Вы здесь: ГлавнаяУправление электрохозяйствомУстойчивость работы электроприемников при компенсации реактивной мощности

Устойчивость работы электроприемников при компенсации реактивной мощности

Устойчивость работы электроприемников при компенсации реактивной мощности

Вопросы устойчивости работы электроприемников тесно связаны с их эксплуатационной надежностью и во многом зависят от показателей качества электроэнергии (ГОСТ 13109-97).

На снижение устойчивости работы электроприемников могут повлиять: несинхронные включения в энергосистемах, различные аварийные ситуации (КЗ затяжного характера, выпадение одной из фаз питающей сети и др.), режимы работы и мощности КУ, взаимное влияние режимов работы самих электроприемников (в частности, АД) и т. д.

Оценим условия устойчивости работы наиболее массового вида электроприемников на предприятиях – приводных АД при наличии компенсации реактивной мощности с помощью КУ.

Устойчивость работы АД может нарушиться как в установившемся, так и в динамическом режимах его работы. Динамическая устойчивость АД характеризуется его способностью к восстановлению нормальной частоты вращения после соответствующих аварийных ситуаций в электроустановках.

Проверка устойчивости работы электроприемников, в частности, АД, при наличии КУ заключается в соблюдении следующего неравенства:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

где Q – реактивная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, квар.

Выполнение данного требования заключается в том, что любое случайное снижение напряжения вызывает избыток реактивной мощности, приводящий к возрастанию напряжения, пока его значение не установится.

Реактивная мощность, потребляемая АД, состоит из:

реактивной мощности намагничивания не зависящей от нагрузки, квар:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

где Xμ – индуктивное сопротивление ветви намагничивания АД, Ом;

реактивной мощности рассеяния Qrзависящей от нагрузки, квар:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

где X – реактивное сопротивление АД, Ом; s – скольжение АД; sKp – критическое скольжение АД.

Электромагнитный момент вращения АД М при изменении напряжения определяется по известной упрощенной формуле Клосса:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

где MKp – максимальный (критический) вращающийся момент АД при номинальном напряжении Uном.

Из формулы (37) видно, что реактивная мощность прямо пропорциональна квадрату напряжения:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Если в формулу (38) подставить значения Sкр/S из формулы (39), то после несложных преобразований получим:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Из формулы (41) видно, что мощность рассеяния АД обратно пропорциональна квадрату напряжения:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Установившийся режим работы АД определяется условием равенства вращающего момента и момента сопротивления приводимого механизма, т. е. точкой пересечения двух моментных характеристик.

Таким образом, при данном моменте сопротивления у любого АД имеет место какой-то критический режим, характеризующийся тем, что при дальнейшем снижении напряжения работа АД становится неустойчивой.

Исходя из этого, критический режим АД можно выразить двумя следующими условиями:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Из формулы (40) следует, что нарушение устойчивости АД может иметь место еще раньше, при каком-то напряжении в точке, когда

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

В этом случае очевидно, что анализ устойчивости целесообразно проводить по формуле (36).

Сравним статические характеристики источников и приемников электроэнергии до и после компенсации реактивной мощности.

Статические характеристики источников электроэнергии (например, генераторов) определяются из баланса напряжений в начале U1 и конце U2 линии с учетом потерь напряжения AU, а именно:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Возводя обе части уравнения в квадрат, имеем:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

После алгебраических преобразований относительно Q получаем уравнение вида

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Подставив эти значения в формулу (46), окончательно получим:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Знак «плюс», полученный в результате извлечения корня, относится к нестабильной части статической характеристики.

Статические характеристики нагрузки можно также выразить уравнением вида (46). Они характеризуются двумя величинами: коэффициентом наклона характеристики и значением напряжения Umin, при котором статическая характеристика достигает минимума.

Затем характеристики источников и приемников можно сложить, в результате получается обобщенная характеристика источников и приемников электроэнергии до компенсации реактивной мощности.

После установки КУ для компенсации реактивной мощности выражение (44) (при условии сохранения напряжения в конце линии на том же уровне U2, что достигается в том случае, если после включения КУ напряжение U2 восстанавливается, например, изменением коэффициентов трансформации силовых трансформаторов) примет следующий вид:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Возводя обе части уравнения (49) в квадрат, получаем:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Преобразовывая уравнение (50) относительно Q, получаем уравнение вида (46), но со скорректированными коэффициентами, а именно:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Подставив значения этих коэффициентов в уравнение (51), получим:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

где мощность КУ определяется по известной формуле:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Поскольку Qку = U2, а промышленная частота f = 50 Гц, то окончательно получим уравнение статической характеристики после компенсации реактивной мощности при помощи КУ:

ГЛАВА 13 УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Зная значения коэффициентов a, a', b, b', c, c', можно по уравнениям (46), (51) и (54) вычислить для различных значений наложения U2 статические характеристики до и после компенсации реактивной мощности.

Анализ формул статических характеристик электроприемников до и после компенсации реактивной мощности показывает, что компенсация у промышленных электроприемников при помощи КУ приводит к изменению статических характеристик системы и нагрузки. При компенсации реактивной мощности критическое напряжение Umin приближается к номинальному значению и угол наклона статической характеристики возрастает, причем с повышением степени компенсации, а также с увеличением эквивалентного сопротивления сети эффект возрастает.

Таким образом, компенсация реактивной мощности при помощи КУ приводит к снижению запаса устойчивости электрической системы.

Специалистами в этой области было выявлено, что увеличение мощности КУ в целях компенсации реактивной мощности при поддержании постоянным уровня напряжения отрицательно отражается на устойчивости нагрузки в том случае, если общее индуктивное сопротивление ΣX1  (в основном сопротивление понижающих трансформаторов и линий) превышает внешнее эквивалентное индуктивное сопротивление нагрузки X2, т. е.

ΣX1 > X 2 . (55)

Из этого неравенства видно, что с увеличением ΣX1(а это может иметь место при подключении КУ для компенсации реактивной мощности или при снижении X2, что может иметь место при увеличении коэффициента трансформации трансформаторов) устойчивость нагрузки уменьшается.

Отсюда следует, что применение конденсаторов может оказаться недопустимым из-за пониженных запасов устойчивости (особенно у АД, у которых в процессе работы при такой ситуации могут возникнуть явления самоотключения, «опрокидывания», торможения и т. п.).

Такие явления следует учитывать руководителям и специалистам энергослужб предприятий (организаций) при эксплуатации электроустановок, особое внимание обращая на данное обстоятельство при заключении договоров энергоснабжения при фиксировании условий генерации и потребления реактивной мощности.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Соцопрос

Вам нравится дизайн нашего сайта?

Превосходный - 100%
Да - 0%
Раньше было лучше - 0%
Нет - 0%
Отвратительный - 0%

Голосов: 1
Голосование окончено вкл.: 15 Дек 2012 - 07:02
Яндекс.Метрика