Сетевое научное издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,936

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Вильданов Р.Г. 1 Ионцева О.А. 1 Исхаков Р.Р. 1 Бикметов А.Г. 1

---

1 Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Рассмотрены мероприятия, направленные на снижение потерь мощности и электроэнергии на примере распределительно-трансформаторной подстанции завода. Приводятся примеры двух вариантов компенсации реактивной мощности: при помощи установки высоковольтных батарей конденсаторов и при помощи установки низковольтных батарей конденсаторов. В результате моделирования в среде Simulink получены значения коэффициентов мощности на высоковольтной 6 кВ и низковольтной 0,4 кВ сторонах. Показано, что при использовании высоковольтных батарей конденсаторов коэффициент мощности на низковольтной стороне не изменяется. Произведен выбор низковольтных и высоковольтных конденсаторных батарей. Показано, что применение мероприятия по компенсации реактивной мощности позволит уменьшить потери активной энергии. Сделан вывод о полезности моделирования в Simulink для оценки эффективности компенсации реактивной мощности.

Статья в формате PDF

275 KB

Simulink

низковольтные батареи конденсаторов (НБК)

высоковольтные батареи конденсаторов (ВБК)

коэффициент мощности

1. Вильданов, Р. Г., Исхаков Р. Р. Обработка диагностической информации на основе нейронных сетей // Международный научно-исследовательский журнал. – 2013. – № 12-1 (19). – С. 94-95.

2. Вильданов Р. Г., Капустин Г. В. Применение статистических методов для регулирования производства пропилена // Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов: межвузовский сборник научных трудов / редкол.: В. А. Шабанов и др.– Уфа:УГНТУ, Мир печати. – 2014. – С. 188-190.

3. Данилов Н. И., Щелоков Я. М.Энергосбережение. Теория и практика: учебное пособие. Т. 1. Теоретические основы энергосбережения; под общ. ред. Н. И. Данилова. – Екатеринбург: УрФУ, 2012. – 296 с.

4. Лукьянцев М. А., Капустин Г. В., Вильданов Р. Г. Применение контрольный карт всистеме управления установки по получению полиэтилена высокой плотности // Международный научно-исследовательский журнал. – 2013. – № 3-1 (10). – С. 59-61.

5. Киреева Э. А., Юнес Т., Айюби М. Автоматизация и экономия электроэнергии в системах промышленного электроснабжения. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 320 с.

Большинство потребителей электрической энергии обладает активными и реактивными сопротивлениями, поэтому в процессе потребления электрические установки наряду с активной мощностью потребляют и реактивную, которая непосредственно работы не производит, однако необходима для создания магнитных полей, без которых принципиально невозможна работа многих электрических машин и аппаратов.

По статистике основными потребителями реактивной мощности являются электродвигатели переменного тока, преимущественно асинхронные электродвигатели, на долю которых приходится около 70 % потребляемой реактивной мощности, около 20 % потребляют трансформаторы и около 10 % – различные электрические машины и аппараты, обладающие индуктивностью, и электрические сети, что является причиной снижения коэффициента мощности [3].

При снижении коэффициента мощности потребителей увеличиваются потери электрической энергии не только в питающих сетях, но и в трансформаторах и генераторах, установленных на электростанциях, так что при значительном снижении коэффициента мощности трансформаторы и генераторы оказываются настолько загруженными реактивными токами, что получение от них активной мощности, на которую они рассчитаны, становится невозможным. Вместе с тем, при снижении коэффициента мощности увеличиваются и потери напряжения в питающих электрических сетях вследствие возрастания тока.

Вместе с тем при повышении коэффициента мощности за счет уменьшения реактивной составляющей полного тока возможно увеличить его активную составляющую путем подключения дополнительных потребителей электроэнергии и тем самым обеспечить полную загрузку генераторов и трансформаторов в системе электроснабжения производства.

Таким образом, коэффициент мощности показывает, какую часть полной мощности составляет активная мощности, которая полностью преобразуется потребителем электроэнергии в другие виды энергии и не возвращается в питающую сеть.

Рассмотрим распределительно-трансформаторную подстанцию на одном из предприятий. С АСКУЭ «Нева» были сняты показания коэффициента мощности на высоковольтной и низковольтной сторонах, которые представлены в таблице 1. В работе рассмотрены два варианта компенсации реактивной мощности:

• при помощи установки высоковольтных батарей конденсаторов (ВБК);
• при помощи установки низковольтных батарей конденсаторов (НБК).

Таблица 1

Данные действующего коэффициента

На рисунке 1 представлена модель компенсации I секции с использованием ВБК.

В результате моделирования в среде Simulink, на высоковольтной 6 кВ и низковольтной 0,4 кВ сторонах получили значения коэффициентов мощности 0,928 и 0,748, значения коэффициентов мощности на II секции 0,93 и 0,706 соответственно. Коэффициент мощности на низковольтной стороне не изменился.

На рисунках 2 и 3 изображены диаграммы cos φ на высоковольтной и низковольтной сторонах для I секции при установке НБК.

После установки НБК на высоковольтной 6 кВ и низковольтной 0,4 кВ сторонах I секции получили значения коэффициентов мощности 0,74 и 0,93 соответственно. После установки НБК на высоковольтной 6 кВ и низковольтной 0,4 кВ сторонах II секции получили значения коэффициентов мощности 0,86 и 0,944 соответственно.

В таблице 2 представлены результаты моделирования.

