Расчет конденсаторной установки 6 кВ для ТП

Передача по линиям больших потоков реактивной мощности (Q) приводит к возрастанию потерь активной мощности в энергосистемах, снижению напряжения на приемной стороне линий электропередач, снижению пропускной способности распределительной сети, повышению стоимости электроэнергии. Качество электрической энергии при этом может стать неприемлемой для использования.

Для уменьшения потребления реактивной мощности по линиям и трансформаторам вблизи узлов ее потребления устанавливают источники реактивной мощности.

При этом передающие элементы сети разгружаются от реактивной мощности, чем достигается снижение в них потерь активной мощности и напряжения.

Источниками реактивной мощности могут быть синхронные компенсаторы, синхронные двигатели и силовые конденсаторные установки.

Мощным потребителем реактивной мощности железнодорожного узла К. является Локомотивное депо, которое запитано через 1с.ш. 6 кВ ТП-9 по питающему фидеру №18. В дипломном проекте для него выполнен выбор средств компенсации.

В общем виде задача выбора средств компенсации состоит в том, чтобы определить значения реактивных мощностей, генерируемых существующими и дополнительно устанавливаемыми источниками.

Выбор мощности компенсирующего устройства в сетях потребителя производится, исходя из экономически обоснованных значений реактивной мощности, потребляемой потребителем в режиме максимальной активной нагрузки энергосистемы. Энергоснабжающая организация определяет значение реактивной мощности, которую передает энергосистема в распределительную сеть потребителю из рассматриваемого узла. Эта, задаваемая энергосистемой реактивная мощность — Q_c, соответствующая режиму максимальных активных нагрузок энергосистемы, и является основным показателем для выбора оптимальной мощности КУ.

Исходными данными для расчетов по данному разделу являются значения коэффициента мощности потребителя, равного =0,9 и мощности потребителей.

Реактивная мощность , которую целесообразно передать из энергосистемы в режиме ее наибольшей активной нагрузки потребителю [6]:

где P – активная мощность, передаваемая по сети в режиме наибольшей активной нагрузки;

tg — коэффициент реактивной мощности, задаваемый энергосистемой.

Тогда необходимая мощность КУ для компенсации реактивной мощности определяется следующим образом:

где Q_п – реактивная мощность потребителя в режиме максимума.

До установки КУ реактивная нагрузка составляет:

где P_п — активная мощность потребителя;

tg _п— коэффициент реактивной мощности потребителя.

Подставляя в (5.2) значения Q_c и Q_п из (5.1) и (5.3), получим

Так как P_п = P, тогда

Определим значение величин, входящих в формулу (5.5)

tg _п = tg (arсcos0,9) = 0,48

Коэффициент мощности, задаваемый энергосистемой принимаем равным

Тогда tg = tg (arc) = 0,203.

Полученные значения подставляем в формулу (5.5)

Определенную в результате расчета мощность Q_ку округляем до заводского значения мощности комплектной установки конденсаторов и выбираем для первой ступени КУ конденсаторы для повышения мощности электроустановок КС2 — 6,3 — 25 — 2У3 (1У3) на одну фазу. Суммарная мощность КУ для первой ступени 25*3=75 квар. Для второй ступени КУ выбираем конденсаторы КС2 — 6,3 — 75 — 2У3 (1У3) . Суммарная мощность 2 ступени КУ 75*3=225. Общая мощность компенсирующего устройства ТП-9 1с.ш. 6 кВ фидера №18 равна 75+225=300 квар.[7]

Структура условного обозначения:

К – для повышения коэффициента мощности;

С – пропитка синтетической жидкостью;

2 – габарит (нулевой, первый, второй.) ;

6,3 – номинальное напряжение, кВ ;

25 (75) – номинальная мощность, квар. ;

2У3 (1У3) – количество изолированных выводов и климатическое исполнение (умеренное).

Конденсаторная установка ТП-9 состоит из четырех ячеек, ячейки ввода, двух конденсаторных ячеек, ячейки вакуумного выключателя 2 ступени КУ. Ячейка ввода предназначена для присоединения кабеля и содержит трехполюсный разъединитель; в каждой конденсаторной ячейке три конденсатора, соединенных в треугольник и подключенных через предохранители к сборным шинам; в ячейке вакуумного выключателя расположен вакуумный выключатель который включает и выключает 2-ую ступень КУ по реле времени. В качестве реле времени используются часы которые настроены на включение в светлое время суток, когда предприятия работают и на отключение в темное время суток.

