Компенсация реактивной мощности в системе тягового электроснабжения
4.Компенсация реактивной мощности в системе тягового электроснабжения.
1. Введение
Снижение реактивной мощности в сети называется компенсацией реактивной мощности.
Существуют два пути снижения реактивного тока в сети и генераторах:
· установка специальных компенсирующих устройств;
· снижение реактивной мощности самими приёмниками ЭЭ.
Проблема КРМ включает ряд технико-экономических задач:
· Разработка мероприятий снижения РМ;
· Выбор вида и типа компенсирующих устройств;
Рекомендуемые материалы
· Размещение компенсирующих устройств в сети;
· Оптимизация режимов работы КУ;
· Разработка КУ с улучшенными техническими и экономическими показателями.
4.1.Параллельная компенсация реактивной мощности
Для компенсации РМ в СТЭ переменного тока применяют установки параллельной компенсации (поперечной) емкостной компенсации( КУ). Особенностью КУ ЭЖД переменного тока является их однофазное или двухфазное исполнение, наличие защитного реактора для ограничения резонансных явлений.
Установки параллельной компенсации РМ являются многофункциональными: компенсируют реактивную индуктивную мощность тяговой нагрузки, повышают напряжение в точке включения, симметрируют токи и напряжения в тяговом трансформаторе питающей сети, ослабляют уровень высших гармоник в СТЭ.
КУ могут располагаться на тяговых подстанциях в отстающей фазе, в тяговой сети на посту секционирования, на ЭПС. Мощность КУ на ЭПС используется не эффективно и поэтому в настоящее время не используется.
4.2. Схема замещения и векторная диаграмма тока и напряжения тяговой сети с КУ. 27,5 кВ
Ì = Ìн + Ìк Хс Rс U2
Iн,
Iку
U1 КУ ЭПС
Рис. Схема замещения
где Хс, Rс – индуктивное и активное сопротивление до КУ, Iн – ток ЭПС, Iку – ток установки компенсации, U1 – напряжение у источника, U2 - напряжение на шинах ТП в месте включения КУ.
4.3.Векторные диаграммы. 4.1 Первый вариант векторной диаграммы
Uтп
Ia
Iэ2 Iэ1
φ2
Iре φ1 Iри2 Iри1
Рис. Векторная диаграмма тока и напряжения на шинах тяговой подстанции при наличии КУ: Uтп - напряжение на шинах подстанции, Iа – активный ток, Iри1 и Iри2 – реактивный индуктивный ток до и после включения КУ, Iрэ – емкостной ток КУ, φ1 и φ2 – угловые сдвиги между током и напряжением до и после включения КУ.
Второй вариант векторной диаграммы.
IК ∆U1
IIH U2
IIIH1
IIIН
Рис. Векторная диаграмма тока и напряжения на шинах тяговой подстанции и потерь напряжения при наличии КУ: IH , IН1 - полный ток без КУ и с КУ; IIH - активная составляющая тока; IIIН и IIIH1 – реактивная составляющая тока без КУ и с КУ; IК – ток КУ; U2 – напряжение на шинах подстанции; IIн R∑ , IIIн Х∑ - активные и реактивные составляющие потери напряжения от тока нагрузки;
IКХС - реактивная составляющая потери от емкостного тока КУ; ∆U и ∆U1 – потери напряжения без КУ и с КУ.
4.3 Третий вариант векторной диаграммы.
Iк U1Ф
U11ф
Ix
Iа I1R I1х
Iр1 I1 IR
∆U1
Iр I
∆U
Рис. Векторная диаграмма тока и напряжения на шинах тяговой подстанции и потерь напряжения при наличии КУ: Iк – емкостной ток компенсации, Iр, Iр1 – реактивный ток ЭПС до и после включения КУ, Iа – активный ток ЭПС ; Iх, I1х – реактивная составляющая потери напряжения до и после включения КУ; IR, I1R - активная составляющая потери напряжения до и после включения КУ; ∆U, ∆U1 – до и после включения КУ.
4.4. Эффективность КРМ
1Снижение активных потерь ЭЭ в сети:
При передачи РМ активные потери в сети, без КУ
DР1 = I2R = S2R/U2 = (P2 + Q2)* R/ U2;
при наличии КУ
DР2 = P2 + (Q - Qку) 2 * R / U2;
Уменьшение потери мощности при наличии КУ
DDР2 = DР1 - DР2 =[ ( 2Q - Qкб)*Qкб ] * R / U2.
Пример: КУ снизила реактивную нагрузку на 50% при j = 36,87гр. эл; cosj = 0,8; tgj =0,75
DР2 = [P2 +(0,5Q)2* R/ U2;
Относительное снижение потерь мощности при этом
dР =[ DР1 - DР2 ] / DР1 = 1 - [ DР2/DР1 ] = 1 - [ P2 + 0,25Q2 ] / [P2 + Q2 ] =
= 1- [ 1 + 0,25 tg2j ] / [1 + tg2j] = 1 - [ 1,14 / 1, 56 ] = 0,27,
то есть на 27% снизилась генераторная мощность для покрытия потерь энергии а также уменьшение расхода топлива для покрытия этих потерь.
При КРМ электрооборудование разгружается от реактивных токов и работает в более экономичном режиме, появляется возможность дополнительной загрузки активной мощности. Эффект в первом случае - снижение активных потерь, во втором случае - отказ от установки дополнительного оборудования.
Пример: Трансформатор , S = 1600 кВА, b = 1 (нагрузка 100%), P1 = 1000 кВт,
Q1 = 1250 кВАр, tgj = Q1 /P1 = 1250/1000 = 1,25, j = 51,34, cosj = 0,625.
Выполнены мероприятия по КРМ: Q2 = 500 кВАр, S2 = Ö10002 + 5002 =
1118 кВА, то есть b2 = 1118 / 1600 = 0,7 (70%).
При такой же реактивной нагрузке трансформатор может дополнительно нагружен на Рд = Ö16002 - 5002 - 1000 = 1676 - 1000 = 676 кВт. Если бы не было мероприятий по КРМ, то понадобился бы дополнительный трансформатор S = 630 кВА.
Трансформатор с такой нагрузкой работает в более экономичном режиме (активные и реактивные потери меньше).
Вместе с этой лекцией читают "21 Муфты для соединения валов".
4.5.Параллельная компенсация реактивной мощности в системе тягового электроснабжения переменного тока.
1. Установка параллельной компенсации и места их включения
Для компенсации РМ в СТЭ переменного тока применяют установки параллельной компенсации (поперечной) емкостной компенсации( КУ). Особенностью КУ ЭЖД переменного тока является их однофазное или двухфазное исполнение, наличие защитного реактора для ограничения резонансных явлений.
Установки параллельной компенсации РМ являются многофункциональными: компенсируют реактивную индуктивную мощность тяговой нагрузки, повышают напряжение в точке включения, симметрируют токи и напряжения в тяговом трансформаторе питающей сети, ослабляют уровень высших гармоник в СТЭ.
КУ могут располагаться на тяговых подстанциях в отстающей фазе, в тяговой сети на посту секционирования, на ЭПС. Мощность КУ на ЭПС используется не эффективно и поэтому в настоящее время не используется.
Рис. Схемы включения КУ в СТЭ.