Таблица 2

Результаты моделирования

Для достижения требуемого коэффициента мощности необходимо использовать конденсаторные установки как на низковольтной, так и на высоковольтной сторонах.

Рис. 1. Модель компенсации I секции с использованием ВБК

Рис. 2. Диаграммы cos φ , активной, реактивной, полной мощностей на стороне 6 кВI секции при установке НБК

Рис. 3. Диаграммы cos φ , активной, реактивной, полной мощностей на стороне 0,4 кВI секции при установке НБК

Наиболее распространены схемы присоединения батарей конденсаторов через отдельные выключатели при напряжении 6–10 кВ или через рубильники и предохранители или автоматы при напряжении 380 В. Схемы с подсоединением под общий выключатель применяются очень редко, в основном при индивидуальной компенсации реактивной мощности электродвигателей или при установке батарей на работающей подстанции, когда нет свободной камеры для установки выключателя. Конденсаторные батареи напряжением 380–660 В присоединяются к цеховым групповым щиткам или к токопроводам и в отдельных случаях к шинам вторичного напряжения цеховых подстанций [5].

Для управления конденсаторными установками применяются быстродействующие выключатели, имеющие повышенную износоустойчивость контактной и механической частей и допускающие частые и быстрые переключения. Обычные масляные и воздушные выключатели не удовлетворяют полностью всем требованиям для коммутации емкостных нагрузок. Наиболее пригодны и перспективны вакуумные выключатели. Но они маломощны и применяются пока лишь для секционирования конденсаторных батарей. Весьма пригодными для регулирования конденсаторных батарей являются быстродействующие бесконтактные тиристорные выключатели. Обычные выключатели на напряжение 6–10 кВ, выбранные с запасом по номинальному току не менее чем на 50 %, удовлетворительно работают при коммутации КБ мощностью до 2500 кВАр. Представляет интерес регулирование мощности компенсаторов реактивной мощности обработкой информации о потреблении реактивной мощности на основе нейронных сетей [1].

Для I секции необходима конденсаторная батарея с Qрас. = 481,57 квар, для II секции необходима конденсаторная батарея с Qрас. = 528,54 квар. Выбираем низковольтную конденсаторную батарею для I секции марки АКУ 0,4-500-25 УХЛ3[31] и для II секции – АКУ 0,4-550-25 УХЛ3 фирмы Epcos (бывшее подразделение Siemens). Каждая конденсаторная ступень снабжена индивидуальной защитой.

Произведем выбор высоковольтных конденсаторных батарей. Необходимая мощность для I секции конденсаторной батареи должна быть не меньше Qрас. = 481,57 квар, для II секции мощность конденсаторной батареи должна быть не меньше Qрас. = 528,54 квар. Для I и II секций выбираем высоковольтную конденсаторную установку марки АКУ 6,3-600-75 УХЛ3 фирмы Epcos (бывшее подразделение Siemens). Каждая конденсаторная ступень снабжена индивидуальной защитой. Таким образом, стоимость конденсаторной установкой вместе с ячейкой КРУ составит 455 тыс.руб. для одной секции. Для регулирования мощности высоковольтных компенсаторов реактивной мощности могут быть использованы статистические методы регулирования или контрольные карты [2, 4].

Рассмотрим мероприятия, направленные на снижения потерь мощности электроэнергии на примере распределительно-трансформаторной подстанции завода. В таблице 3 представлены данные потребления активной и реактивной энергий за расчетный период, равный 12 месяцам.

Таблица 3

Потребление активной и реактивной мощностей за 2011 год

Таблица 4 содержит данные по кабельным линиям вводов.

Таблица 4

Данные по кабельным линиям вводов

Согласно приказу МинПромЭнерго РФ №49 от 22.02.2007 г. «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии регламентирует коэффициент мощности (tg φ), который для напряжения 6 кВ должен быть равен 0,4, это соответствует cos φ = 0,928). Подсчитаем, насколько можно снизить потери активной электроэнергии, произведя мероприятия по компенсации реактивной мощности. При tg φ = 0,96 (cos φ = 0,72) потери активной энергии в активном сопротивлении линии при передаче реактивной мощности по I секции составляют 40443,558 кВтчас. Тогда при tg φ = 0,4 (cos φ = 0,928) они будут равны 16851,48 кВтчас. Таким образом, применяя мероприятия по КРМ можно уменьшить потери на 23592,08 кВтчас. При tg φ = 0,88 потери активной энергии в активном сопротивлении линии при передаче реактивной мощности по II секции составляют 24808,62 кВтчас. Тогда при tg φ = 0,4 они будут равны 11276,64 кВтчас. Таким образом, применяя мероприятия по КРМ можно уменьшить потери на 13531,97 кВтчас. В таблице 5 приведены итоги расчетов.

Таблица 5

Результаты вычислений потерь

Выводы

Применяя мероприятия по компенсации реактивной мощности, путем установки конденсаторных батарей получили:

• увеличение пропускной способности сетей, в результате уменьшения тока, протекающего через сеть;
• разгруженное электрооборудование подстанций;
• уменьшение потерь активной мощности;
• рациональное использование электрической энергии;
• моделирование было полезно для оценки эффективности того или иного способа компенсации.

Рецензенты:

Баширов М.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ЭАПП филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ, г. Салават;

Жирнов Б.С., д.х.н., профессор, заведующий кафедрой ХТП филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ, г. Салават.

Библиографическая ссылка