Источник

Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок — Выбор конденсаторных установок

Для потребителей электроэнергии, у которых изменения нагрузок отличаются от графика суммарной нагрузки сети, обеспечение качества напряжения в результате централизованного регулирования в большинстве случаев затруднительно. Возникает необходимость в применении средств местного регулирования. Наиболее целесообразными средствами в этом случае являются конденсаторные установки, при использовании которых одновременно повышается и экономичность работы сети. При использовании в качестве компенсирующих устройств конденсаторных установок следует учитывать, что они допускают только ступенчатое регулирование.
Количество ступеней регулирования конденсаторных установок может быть определено на основании изучения материалов диспетчерской службы.
Для вновь проектируемых предприятий количество ступеней регулирования определяется по усредненным графикам нагрузки предприятия. При этом максимальные ступени увеличения напряжения при включении конденсаторной установки во избежание резких колебаний напряжения не должны повышать 1—2% номинального напряжения сети.
Регулирующий эффект при включении одной ступени конденсаторной установки может быть определен по формуле, %:
где Q —реактивная мощность секции конденсаторной установки, кВАр; U — линейное напряжение сети, кВ, хс — реактивное сопротивление элементов сети, ближайших к установке, Ом.
При мощности ступени конденсаторной установки, равной 300 кВАр, линейном напряжении сети 6 кВ и реактивном сопротивлении сети 1.8 Ом напряжение повысится на 1.5% номинального напряжения, или на 0,9 кВ.
Количество ступеней регулирования конденсаторных установок следует, как правило, выбирать не более трех—пяти с одинаковой или различной мощностью ступеней, а мощность ступеней должна соответствовать изменению нагрузки по графику. При сравнительно спокойном изменении графика нагрузки количество ступеней должно быть минимальным, а мощность равномерно распределена по графику нагрузки. При увеличении количества ступеней регулирования с трех и более потери электроэнергии дополнительно снижаются всего лишь на величину менее 1 % общей сэкономленной электроэнергии при работе всей установки. Поэтому регулируемая конденсаторная установка не должна иметь более трех ступеней регулирования. Конденсаторные установки значительной мощности необходимо разбивать на секции даже при отсутствии регулирования для обеспечения возможности отключать секции для осмотра, очистки от загрязнения и замены поврежденных элементов установки.
После того как установлены ступени регулирования и их мощность, необходимо определить последовательность коммутационных операций, которая может быть выполнена по одному из следующих исполнений:
применение одинаковых по мощности конденсаторных установок, например 100 :100 : 100 :100 : 100 кВАр И т. д.;
по мощности, отличающейся в арифметической прогрессии, например 100:200:300 :400 кВАр и т. д.
по мощности, отличающейся в геометрической прогрессии, например 100:200:400:800 кВАр и т. д.;
смешанные комбинации из различных мощностей.
В первом исполнении — это простая схема автоматики, так как включение и отключение конденсаторной установки происходит последовательно. Но при определенной мощности регулирования количество выключателей равно количеству одинаковых конденсаторных установок и соответственно числу ступеней. Во втором и третьем исполнениях количество выключателей и конденсаторных установок меньше, а число ступеней намного больше.
Наиболее экономична и целесообразна схема регулирования при применении мощности конденсаторных установок, отличающихся по геометрической прогрессии.
В этом случае при меньшем количестве выключателей число ступеней регулирования увеличивается.
На рис. 14 показано, как при двух различных по мощности конденсаторных установках получаются три ступени регулирования, а при трех конденсаторных установках — семь ступеней регулирования. При этом потребуется увеличение числа оперативных переключателей, что несколько усложняет схему автоматического устройства, однако это экономически целесообразно. В зависимости от графика суммарных реактивных нагрузок предприятия конденсаторные установки могут иметь постоянную нерегулируемую часть, которая включается и отключается вручную, для покрытия в основном реактивной нагрузки в часы минимума; она может быть порядка 20 —50% общей мощности конденсаторной установки остальная часть выполняется регулируемой с включением секции конденсаторной установки в часы максимума изменений реактивных нагрузок предприятия.

Рис. 14. Сравнение числа ступеней конденсаторной установки и последовательность коммутационных операций при автоматическом регулировании.
Выбор мощности регулируемых и нерегулируемых секций конденсаторных установок при проектировании не всегда можно определить с достаточной точностью, и его следует уточнять в условиях эксплуатации в зависимости от графика реактивной нагрузки предприятия. Поэтому схемы управления регулируемых и нерегулируемых секций конденсаторных установок должны быть выполнены аналогично и допускать в случае необходимости во время эксплуатации перевод любой секции из регулируемых в нерегулируемые и обратно.

