Баланс реактивной мощности

Как отмечалось выше, характерной особенностью установившегося режима работы ЭЭС является одновременность процессов генерирования и потребления одного и того же количества мощности. Следовательно, в установившемся режиме работы ЭЭС в каждый момент времени соблюдается баланс как активной, так и реактивной мощностей.

По аналогии с (2.1) уравнение баланса реактивной мощности имеет вид

SQ_г=SQ_н+ SQ_сн+DQ_S, (3.1)

где SQ_г – суммарная реактивная мощность, генерируемая в ЭЭС;

SQ_н – суммарная реактивная мощность потребителей ЭЭС;

SQ_сн – суммарная реактивная мощность собственных нужд электростанций;

DQ_S – суммарные потери реактивной мощности.

Генерация реактивной мощности SQ_г в ЭЭС осуществляется не только генераторами электростанций, но и высоковольтными воздушными и кабельными линиями электропередачи (за счет их емкостной проводимости), а также специально устанавливаемыми в ЭЭС источниками реактивной мощности, называемыми компенсирующими устройствами (КУ).

Таким образом, уравнение баланса реактивной мощности можно записать более подробно:

SQ_эс+SQ_c+SQ_к= SQ_н+SQ_сн+DQ_S , (3.2)

где SQ_эс – суммарная реактивная мощность, вырабатываемая генераторами электростанций;

SQ_с – суммарное генерирование реактивной мощности линиями электропередачи;

SQ_к – суммарная мощность КУ.

Баланс реактивной мощности рассчитывается, как правило, для режима наибольшей нагрузки. Реактивная мощность, вырабатываемая генераторами электростанций SQ_эс, определяется их загрузкой активной мощностью и коэффициентом мощности cosj, номинальное значение которого составляет 0,8...0,9. Генераторы являются основными источниками реактивной мощности и вырабатывают около 60 % требуемой в ЭЭС реактивной мощности.

Суммарная реактивная мощность потребителей SQ_н определяется на основании данных о расчетных активных нагрузках потребителей и коэффициентах мощности этих потребителей.

Потери реактивной мощности в трансформаторах зависят от их загрузки и достигают при одной трансформации 8...10 % от полной передаваемой мощности. Потери реактивной мощности в линиях зависят от их протяженности и загрузки и могут достигать 10 % от передаваемой по линиям полной мощности. Реактивная составляющая нагрузки собственных нужд электростанций SQ_сн определяется по активной мощности собственных нужд с учетом cosj @ 0,7.

Высоковольтные линии электропередачи за счет своей емкостной проводимости генерируют реактивную (зарядную) мощность в сеть. Для одного класса номинального напряжения U_ном величина зарядной мощности и может быть рассчитана по известной формуле

Q_c=U_ном²b₀ L_å,

где b₀ –удельная емкостная проводимость линии; b₀=2,6-2,8 Сим/км для ВЛ напряжением до 220 кВ; b₀=3,5-3,9 Сим/км для ВЛ 330 кВ и выше;

L_å – суммарная длина линий в одноцепном исполнении.

После оценки значений всех составляющих баланса реактивной мощности (3.2) рассчитывается требуемая мощность компенсирующих устройств Q_к, которую необходимо разместить в ЭЭС.

Для понимания процессов в ЭЭС, возникающих при нарушении баланса реактивной мощности, рассмотрим статическую характеристику комплексной реактивной нагрузки по напряжению (рис. 3.1).

Из рис. 3.1 видно, что при изменении напряжения в узле меняется реактивная мощность, потребляемая в этом узле. При уменьшении напряжения приблизительно до 0,85U_ном реактивная мощность уменьшается вследствие уменьшения намагничивающей мощности асинхронных двигателей и трансформаторов. При дальнейшем снижении напряжения асинхронные двигатели, составляющие 60…70 % комплексной нагрузки, начнут затормаживаться вследствие уменьшения их вращающегося момента. Потребление реактивной мощности этими двигателями увеличивается. В результате увеличения потребления реактивной мощности увеличиваются потери напряжения в сети, что приводит к дальнейшему уменьшению напряжения на нагрузке. Процесс уменьшения напряжения приобретает лавинообразный характер и носит название лавины напряжения. При такой ситуации асинхронные двигатели останавливаются (опрокидываются).

Для предотвращения лавины напряжения применяется форсировка возбуждения синхронных генераторов, синхронных компенсаторов и синхронных двигателей, а также отключение части нагрузки.

Рис. 3.1. Обобщеннаястатическаяхарактеристика реактивной мощности

комплексной нагрузки по напряжению

Поскольку существует зависимость потребляемой реактивной мощности от напряжения, очевидно, что существует и обратная зависимость между этими величинами. Изменение поступающей в узел нагрузки реактивной мощности вызовет изменение напряжения в этом узле. Следовательно, требуемый уровень напряжения в отдельных узлах электрической сети может быть обеспечен лишь при определенном распределении реактивных мощностей. Всякое отклонение от этого распределения реактивных мощностей вызовет отклонения напряжения в узлах сети от требуемого уровня.

При дефиците реактивной мощности в каком-то узле напряжение в этом узле уменьшается, а при избытке реактивной мощности – увеличивается.