Компенсация реактивной мощности

Общие сведения

Активную мощность электрической сети получают от генераторов электрических станций, которые являются единственным источником активной мощности. В отличие от активной мощности реактивная мощность может генерироваться не только генераторами, но и компенсирующими устройствами – конденсаторами, синхронными компенсаторами или статическими источниками реактивной мощности (ИРМ), которые можно установить на подстанциях электрической сети. При номинальной нагрузке генераторы вырабатывают лишь около 60% требуемой реактивной мощности, 20% генерируются в ЛЭП с напряжением выше 110 кВ, 20% вырабатывают компенсирующие устройства, расположенные на подстанциях или непосредственно у потребителя.

Компенсацией реактивной мощности будем называть её выработку или потребление с помощью компенсирующих устройств. Проблема компенсации реактивной мощности в электрических сетях имеет большое значение по следующим причинам:

1)в промышленном производстве наблюдается опережающий рост потребления реактивной мощности по сравнению с активной;

2)в городских электрических сетях возрастает потребление реактивной мощности, обусловленное ростом бытовых нагрузок;

3)увеличивается потребление реактивной мощности в сельских электрических сетях.

Компенсация реактивной мощности, как всякое важное техническое мероприятие, может применяться для нескольких различных целей. Во-первых, компенсация реактивной мощности необходима по условию баланса реактивной мощности. Во-вторых, установка компенсирующих устройств применяется для снижения потерь электрической энергии в сети. И, наконец, в-третьих, компенсирующие устройства применяются для регулирования напряжения.

Во всех случаях при применении компенсирующих устройств необходимо учитывать ограничения по следующим техническим и режимным требованиям: 1)необходимому резерву мощности в узлах нагрузки; 2)располагаемой реактивной мощности на шинах её источника; 3)отклонениям напряжения; 4)пропускной способности электрических сетей.

Для уменьшения перетоков реактивной мощности по линиям и трансформаторам источники реактивной мощности должны размещаться вблизи мест её потребления. При этом передающие элементы сети разгружаются по реактивной мощности, чем достигается снижение потерь активной мощности и напряжения. Эффект установки компенсирующих устройств в конце линии иллюстрируется рис.6.1, где приведены схемы замещения и векторные диаграммы токов и мощностей.

Без применения компенсирующих устройств в линии протекают ток и мощность нагрузки (рис.6.1,а):

.

При установке компенсирующих устройств реактивный ток и реактивная мощность в линии уменьшаются на величину реактивного тока и реактивной мощности, генерируемых в компенсирующем устройстве ( и ). В линии будут протекать меньшие по модулю ток и мощность, соответственно равные (рис.6.1,б)

.

Таким образом, вследствие применения компенсирующих устройств на подстанции при неизменной мощности нагрузки реактивные мощность и ток в линии уменьшаются – линия разгружается по реактивной мощности. При этом, как отмечалось выше, в линии уменьшаются потери мощности и потери напряжения, так как

.

В качестве компенсирующих устройств, как отмечалось выше, используются синхронные компенсаторы (СК), батареи конденсаторов (БК), реакторы и статические источники реактивной мощности (ИРМ).

а) б)

в) г)

Рис.6.1 К пояснению эффекта от применения компенсирующих

устройств: а, б – токи и потоки мощности до и после компенсации; в – векторная диаграмма токов; г – треугольник мощностей.