Рис. 15. Конденсаторная установка с постоянно включенными секциями с конденсаторами (Mb 1 и 2) и секциями (Ms 3, 4, 5), управляемыми автоматически.

На рис. 15 приведена схема конденсаторной установки, состоящая из пяти секций, управляемых автоматическим регулятором типа АРКОН. По условиям эксплуатации одна часть секций конденсаторной установки автоматически регулируемая, другая постоянно включена и управляется вручную. Схема регулятора АРКОН допускает перевод на ручное или автоматическое управление любой из секций конденсаторной установки, что при перемене секций с ручного на автоматическое управление исключит неравномерный износ коммутационного оборудования.
Схемы регулируемых и нерегулируемых секций могут быть составлены из различных конденсаторных установок в зависимости от мощности установленных в них конденсаторов и особенностей конструкции, но каждая секция должна иметь выключатель для оперативного управления; аппаратуру защиты от коротких замыканий; устройство для автоматического отключения в случае исчезновения напряжения в сети, в том числе и нерегулируемых постоянно включенных секций.

Источник

Основы АСУ ТП и КИП — в статьях Ua.Automation.com

Поводом для написания данной статьи послужило то, что в последние годы обстоятельства подталкивают нас к максимальному использованию энергосберегающих технологий во всех областях жизнедеятельности. Область электроэнергетики, разумеется, не исключение. За рубежом вопросам энергосбережения уже давно не просто уделяют первостепенное внимание – они, фактически, лидируют в «хит-параде» задач экономической, технологической и т.д. эффективности. Мы пока отстаем, но с каждым годом эта тема становиться все более важной и у нас.

Одним из способов экономии как производственных, так и материальных ресурсов в электроэнергетике является применение конденсаторных установок для компенсации реактивной энергии.

На основе нашего опыта работы в данной сфере, можем с уверенностью сказать, что популярность конденсаторных установок (КУ) растет с каждым днем. Обычно, при обсуждении выгод применения КУ говорят, что они позволяют экономить электроэнергию – это действительно так! Но это еще не все – как говорится в известном рекламном слогане: «Зачем платить больше?» Если проанализировать преимущества КУ, можно отметить, что, кроме того, снижается нагрузка на кабельные линии, уменьшаются потери в силовых питающих трансформаторах, благодаря чему увеличивается срок их службы и уменьшаются затраты на реконструкцию или замену.

В общем, применение КУ – выгодно. Но, несмотря на этот, безусловно, справедливый вывод, «выгодность» КУ необходимо оценивать, и оценивать комплексно.

На основе заданий проектантов и заказчиков нам все чаще приходится рассчитывать КУ самых различных конфигураций и комплектаций. Для оптимизации решения таких задач нами были произведены подробные расчеты, которыми хотим поделиться с читателями (далее речь пойдет о расчете КУ на напряжение 0,4кВ).

Хотим отметить, что мы никоим образом не претендуем на «открытие Америки». В общем, тема КУ изучена и об этом много написано в Интернете. Мы не собираемся пересказывать своими словами всем известные вещи, а просто опишем «жизненную ситуацию», с которой сплошь и рядом сталкиваются проектировщики, а именно, с расчетом мощности КУ.

Как правильно рассчитать мощность КУ?

Прежде всего, с этой «задачей» сталкиваются проектанты-электрики. Как рассчитать мощность КУ, если из ТУ (Технических условий, полученных от энергопоставляющей организации) известно значение полной мощности, активной мощности и прописано, например, указание – применить КУ?

Говоря языком формул: как, имея значение активной мощности — Р_расч и общее значение характера нагрузки (то бишь cos φ или «хуже того» tg φ) рассчитать мощность КУ?

Обратите внимание – «красное» и «зеленое» пространства вместе – это пространство без использования КУ. Здесь большее значение угла (определяется cos φ1) и большее значение реактивной мощности Q1. «Зеленое» – пространство с использованием КУ. Значение угла меньше (определяется cos φ2), значение реактивной мощности меньшее – Q2.

Разница между Q1 и Q2 и есть значение мощности КУ!

Здесь необходимо обратить внимание на величину S1 и S2. Когда подключена КУ, полная мощность уменьшается, следовательно, уменьшается потребляемый ток (меньше платим за электроэнергию), уменьшаются потери (перестаем «греть воздух», уменьшается износ оборудования, кабельных линий.

Теперь еще «сложнее»

Мощность КУ определяется по формуле: Q_КУ = Q1 – Q2, кВАр где,

Q1 – реактивная мощность при расчетном (существующем) cos φ1,

Q2 – реактивная мощность при желаемом cos φ2 (желаемое значение – это cos φ2, который мы хотим получить при использовании КУ).

