Компенсация реактивной мощности

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ. СТАТИЧЕСКИЕ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

1. Автоматические установки компенсации реактивной мощности (АУКРМ).

Устанавливаются на питающих подстанциях собственных нужд 0,4; 6; 10; 35 кВ с целью автоматического регулирования сos fi по низкой или высокой стороне (в зависимости от типа нагрузки и схемы питания).

Установка АУКРМ обеспечит:

  • автоматическое поддержание близкого к единице коэффициента мощности, вследствие чего оплата за потребленную и выработанную реактивную мощность и всевозможные штрафы за реактив снизятся практически до нуля;
  • существенное увеличение пропускной способности трансформаторов и кабелей;
  • отсутствие потерь активной мощности, уменьшение на 5-30% выплат за потребленную активную мощность;
  • эффективную разгрузку энергосетей от протекания реактивного тока (т.е. позволит скомпенсировать индуктивную реактивную мощность).

Большинство потребителей электроэнергии представляют собой электрические машины (трансформаторы, асинхронные двигатели, оборудование для дуговой сварки), в которых переменный магнитный поток связан с обмотками. Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные э.д.с. обуславливающие сдвиг по фазе (fi) между напряжением и током. Такая нагрузка, помимо активной мощности потребляет и реактивную мощность, увеличивая в среднем на 20-25% полную мощность по отношению к активной.

При малой нагрузке этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а cos(fi) уменьшается. Например, если cos(fi) двигателей переменного тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшиться до 0,20-0,40. Малонагруженные трансформаторы также имеют низкий cos(fi). Поэтому, если не применять компенсацию реактивной мощности, то результирующий cos(fi) энергетической системы будет низок, и ток нагрузки будет увеличиваться при одной и той же потребляемой из сети активной мощности. Соответственно при компенсации реактивной мощности (применении автоматических установок КРМ) ток, потребляемый из сети, снижается в зависимости от cos(fi) на 30-50%.

Принцип работы регулируемых АУКРМ состоит в регулировании коэффициента мощности потребителей в соответствии с заданным путем ступенчатого регулирования емкости батареи конденсаторов. При этом в системе используется регулятор реактивной мощности, который представляет собой параметрируемый микропроцессорный контроллер, оснащенный необходимыми устройствами ввода/вывода информации и команд (кнопки, индикаторы, командные выходы для коммутации батарей, интерфейсы) и осуществляющий регулирование коэффициента мощности в соответствии с заданной уставкой. Регулятор измеряет реальный коэффициент мощности системы, сравнивает с уставкой и вырабатывает выходное воздействие, подключая необходимое число ступеней (конденсаторов) установки.

Дополнительно регулятор выполняет функции защиты и сигнализации, отключая ступени в случае аварии (например, полная потеря напряжения или превышение содержания гармонических составляющих в сети) и замыкая соответствующий контакт «Авария» для дистанционной сигнализации.

Кроме основной функции регулирования, регулятор может также осуществлять измерение тока каждой ступени, реальную потребную реактивную мощность, содержание гармоник, а также мониторинг числа включений.

ООО «ЭЛПРО-М» занимается производством и внедрением установок компенсации реактивной мощности для подстанций напряжением:0,4; 6; 10; 35кВ и мощностью от 20 до 5000 кВАр.




2. Статические (нерегулируемые) установки компенсации реактивной мощности (СКРМ).

В нерегулируемых СКРМ к электросети подключена постоянная емкостная нагрузка. Статические установки компенсации реактивной мощности компенсируют реактивную составляющую трансформаторов и мощных тяговых двигателей, снижают нагрузки на кабели и токоведущие части троллейных систем.

Для применения на железных дорогах ООО «ЭЛПРО-М» изготавливает и модернизирует статические установки компенсации реактивной мощности для тяговых подстанций ЖД. Такие установки представляют собой сборную конструкцию, состоящую из блоков однофазных высоковольтных конденсаторов необходимой мощности.

Наша организация имеет возможность изготовить установки СКРМ любой мощности и конфигурации согласно требований заказчика и схемы электроснабжения. Также мы предлагаем комплектные поставки вводных защитных ячеек КСО и всего комплекса оборудования «обвязки», необходимых для подключения установок СКРМ к энергосистеме.












3. Комплектация установок.

В зависимости от требуемого набора характеристик низковольтные и высоковольтные установки АУКРМ и СКРМ по требованию Заказчика могут комплектоваться конденсаторами и регуляторами MKS-Technology (Германия), Zes Silko (Чехия), Eastel (Украина) или Усть-Каменогорского конденсаторного завода (Россия), а также контакторами Rade Koncar (Македония), Hyundai (Южная Корея) или Eastel (Украина).

Для обеспечения высокой эффективности внедрения систем КРМ необходим комплексный инженерный подход, учитывающий все особенности системы электроснабжения объекта.

