РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПУТЕМ УСТАНОВКИ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Под определением качества электрической энергии понимается степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям, где параметр – величина, которая количественно характеризует одно из свойств электрической сети (напряжение, частоту, форму кривой электрического тока).

Качество электрической энергии зависит от множества параметров:

- погодных условий;

- времени суток;

- изменений объема потребляемых нагрузок;

- характеристик потребителей;

- надежности электрической сети и др.

Снижение качества электрической энергии приводит к уменьшению сроков службы электроприемников, изменениям режимов работы, сокращению полезной производительности рабочих механизмов, увеличению вероятности возникновения аварийных ситуаций, ухудшению качества выпускаемой продукции. Поскольку электрическая энергия потребляется без преувеличения во всех сферах жизни и труда человека вопрос о повышении ее качества весьма актуален в наши дни.

В России нормы и показатели качества электрической энергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, где присоединены электрические сети или электроустановки потребителей регулируются Межгосударственным стандартом ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

Нормируемые ГОСТом требования к показаниям величины напряжения:  отклонения в показаниях напряжения для передачи электрической энергии в узлах не должно быть выше 10% от предельной величины напряжения за участок времени в течение одной недели.

Для поддержания величин, характеризующихся ГОСТом в нормируемых пределах в течение всей продолжительности работы в энергосистеме должен выполняться баланс активных мощностей:

                                               (1)

;

Соблюдение равенства позволяет определяет рабочую активную мощность системы. При нарушении баланса активных мощностей происходит снижение частоты в системе, ухудшение других характеристик качества электроэнергии.

Для работы в нормальном режиме в электрической системе суммарная генерируемая реактивная мощность должна быть равна потребляемой реактивной мощности, источниками которой являются генераторы электростанций, воздушные линии, кабельные линии, компенсирующие устройства, а также другие источники реактивной мощности:

                                (2)

;

Связь баланса активной мощности с балансом реактивной мощности:

                                                (3)

При выборе активной мощности генераторов энергосистемы по условию баланса активных мощностей и при работе генераторов с номинальным коэффициентом мощности генерируемая суммарная реактивная мощность без дополнительно используемых ИРМ может оказаться меньше требуемой по условию баланса реактивных мощностей:

                                      (4)

В этом случае образуется дефицит реактивной мощности, который приводит к следующим последствиям:

- большая загрузка реактивной мощностью генераторов электростанций, приводящая к перегрузке по току генераторов;

- увеличение мощности от генераторов приводит к повышенным токовым нагрузкам и к увеличению затрат на сооружение сети, с учетом повышенных потерям активной мощности;

- снижению напряжения в узлах электрических сетей и у потребителей до уровня ниже нормируемого ГОСТом.

Решением проблемы дисбаланса реактивной мощности является возмещение недостатка реактивной мощности при помощи компенсирующих устройств. Принцип компенсации: ток, проходящий через конденсатор опережает приложенное к нему напряжение на 90^о, ток, проходящий через катушку индуктивности отстает от напряжения, приложенного к катушке на 90^о. Таким образом, емкостной ток противоположен индуктивному, реактивная мощность, идущая на создание электрического поля противоположна по направлению реактивной мощности, идущей на создание магнитного поля. Следовательно, численно равные реактивные мощности емкости и индуктивности взаимно «уничтожаются», таким образом, сеть разгружается от протекания реактивной составляющей тока нагрузки.

Для уменьшения перетоков реактивной мощности по линиям и трансформаторам источники реактивной мощности должны размещаться вблизи мест ее потребления. В большинстве случаев в качестве средств компенсации используются батареи статических конденсаторов (БСК). Изготовление батарей основывается на соединении косинусных однофазных конденсаторов в треугольник или в звезду в зависимости от того, как работает нейтраль, конденсаторы соединяются параллельно или последовательно.

Рисунок 1. Схема коррекции напряжения сети

Установка БСК позволяет увеличить напряжение на шинах до номинальных значений, нормируемых ГОСТом, что позволяет отказываться от устройств регулирования напряжения со стороны потребителей. Применение батарей на подстанциях способствует разгрузке трансформаторов, выделению дополнительной мощности для подключения новых потребителей, генерации необходимой реактивной мощности для коррекции перетоков электроэнергии.

В начале 2000 в филиале «Рязаньэнерго» появилась необходимость по совершенствованию оборудования ПС 220/110/6 кВ Ямская. Основными предпосылками создания программы мероприятий по повышению надежности электроснабжения потребителей Рязанского энергоузла стали:

- перегрузка в аварийном режиме автотрансформаторов на ПС 220/110/6 кВ Ямская;

- невозможность подключения дополнительной мощности потребителей.

Одним из предложенных выходов из сложившейся ситуации стала установка батарей статических конденсаторов. После расчета необходимой мощности установки БСК, учета ограничений режимных и технических требований, таких как: отклонение напряжения от нормируемого, максимальной пропускной способности электрических сетей, имеющемуся резерву мощности в узлах нагрузки, срока окупаемости было принято решение установки батарей статических конденсаторов в сети 110-6 кВ мощностью 125,9 Мвар, как наиболее верное, технически и экономически обоснованное.

Рисунок 2. Батареи статических конденсаторов

Таблица 1.

Характеристики активной, реактивной, полной мощности до и после установки БСК

Основными результатами установки БСК:

1.     Разгрузка АТ на ПС Ямская;

2.     Повышение напряжения в сети 110кВ;

3.     Снижение перетока реактивной мощности по ВЛ-110кВ;

4.     Разгрузка трансформаторов 110кВ по реактивной мощности;

5.     Снижение потерь в трансформаторах и ВЛ-110кВ.

Рисунок 3.Разгрузка автотрансформаторов 220 кВ ПС Ямская

Установка БСК на ПС 220/110/6 кВ Ямская стала положительным опытом использования компенсирующих устройств в филиале «Рязаньэнерго». Все поставленные цели были достигнуты, экономические затраты были оправданны ранее рассчитанного теоретически срока. Работа в направлении установки батарей статических конденсаторов для улучшения качества электрической энергии была продолжена  на других энергообъектах как региона, так и за его пределами.

Список литературы:

1. Кoнюхова Е.А. Электроснабжение объектов: учеб. пoсобие для студ. учреждений сред. проф. образования. М.: Мастерство, 2002. — 320 с.
2. Кoстин В.Н., Распопов Е.В., Родченко Е.А. Передача и распределение электроэнергии: учеб. посoбие. СПб.: СЗТУ, 2003. — 147 с.
3. Саркисова Е.М., Кравцов Ю.В.. Вoзможные способы пoвышения качества электрoэнергии, передаваемoй подстанциями к пoтребителям // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2014. – №8. – С. 135–138.