В обиходе характер нагрузки характеризуется cos φ, но в расчетах лучше применять tg φ. Проще формула и проще считать.

Но для расчетов необходимо определить значение угла φ. А мы знаем только значение cos φ и это числовое значение, например – n . Соответственно, необходимо сделать обратное преобразование и найти угол φ. Для определения фактического значения этого угла используем функцию arсcos(n).

Если определили значение угла φ, то мощность Q1 можно определить из следующего выражения:

соответственно: Q2 = tg φ2 x P

Таким образом: Q_КУ = Q1 – Q2

Самая сложная формула

Q_КУ = Рх(tg(arсcos(n1)) — tg(arсcos(n2))), кВАр

Используя данную формулу можно с большой точностью рассчитывать мощность любой конденсаторной установки.

Здесь мы открываем «секрет» расчета коэффициента К, который приводится во всех расчетных таблицах на просторах Интернета…

Коэффициент К, фигурирующий во многих расчетных таблицах, и значение которого, как показывает практика, знают далеко не все, легко виден из последней формулы:

K= tg(arсcos(n1)) — tg(arсcos(n2))

Соответственно формула расчета реактивной мощности преображается до вида, знакомого пользователям, занимающимся проектированием:

Q_КУ = РхК, кВАр

Еще добавим формулу для расчета тока вводного автоматического выключателя для КУ:

где «1.3» – коэффициент запаса (30% от номинала), и мы получаем всю информацию.

Теперь, тем, кто знаком с программой Excel, достаточно внести в ячейку самую «сложную» формулу расчета КУ и вы становитесь обладателем «Главной формулы» расчета КУ. В другую ячейку можно внести формулу тока КУ и можно сразу получать значение мощности КУ и значение тока КУ, по которому можно рекомендовать номинальный ток коммутирующего аппарата для КУ.

А теперь серьезно…

Практически, проектант определяет ориентировочную мощность КУ, т.к. в начале проектирования необходимо знать это примерное значение КУ. Затем, получив данные о количестве и мощности нагрузок по объекту, узнав характер этих нагрузок (cos φ), необходимо уточнить мощность КУ.

Теперь необходимо рассчитать конфигурацию КУ.

Для начала необходимо определиться, какое количество ступеней будет иметь установка, их кратность, какая величина базовой ступени.

Здесь есть одно правило, которым мы обычно пользуемся – количество ступеней КУ должно быть оптимальным, минимально-необходимым и кратным базовой ступени. Разумеется, можно сделать КУ с избыточным количеством ступеней и КУ будет выполнять свои функции в полной мере. Но в этом варианте есть недостаток – такая система будет дороже стоить. А зачем платить больше? Это увеличивает срок окупаемости КУ.

Для более полной и точной компенсации нужно применять как можно меньшее значение базовой ступени КУ. Это позволяет сделать систему компенсации максимально гибкой в процессе работы и максимально приблизиться к заданному коэффициенту мощности (cos φ). При этом следует учесть, что если применить неоправданно завышенное значение базовой ступени, то могут быть негативные последствия в виде «перекомпенсации» или «недокомпенсации» реактивной энергии.

Для энергопоставляющей организации «перекомпенсация» это наиболее неподходящий вариант. В данном режиме работы КУ начинает генерировать энергию (вносит в сеть избыточную реактивную мощность), что неприемлемо. За это штрафуют и оплата за генерацию реактивной энергии гораздо больше, чем за потребление.

Важное примечание: в данном случае мы ведем речь об автоматизированных КУ со специализированными контроллерами мощности, так называемыми регуляторами мощности. Например, типа DCRK или DCRJ производства итальянской фирмы Lovato. Данные контроллеры и аналогичные им исключают подключение излишней емкости в сеть.

А теперь о самом точном подборе мощности КУ…

Самый точный подбор КУ производитья по реальному суточному графику нагрузок, который составляется энергетиком действующего предприятия по показаниям счетчиков электроэнергии. Обычно, в этом графике зафиксированы показания потребляемой активной и реактивной электроэнергии, полной мощности и, кроме того, эти показания привязаны ко времени.

При этом есть одна особенность – важны графики нагрузок, составленные в пиковые месяцы потребления электроэнергии. Обычно это июль и декабрь текущего года. Летом включаются на полную мощность нагрузки кондиционирования и вентиляции, а зимой – обогрев, отопление и та же вентиляция.