В результате установки КРМ на объекте Заказчик получает оборудование со сроком окупаемости 3…9 месяцев, увеличивает эксплуатационный срок кабеля, трансформаторов и другого электрооборудования.










Компенсация реактивной мощности

Автоматизированные системы компенсации реактивной мощности напряжением 0,4 кВ

Нагрузка в сетях 0,4кВ имеет индуктивный характер из-за большого количества асинхронных двигателей, а также трансформаторов, работающих с неполной нагрузкой. Такая нагрузка, помимо активной мощности потребляет и реактивную мощность, увеличивая в среднем 20-25% полную мощность по отношению к активной.

Отсутствие компенсирования индуктивной составляющей тока нагрузки приводит к следующему:

  • увеличение тока нагрузки, вследствие чего — дополнительные потери в проводниках и снижение пропускной способности сетей;
  • завышение мощности трансформаторов и сечения кабелей, отклонение напряжения сети от номинала;
  • увеличение платы поставщику электроэнергии и ухудшенное качество электроэнергии.

Снизить отрицательный эффект всех вышеизложенных факторов можно введением емкостной нагрузки в систему и приближения общего характера нагрузки к чисто активному. Наиболее эффективным способом достижения этой цели является применение автоматических установок компенсации реактивной мощности (АУКРМ), которые позволяют автоматически поддерживать заданный коэффициент мощности (КМ) в системе на заданном уровне.

Максимальный эффект от их внедрения можно получить только если рассматривать комплекс вопросов:

Мощность АУКРМ, ее конфигурация и структура

Расчет мощности АУКРМ требует учета следующих факторов: реальная потребляемая мощность нагрузки, характер нагрузки, эксплуатационные режимы работы установки и схемы распределительного устройства (РУ), наличие потенциальных источников гармонических искажений, планируемый срок службы и степень надежности установки, а также целый ряд факторов второстепенного значения. Наиболее важным является определение следующего.

  1. характер нагрузки, которую необходимо скомпенсировать определяется:
    • по скорости изменения нагрузки от min до max (не более 20% в течение часа, в пределах 20%…50% в течение 15…20 минут, свыше 100% в течение 3…10 минут);
    • по ориентировочной процентной доле в общей нагрузке: освещения, приводов станков, транспортеров насосов, вентиляторов, кранов, статических полупроводниковых преобразователей, точечной сварки и других потребителей.
  2. схема распределительного устройства (РУ), к которому подключается АУКРМ
  3. Немаловажным фактором является и схема РУ. Как правило, АУКРМ подключается по одной к каждой секции РУ, используя для входного сигнала по току трансформаторы тока на вводе в секцию. Однако, при отключении ввода, секция может по АВР получить питание от соседнего ввода, к трансформаторам тока которого не подключена АУКРМ. Результат — потребители секции работают, но компенсация их реактивной мощности не осуществляется. Для исключения таких режимов необходимо применять специальные схемы подключения АУКРМ по цепям трансформаторов тока.

  4. конфигурация
  5. Наиболее эффективными являются установки с несимметричной конфигурацией, поскольку могут обеспечить как точное регулирование, так и минимальную частоту коммутации ступеней при меньшей стоимости, по сравнению с симметричными. Так, например, установка мощностью 100кВАр с конфигурацией 1×10+2×15+3×20 кВАр может обеспечить адекватное регулирование в диапазоне 10…90 кВАр с шагом 5 кВАр, а установка с конфигурацией 10×10кВАр — тоже с шагом 10 кВАр, имея при этом стоимость на 15% больше первой установки.

  6. структура
  7. АУКРМ является комплектной многокомпонентной системой, состоящей из компенсирующих устройств (КУ), исполнительных устройств (ИУ), различных вспомогательных устройств (ВУ) и системы управления — регулятора реактивной мощности (РРМ). Все перечисленное оборудование устанавливается в соответствующей оболочке (шкафу).

    Принцип работы АУКРМ состоит в регулировании коэффициента мощности (КМ) потребителей в соответствии с заданным, путем ступенчатого (или бесступенчатого) регулирования емкости батареи конденсаторов.

    Следует особо отметить, что для работы АУКРМ необходим сигнал от трансформаторов тока, измеряющих ток нагрузки ввода, к которому она подключается. Этот трансформатор тока, как правило, устанавливается во вводной ячейке РУ Заказчика (возможно использование существующего) и является единственным компонентом системы компенсации, не входящим в объем поставки АУКРМ.

