройств, сделав допущение о незначительной длине линий, можно представить все предприя­тия как узел напряжением 6 (10) кВ (рис. 6.6), к которому под­ключены реактивная нагрузка Q_в и в общем случае источники реактивной мощности четырех типов: синхронные двигатели (СД) напряжением 6 (10) кВ; энергосистема; батарея конденсаторов (БК); синхронные генераторы (СГ) ТЭЦ предприятия. Задача оп­тимального распределения реактивной мощности сводится к оп­ределению таких значений реактивной мощности каждого источ­ника, при которых суммарные затраты достигают минимума при соблюдении баланса реактивных мощностей.

Выбор средств и способов компенсации реактивной мощнос­ти, определение мощности компенсирующих устройств, распре­деление их по сетям проводятся на основании технико-экономи­ческих расчетов по минимуму приведенных затрат.

Приведенные затраты 3 на генерирование реактивной мощно­сти в общем случае определяют по формуле

где 3₀ — постоянная составляющая затрат, не зависящая от гене­рируемой мощности 0 (затраты на отключающую аппаратуру, устройства защиты и т.п.), руб.; 3, — удельные затраты на 1 Мвар генерируемой мощности, руб./Мвар; Q — генерируемая реактив­ная мощность, Мвар²; 

Для синхронных двигателей

где С₀ — удельная стоимость потерь активной мощности, руб./МВт; D ₁, D ₂ — коэффициенты потерь, зависящие от типа двигателя (табл. 6.3); Q _п — номинальная реактивная мощность СД; Q _пр — реактивная мощность, генерировавшаяся двигателями предвари­тельно, т.е. до подключения проектируемой нагрузки; N — число однотипных двигателей.

Для батарей конденсаторов параллельного включения

где Е — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; К_о — стоимость вводного устройства, руб.; К_р — стои­мость регулирующего устройства, руб.; К_у — удельная стоимость

батареи конденсаторов, руб./Мвар; Р_БК — удельные потери электроэнергии в конденсаторах, кВт/Мвар.

Затраты на выработку реактивной мощности синхронными дви­гателями сравнивают с затратами на выдачу той же мощности \ батареей конденсаторов и определяют оптимальную реактивную мощность синхронных двигателей

Оптимальную мощность 0_БК конденсаторов, которые следует установить дополнительно, определяют из баланса реактивных мощностей в узле:

где Q_тэц - реактивная мощность, вырабатываемая синхронными I генераторами ТЭЦ; Q_Э — реактивная мощность, поступающая в узел из энергосистемы.

Если значение Q _БК получится отрицательным, следует принять Q вк = 0 и уменьшить на полученное отрицательное значение мощность, поступающую из энергосистемы.

Электрическая сеть промышленного предприятия представляет собой единое целое, поэтому правильный выбор средств компен­сации реактивной мощности возможен лишь при одновременном решении задачи о размещении компенсирующих устройств в сетях напряжением до 1000 В и 6 (10) кВ с учетом получения реактивной мощности от местных электростанций и энергосистемы.

На промышленных предприятиях основных потребителей ре­активной мощности присоединяют к сетям напряжением до 1000 В. Источниками реактивной мощности здесь являются БК напряже­нием до 1000 В, а недостающая часть реактивной мощности по­крывается перетоком ее из сети высшего напряжения— с шин напряжением 6 (10) кВ, от СД, БК напряжением свыше 1000 В, генераторов местной электростанции или из сети энергосистемы. Источники реактивной мощности напряжением 6 (10) кВ эконо­мичнее, но передача от них реактивной мощности в сеть напря­жением до 1000 В может привести к увеличению числа трансфор­маторов и потерь электроэнергии в сети и трансформаторах.

Поскольку стоимость трансформаторных подстанций на пред­приятиях очень велика, при выборе средств компенсации решаю­щее значение имеет число устанавливаемых цеховых трансформа­торов. Минимальное их число

где   — суммарная средняя активная мощность, МВт, по­требляемая в наиболее загруженную смену в сетях напряжением до 1000 В;  — нормативный коэффициент загрузки трансфор­маторов; S _тн — номинальная мощность одного трансформатора, МВА, выбираемая в зависимости от плотности электрической нагрузки в цехе.

Наибольшая реактивная мощность, которую можно передать со стороны сети напряжением 6 (10) кВ в сеть напряжением до 1000 В без превышения  и увеличения заданного числа транс­форматоров,

Для выбора оптимального варианта следует сравнить расчет­ные затраты вариантов с минимальным числом трансформаторов N_о и с числом трансформаторов, увеличенным на один или два.

Если в цехе устанавливают один или два трансформатора на­пряжением 6... 10/0,4 кВ, то при выборе степени компенсации реактивной мощности в сети напряжением до 1000 В число транс­форматоров нельзя изменить, учитывая условия электроснабже­ния, но можно изменить их мощность S_т._н.

Если по заданию энергоснабжающей организации из энерго­системы можно получить реактивную мощность Q_э, то при этом синхронными двигателями и конденсаторами должна быть ском­пенсирована мощность     Коэффициент 1,15 учи­тывает необходимый 15 %-й резерв реактивной мощности на пред­приятии.