РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Приемники и преобразователи электроэнергии, имеющие в конструкции обмотки (электродви­гатели, трансформаторы и др.), потребляют не только активную мощность, но и реактивную. При передаче по элементам системы электроснабжения реактивной мощности (РМ), объективно необходимой для преобразования электроэнергии, в них возникают потери активной мощности, за которые расплачива­ется предприятие-потребитель. Альтернативой допол­нительной плате за электроэнергию является уста­новка в сети предприятия источников реактивной мощности (ИРМ).

Компенсация реактивной мощности в сети потребителя позволяет:

♦ снизить плату поставщику за потребленную электроэнергию;

♦ уменьшить токовые нагрузки элементов системы электроснабжения (кабельных и воздушных линий, трансформаторов), обеспечив возможность расширения производства;

♦ улучшить качество электроэнергии за счет уменьшения отклонений напряжения от номинального значения.

Синхронные электродвигатели для компенсации реактивных нагрузок

На большинстве промышленных предприятий ком­пенсация реактивных нагрузок может осуществляться за счет перевозбуждения имеющихся синхронных электродвигателей (СД) напряжением 6-10 кВ или путем размещения в сети конденсаторных установок высокого (ВКБ) и низкого (НКБ) напряжения.

Зависимость стоимости годовых потерь электро­энергии в СД З_с, вызванных генерацией ими РМ Q_c, является квадратичной функцией:

где: З1с и З2с - коэффициенты, определяемые параметрами СД и стоимостью электроэнергии.

Из (1) следует, что потери электроэнергии в СД, обусловленные генерацией ими РМ, минимальны при работе двигателей с небольшим потреблением РМ. Рост выработки РМ сопровождается резким ростом потерь электроэнергии, греющих прежде всего ротор СД. Исследования показывают, что использование низковольтных СД любой мощности, а также высоко­вольтных СД мощностью ниже 1600 кВт неэкономично.

Следует заметить, что даже при избыточной РМ мощных высоковольтных СД и генераторов собствен­ных станций, позволяющей соблюсти договорные параметры с поставщиком электроэнергии, пред­приятие не застраховано от неоправданных потерь последней. Замечание характерно для нефтехимиче­ских предприятий, обладающих протяженными сетями напряжением 6 кВ и большим числом мало­мощных понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ.

Конденсаторные установки для компенсации реактивных нагрузок

Конденсаторные установки - более распростра­ненный источник РМ. Более распространены в каче­стве ИРМ конденсаторные установки. Мощность кон­денсатора пропорциональна его емкости и квадрату напряжения, поэтому удельная стоимость ВКБ оказы­вается примерно вдвое меньшей, чем НКБ. Однако постоянная составляющая затрат для ВКБ оказыва­ется выше за счет большей стоимости подключения к сети. Это обусловливает наличие экономических интервалов применения ВКБ и НКБ (рис. 1).

Эффективность использования конденсаторных установок для компенсации

реактивной мощности Затраты на генерацию РМ Q с помощью ВКБ З_в и НКБ З_н являются линейной функцией мощности:

где: З_0В и З₀п - постоянные составляющие затрат, зависящие от стоимости подключения КБ и устройств регулирования мощности, руб./год;

З_1В и З₁п - удельные затраты на КБ, зависящие от стоимости КБ, потерь активной мощности в них и от напряжения в узле подключения, руб./кВАр-год.

Из рис. 1 сле­дует, что при необ­ходимости компен­сации РМ величи­ной до Q_Bh следует отдавать предпо­чтение НКБ, при больших значе­ниях -ВКБ. Напри­мер, для предприя­тия в Самарской области, работаю­щего в две смены и оплачивающего

электроэнергию по двухставочному тарифу (С₀ = = 3839) граничное значение Q^ = 560 кВАр.

Оно определено для следующих условий:

♦ сравнивались регулируемые НКБ типа КРМ-0,4 мощностью 150-600 кВАр и нерегулируемые ВКБ типа КРМ-10 мощностью 450-3150 кВАр;

♦ стоимость ячейки для подключения ВКБ принята равной 100 тыс. руб.;

♦ суммарный коэффициент отчислений от капи­тальных вложений - 0,2;

♦ потери активной мощности для ВКБ - 2,5 Вт/кВАр;

♦ для НКБ - 4,5 Вт/кВАр (З_0В = 29000; З_1В = 41,1; З0Н = 0; 3,н = 92,9).

Следует отметить, что значение Q^ = 560 кВАр получено без учета размещения ВКБ и НКБ в сети предприятия. Между точками их подключения, как правило, находятся понижающий трансформатор и питающая его линия (рис. 2).