  1. регулятор реактивной мощности — это параметрируемый микропроцессорный контроллер, оснащенный необходимыми устройствами ввода/вывода информации и команд (кнопки, индикаторы, командные выходы для коммутации батарей, интерфейсы) и осуществляющий регулирование КМ в соответствии с задаваемой уставкой. Регулятор измеряет реальный КМ системы, сравнивает с уставкой и вырабатывает выходное воздействие, подключая необходимое число ступеней (конденсаторов) установки. Дополнительно регулятор выполняет функции защиты и сигнализации, отключая ступени в случае аварии (например, полная потеря напряжения или превышение содержания гармонических составляющих в сети) и замыкая соответствующий контакт «Авария» для дистанционной сигнализации.
  2. Кроме основной функции — регулирования, регулятор может также осуществлять измерение тока каждой ступени, реальную потребную реактивную 'мощность, содержание гармоник, а также мониторинг числа включений.

    Отдельно следует отметить, что о собенностью РРМ, устанавливаемых «ООО ЭЛПРО-М» является возможность их полностью автоматической настройки на параметры сети и полностью автоматического ввода в работу — после подключения регулятора достаточно только ввести уставку КМ и регулятор начнет работу полностью самостоятельно.

  3. Компенсирующими устройствами являются силовые фазовые конденсаторы, предназначенные для работы в сетях соответствующего напряжения с обеспечением требуемых электротехнических параметров.
  4. Исполнительными устройствами являются:
    • контактные электромеханические — контакторы , снабжаемые необходимыми токоограничивающими резисторами, которые включаются параллельно основным контактам, шунтируя выброс напряжения при коммутации конденсатора;
    • бесконтактные статические — силовые полупроводниковые ключи. Коммутация цепей осуществляется в момент перехода тока нагрузки через ноль, что исключает необходимость специализированных разрядных устройств, существенно сокращает время перекоммутации одной и той же ступени (0,1-1с вместо 3мин у контакторных систем). Срок эксплуатации не ограничен числом коммутаций (как у контакторов) и определяется только температурным режимом их работы.
  5. Вспомогательными устройствами являются:
    • токоограничивающие (разрядные) реакторы, обладающие малыми потерями и обеспечивающие эффективный разряд батарей в течение 3 секунды вместо 1 минуты. Эффективное и недорогое средство повышения скорости работы контакторных систем.
    • антирезонансные реакторы, исключающие возникновение резонанса в системе путем сдвига и фиксации собственной частоты контура «конденсаторы – силовой трансформатор» в безопасную область или устранение гармонических составляющих путем фильтрации.

Способ коммутации ступеней и их быстродействие

  1. контакторные АУКРМ
  2. «Классическими» являются ступенчатые установки, которые с помощью микропроцессорного регулятора позволяют оперировать мощностью установки, разделенной на части — ступени. Каждая ступень подключается к сети с помощью электромеханического контактора.

    Скорость реакции системы на изменение реактивной мощности ограничивается механическими характеристиками износостойкости контакторов, а также минимальным временем, необходимым для разряда конденсаторов (быстродействие не менее 1-3 мин).

    Износостойкость системы зависит от износостойкости контакторов (максимум — 100…200 тыс. циклов, 200 коммутаций в час). Износ контакторов прямо пропорционален точности регулирования и величине разброса минимума и максимума нагрузки; повышение точности регулирования влечет за собой увеличение ступеней установки и ее стоимости.

    Способ наиболее эффективен для компенсации реактивной мощности потребителей со статическим графиком потребления мощности — подключаемых к сети не более 10…30 раз в день.

    Условная стоимость (в относительных единицах) — 1,0.

    ПРИМЕЧАНИЕ: быстродействие таких систем можно искусственно повысить за счет установки специальных разрядных реакторов (уменьшив время разряда до 3с), однако, износостойкость таких систем в любом случае будет определяться ресурсом контакторов.

    Условная стоимость — 1,1…1,15.

  3. бесконтактные АУКРМ
  4. По командам быстродействующего регулятора, ступени подключаются к сети с помощью полупроводниковых силовых ключей, обеспечивающих включение ступени в момент нулевого тока без переходных процессов, разрушающих электрооборудование. Точность регулирования емкости зависит от соотношения мощности потребной для компенсации и мощности одной ступени БСК.

    Скорость реакции системы на изменение реактивной мощности ограничивается быстродействием регулятора (0,25…0,5сек) и не ограничивается механическими характеристиками компонентов. Износостойкость системы зависит только от температурных условий работы полупроводниковых ключей.

    Способ наиболее эффективен для компенсации реактивной мощности потребителей с динамическим графиком потребления мощности — подключаемых к сети 10-15 раз в минуту (крановое оборудование, точечная сварка и т. п.).

    Условная стоимость — 1,25…1,35.