По данным графикам (см.рисунок) легко определить минимальную емкость базовой ступени, кратность ступеней и, конечно, общую реактивную мощность КУ.

Оптимальная мощность КУ еще определяет срок окупаемости КУ. Чем более оптимальная подобрана или рассчитана мощность КУ, тем меньше срок окупаемости.

У нас был пример, когда заказчик применил КУ на камнедробильном предприятии, и эта КУ оказалось практически неэффективна. Заказ был произведен по реактивной мощности, предоставленной заказчиком, определена необходимая базовая ступень, определено количество ступеней… Все было изготовлено и подключено на объекте. Но КУ практически не работала. Регулятор мощности КУ индицировал, что сеть предприятия имеет емкостной характер нагрузки. При этом это был пик работы предприятия, и мощные двигатели работали на полную мощность… Только двигатели были синхронные, которые имеют емкостной характер нагрузки! А КУ включалась после рабочего дня, когда основное производство останавливалось, и работали кондиционеры и вентиляторы офиса, двигатели котельной, имеющие индуктивный характер нагрузки…

И еще несколько слов в заключение – целесообразность применения КУ, место подключения КУ определяется проектантом, исходя из существующих условий. При этом чем «выше» КУ установлена к границе отвода или подачи электроэнергии, тем эффективнее она выполняет свои функции.

Но, есть варианты, когда КУ устанавливается непосредственно у потребителя с низким коэффициентом мощности, например, рядом с мощным асинхронным двигателем или рядом с силовым трансформатором. Но это отдельные темы, и соответствующую информацию о схемах подключения, подборе КУ можно найти в Интернете.

В данной статье мы рассмотрели основные параметры необходимые для расчета и выбора основных составляющих конденсаторных установок. Для более глубокого изучения вопроса компенсации реактивной энергии рекомендуем пользоваться научно-технической литературой, каталогами поставщиков комплектующих для КУ. Также нужно помнить о нормах и правилах описанных в ПУЭ (Глава 5.6 — «Конденсаторные установки).

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Количество ступеней регулирования КУ следует, как травило, выбирать не более трех-пяти с одинаковой или различной мощностью ступеней, а мощность ступеней должна соответствовать изменению нагрузки по графику. [2]

Плавность регулирования определяется количеством ступеней регулирования . Чем больше ступеней имеет регулировочное устройство ( например, реостат), тем большую плавность можно получить. [3]

Для вновь проектируемых предприятий количество ступеней регулирования определяется по усредненным графикам нагрузки предприятия. При этом максимальные ступени увеличения напряжения при включении конденсаторной установки во избежание резких колебаний напряжения не должны повышать 1 — 2 % номинального напряжения сети. [4]

В графические обозначения вписывают количество ступеней регулирования или буквенные обозначения сигнала, регулируемого или измеряемого параметра, например: Ле — авария; М — местное управление; НК — неисправность на КП; НЭ — неисправность электрическая; ЯЯ — неисправность неэлектрическая; НТ — неисправность трансформатора; НВ — неисправность выпрямителя; НС — неправильный сигнал; ОН — общее несоответствие; ДВ — максимальный уровень дренажных вод; Г — готовность устройства; ПУ — повреждение устройства; ПК — повреждение канала связи; ПО — пожарная опасность; Зв — запрет включения; Зев — запрет включения временный; ОД-открытие дверей; U — напряжение; / — ток, Р — мощность активная; Q — мощность реактивная; Я — расход; Д — давление; У — уровень; t — температура; М — мутность; / — частота; W & — энергия активная; р — энергия реактивная. [5]

Для вновь проектируемых предприятий количество ступеней регулирования определяется по усредненным графикам нагрузки предприятия. При этом изменения напряжения при включении секции КУ не должны превышать 1 — 2 % номинального напряжения сети. [6]

Общее допустимое отклонение параметра при такой системе регулирования, вне зависимости от количества ступеней регулирования , равно дифференциалу регулятора. [8]

Регулирование с помощью автотрансформатора применяется в случаях, когда требуются большое ( более 25) количество ступеней регулирования и малый перепад напряжения между отдельными ступенями. [9]

Если этих данных нет реостат рассчитывают на напряжение, равное 50 — 75 % рабочего напряжения ванны, задаваясь количеством ступеней регулирования . Обычно реостаты рассчитывают на шесть ступеней-секций, которые включаются параллельно. [11]

Схемы автоматического регулирования КУ наиболее просты для первого варианта соотношения мощностей, так как включение и отключение КУ происходит последовательно. Количество выключателей равно количеству ступеней регулирования . [13]

Источник