Подключение конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности

В варианте с ВКБ необ­ходимо учитывать затраты, обусловленные дополнтель- ными потерями электроэ­нергии, вызванными пере­дачей РМ Q_B через тран­сформатор и линию. Фун­кция данных затрат имеет квадратичный характер и зависит от активных сопро­тивлений трансформатора и линии. Дополнительные за­траты увеличивают стои­мость варианта с ВКБ (пунк­тир на рис. 1) и, соответ­ственно, значение Q^.

Если для условий предыдущего примера принять мощность трансформатора 1000 кВ-А, то дополни­тельные удельные затраты на передачу РМ составят 0,0422 руб./кВАр-год, что делает предпочтительным вариант установки НКБ при любой ее мощности, неза­висимо от параметров линии. В целом задача выбора оптимального варианта размещения ИРМ в сети про­мышленного предприятия достаточно сложна, и результат ее решения определяется конкретным набором технико-экономических параметров сети и ИРМ, а также стоимостью электроэнергии.

Экономию электроэнергии и срок окупаемости при применении конденсаторных установок для компен­сации реактивной мощности можно рассчитать.

Приближенную оценку значений годовой экономии электроэнергии ДЭ от установки ИРМ мощностью Qky и срока его окупаемости Т₀к можно получить, исполь­зуя так называемый экономический эквивалент РМ К, который ориентировочно равен 0,02 при питании гене­раторным напряжением, а также 0,05, 0,08 или 0,12 при питании через 1, 2 или 3 ступени трансформации соответственно:

Сср - из таблицы (для одноставочного тарифа при­нимается равным с) где: Кку- стоимость конденсаторной установки в руб.;

Например, для НКБ мощностью 400 кВАр, стоимо­стью 160 тыс. руб. для предприятия с одной ступенью трансформации годовая экономия энергии и срок оку­паемости составят:

Для того же предприятия, работающего в 3 смены, срок окупаемости составит 1,2 года.

Более точные значения ДЭ и Т_ок можно получить при наличии параметров сети выше точки подключе­ния ИРМ и суточных графиков реактивных нагрузок.

Для нашего примера (рис. 2) определим дополни­тельные потери активной мощности ДР в трансфор­маторе и кабельной линии длиной 400 м, сечением 50 мм².

Допустим, до установки НКБ трансформатор имел нагрузки:

коэффициент загрузки Кз-| = 0,86.

После установкиНКБ:

Ток трансформатора и линии:

Дополнительные потери мощности в кабеле:

Дополнительные потери мощности в трансфор­маторе ДР_Т зависят от его нагрузочных (ДР_КЗ) потерь:

Суммарные потери мощности

Экономия электроэнергии за год составит:

Увеличение пропускной способности трансформа­тора и кабеля можно учесть соответствующими долями их стоимости.

Дпя трансформатора ТСЗ_:

Для кабеля с длительно допустимым током In = 130

Срок окупаемости НКБ:

Данная оценка дает пессимистичный срок окупае­мости, который реально оказывается меньшим за счет:

♦ уменьшения потерь электроэнергии в неучтен­ных элементах сети, например в трансформаторе ГПП;

♦ устранения возможных надбавок к тарифу на электроэнергию за потребление РМ, превышающее договорные значения;

♦ улучшения качества электроэнергии (увеличе­ние срока службы ламп, сокращение потерь мощно­сти в асинхронных двигателях и др.);

♦ повышения за время окупаемости тарифа на электроэнергию.

Стоимость электроэнергии без конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности

Срок окупаемости, полученный по выражениям (2) и (3), можно считать оптимистичным. Применение регулируемых ИРМ не только снижает неоправданные потери электроэнергии за счет устранения переком­пенсации реактивных нагрузок в сети, но и способ­ствует экономичному режиму работы электроприем­ников.

Местное регулирование напряжения с помощью ИРМ оказывается эффективным только для НКБ, включаемых за большим индуктивным сопротивле­нием понижающих трансформаторов. Так, для изме­нения напряжения на 1% от номинального значения необходимо за трансформатором 1000 кВА изменить РМ на 180 кВАр, за трансформатором 1600 кВА - 240 кВАр, за кабельной линией 0,38 кВ длиной 100 м - 240 кВАр, за кабельной линией 10 кВ длиной 1000 м - 12 500 кВАр.

Параметры регулируемой НКБ - количество и мощность ступеней регулирования, мощность нере­гулируемой части - определяются суточным графи­ком потребления РМ.

Таким образом, приведенные инженерные мето­дики помогут энергетикам предприятий оценить в первом приближении эффективность одного из самых распространенных энергосберегающих меро­приятий - компенсации реактивной мощности.

По материалам компании «Матик-Электро»

</ span>