  5. смешанные АУКРМ
  6. Отдельно следует отметить наличие в номенклатуре смешанных установок — контакторно-полупроводниковых. Выполняются такие установки, как правило, несимметричными и, меньшие «регулирующие» ступени снабжаются полупроводниковыми ключами, обеспечивая точное регулирование с частыми включениями (несколько раз в минуту), в то время как контакторные ступени работают в базисе нагрузки, реагируя только на ежесуточные минимумы и максимумы

    Условная стоимость — 1,1…1,15.

Резонанс

При величинах КМ системы, превышающих 0,97, и наличии источников гармонических составляющих, резонанс может привести к увеличению тока компенсации, перегреву и выходу из строя оборудования.

Если резонансная частота контура «конденсаторы — трансформатор» близка к гармонике вызванной одной из нагрузок, ток этой гармоники может циркулировать в контуре, вызывая высокое напряжение в линии. Ток компенсации в этом случае может превысить номинальное значение более чем в 2 или 3 раза от его номинальной величины. Резонанс может возникнуть на любой частоте, хотя в большинстве случаев источники синусоидального тока существуют на 5-ой, 7-ой, 11-ой и 13 гармониках.

Как правило, предотвратить это позволяет регулятор, измеряющий гармоники и отключающий часть мощности АУКРМ. Однако, в этом случае достижение требуемого КМ уже невозможно — а значит, эффективность установки существенно снижается.

Реальной защитой могут являться только специальные реакторы, устанавливаемые в каждой ступени и обеспечивающие смещение резонансной частоты контура «конденсатор-трансформатор» ниже доминирующей гармоники или фильтрацию гармоник:

  1. «расстройка» контура «трансформатор-конденсатор» (детюнинг)
  2. Резонанс исключается путем установки на БСК специальных реакторов, последовательно соединяемых с конденсаторами, из-за чего резонансная частота контура конденсатор-трансформатор смещается ниже 7-й, 5-й, 3-й гармоники. Показателем «детюнинга» является «коэффициент расстройки», обычно принимаемый 5.5%, 7%, 8%, 12,5% и 14% для обеспечения «фиксации» собственной частоты контура на частотах 213Гц, 189Гц, 177Гц, 141Гц и 134Гц соответственно.

  3. установка поглощающих фильтров (тюнинг)
  4. Резонанс исключается путем установки на БСК реакторов аналогичных «детюнинговым», которые совместно с конденсаторами образуют фильтры гармоник определенной частоты (или нескольких частот сразу), исключая, таким образом, проникновение этих гармоник в питающую сеть. Как правило, применяются фильтры 5, 7, 11, 13 гармоник и гармоник выше 15-й.

    Условная стоимость реактированных систем — 1,4…1,8.

ВЫВОДЫ:

Результатами внедрения АУКРМ являются:

  • снижение нагрузки силовых цепей электроснабжения путем компенсации реактивной составляющей тока нагрузки;
  • поддержание группового коэффициента мощности нагрузки объекта в заданных пределах путем регулирования величины компенсационной реактивной мощности в зависимости от заданной уставки;
  • оптимизация коммерческих расчетов за потребляемую электроэнергию;
  • повышение надежности работы электротехнического оборудования, увеличение его срока службы;
  • обеспечение эффективной компенсации реактивной мощности в нормальных, переходных и предаварийных режимах работы;
  • поддержания на заданном уровне качества электрической энергии в системе энергоснабжения объекта;
  • своевременное представление оперативному персоналу информации о состоянии и режимах работы системы энергоснабжения объекта.

Для обеспечения высокой эффективности внедрения АУКРМ необходим комплексный инженерный подход, учитывающий все особенности системы электроснабжения, в которую планируется установить АУКРМ. В результате Заказчик получает срок окупаемости — 6…9 месяцев.

В качестве компонентов АУКРМ используются только высококачественные изделия зарубежных фирм-производителей:

  • регуляторы - MKS-Technology, EASTEL;
  • контакторы - Hyundai, EASTEL;
  • конденсаторные батареи - MKS-Technology, EASTEL
  • защитно-коммутационная аппаратура(автоматические выключатели, предохранители, рубильники) - Hyundai, EASTEL;
  • реакторные антирезонансные фильтры - MKS-Technology;
  • разрядные реакторы - производства MKS-Technology;
  • оболочки шкафов - собственное производство с высококачественной порошковой покраской.

Каталог комплектующих для низковольтных, высоковольтных статических и автоматических УКРМ (1,3 Мб)


ООО «ЭЛПРО-М» готово предоставить технико-коммерческие предложения по внедрению АУКРМ на различных объектах, исходными данными для которого могут являться данные заполненного опросного листа. Кроме того, наше предприятие обеспечивает полный комплекс инжиниринга: от обследования оборудования до сдачи «под ключ» этих систем.

Письмо от ООО "ЭЛЕКТРАНГЕЛ" о приобретении установок компенсации реактивной мощности АУКРМ

Гарантийные обязательства по установкам КРМ