1.3.3 Баланс реактивной мощности в проектируемой сети

Основным, но не единственным источником реактивной мощности в системе являются генераторы электростанций. Располагаемая реактивная мощность электростанций определяется согласно номинальному коэффициенту мощности установленных на станциях генераторов. Кроме этого, в электрических сетях широко используются дополнительные источники реактивной мощности – компенсирующие устройства (КУ). Основным типом КУ, устанавливаемых на подстанциях потребителей, являются конденсаторные батареи.

На основе специальных расчетов распределения реактивной мощности в электроэнергетической системе, для каждого узла системы определяется реактивная мощность, которую целесообразно передавать из системы в распределительные сети, питающиеся от того или иного узла.

Поэтому при проектировании электрической сети, получающей питание от системы, задается реактивная мощность Q_c, которую целесообразно потреблять из системы (в заданном узле присоединения) в режиме наибольших нагрузок. Потребление большей мощности приведет к дополнительной загрузке системных источников реактивной мощности, к дополнительным затратам на генерацию и передачу этой мощности и, следовательно, к отступлению от оптимального режима питающей системы. В связи с этим в проекте следует предусмотреть мероприятия, обеспечивающие выполнение поставленных электроэнергетической системой условий по потреблению реактивной мощности. Для этого необходим расчет баланса реактивной мощности в проектируемой сети.

Решить вопрос о необходимости установки КУ в проектируемой сети следует до выполнения расчетов возможных вариантов схемы и параметров сети, так как компенсация реактивной мощности влияет на передаваемые по линиям электропередачи и через трансформаторы мощности, на потери мощности и напряжения в элементах сети и может влиять на выбираемые номинальные мощности трансформаторов и сечения проводов линий. Таким образом, выбор мощности КУ и их размещение влияют на оценку технических и технико-экономических характеристик и показателей вариантов схемы сети и, следовательно, на принятие окончательного решения по рациональной схеме проектируемой сети района.

В окончательно выбранном варианте электрической сети после расчетов установившихся режимов мощности КУ должны быть уточнены для обеспечения выполнения баланса реактивной мощности.

При небольшом количестве пунктов потребления, рассматриваемых в данном проекте, результаты расчетов баланса реактивной мощности для разных схем сетей (при совпадающих номинальных напряжениях) отличаются незначительно. Поэтому расчет баланса реактивной мощности допустимо выполнять для одного из вариантов электрической сети. В случае необходимости этот расчет может быть уточнен после окончательного выбора схемы сети.

Суммарная наибольшая реактивная мощность, потребляемая с шин электростанций или районной подстанции, являющихся источниками питания для проектируемой сети, может быть оценена по выражению:

(1.3.4)

где k_0(Q) – коэффициент одновременности наибольших реактивных нагрузок потребителей, k_0(Q)»0,98; Q_нб,i – наибольшая реактивная нагрузка узла i; n – количество пунктов потребления электроэнергии; DQ_T,∑ – суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах; D Q_c,l – реактивная мощность генерируемая линией l; DQ_l – потери реактивной мощности в линии l; l – номера линий в рассматриваемой сети (l=1, 2,..., m).

Для оценки потерь реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах можно принять, что при каждой трансформации напряжения потери реактивной мощности составляют приблизительно 10% от передаваемой через трансформатор полной мощности

, (1.3.5)

где _{т,i – количество трансформаций напряжения от источника до потребителей в i-м пункте сети.}

Потери реактивной мощности в линии DQ_l существенно зависят от передаваемой мощности и длины линии; генерируемая линией реактивная мощность DQ_с,l пропорциональна длине линии. Обе эти величины зависят от напряжения электропередачи, причем потери мощности обратно пропорциональны, а зарядная мощность прямо пропорциональна квадрату напряжения линии электропередач. Вследствие этого соотношение DQ_l и DQ_c,l весьма различается для линий разных номинальных напряжений. Сечение проводов воздушной линии практически не оказывает влияние на величины DQ_l и DQ_c,l.

Для воздушных линий 110 кВ допускается на этой стадии расчета принимать равными величины потерь и генерации реактивной мощности. Для сетей с номинальным напряжением 220 кВ целесообразен расчет потерь реактивной мощности и зарядной мощности линий. Для оценки потерь реактивной мощности в воздушных линиях 220 кВ удельное реактивное сопротивление линии может быть принято равным 0,42 Ом/км, а удельная генерация реактивной мощности q_c=0,14 Мвар/км. При этом следует учитывать количество цепей воздушной линии.

Полученное по (1.3.4) значение суммарной потребляемой реактивной мощности Q_п,нб сравнивается с указанным в задании на проект значением реактивной мощности Q_с, которую экономически целесообразно получать из системы в проектируемую сеть. В случае Q_п,нб £ Q_с необходимость в установке КУ в узлах проектируемой сети отсутствует, так как системные источники реактивной мощности полностью покрывают всю потребность в ней.

При Q_п,нб > Q_с в проектируемой сети должны быть установлены КУ, суммарная мощность которых определяется из выражения

. (1.3.5)

Как уже отмечалось выше, основным типом КУ являются конденсаторные батареи, подключаемые в электрических сетях 10(6) кВ, питающихся от подстанций проектируемой сети. Вместе с тем, на крупных узловых подстанциях с высшим напряжением 110 – 220 кВ и более, в ряде случаев может быть оправдана установка синхронных компенсаторов или статических тиристорных компенсаторов.