БИБЛИОТЕКА

ПРОЕКТ РЕКОМЕНДАЦИЙ

ПО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СИСТЕМАХ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

  

              1. ТЕРМИНОЛОГИЯ

 

              Компенсация – включение источников емкостной реактивной мощности в определенном узле электрической сети для обмена реактивной энергией между этим источником и индуктивным потребителем с целью разгрузки сети от реактивной энергии.

 

              Конденсатор – устройство, состоящее из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, способное накапливать электроэнергию.

 

              Батарея конденсаторов – группа последовательно и параллельно включенных конденсаторов.

 

              Реактор – катушка индуктивности.

 

              Регулируемое устройство компенсации – источник реактивной энергии, мощность которого можно изменять.

 

              Компенсирующая установка (КУ) – установка, включающая в себя батарею конденсаторов, реактор, устройства управления и защиты.

              

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

              2.1. Рекомендации распространяются на устройства компенсации  реактивной мощности в системе электроснабжения тяги поездов на участках железных дорог, электрифицированных на постоянном токe 3 кВ и переменном токе 25 кВ частотой 50 Гц.

              Основное назначение установки КУ – компенсация реактивной мощности тяговой нагрузки.

             

              2.2. Целью рекомендаций является определение основных положений по выбору схемы,  размещения КУ и  их параметров для решения следующих задач:

- снижения потерь электрической энергии и падений напряжения;

- фильтрация токовых гармоник;

- разгрузки генераторов энергосистемы.

             

2.3. Рекомендации предполагают применение в качестве источника реактивной мощности конденсаторов, имеющих сравнительно низкие удельные стоимости,  малые потери в сравнении с синхронными компенсаторами, возможность установки их в различных точках системы электроснабжения, в том числе на электротяговом подвижном составе.

             

2.4. Необходимость установки, количество и мощность КУ определяется проектными организациями по согласованию с энергосистемой, исходяиз минимума приведенных затрат и требований национальных стандартов.

             

2.5. Технико-экономическое обоснования применения КУ должно учитывать взаимоотношения с национальными электроснабжающими организациями (в зависимости от методов расчета за потребленную реактивную электроэнергию).

             

2.6. С учетом     уменьшения   (спада)   перевозок,     уменьшению   и неравномерности тяговых нагрузок необходим перерасчет мощности КУ и ее регулирование.

 

 3. ВЫБОР МЕСТА ВКЛЮЧЕНИЯ И СХЕМЫ КУ.

 

              3.1. Компенсировать реактивную мощность экономически выгодно на том напряжении, на котором она потребляется.

             3.2. Места установки и режимы работы КУ следует выбирать такими, чтобы обеспечивались наилучшие технико-экономические  показатели.

              3.3. На тяговых  подстанциях постоянного тока КУ рекомендуется подключать к шинам, от которых питаются тяговые трансформаторы.

              3.4. На участках, электрифицированных на переменном токе,  КУ рекомендуется подключать к шинам  27,5 кВ тяговых подстанций или постов секционирования.

              3.5. КУ тяговых подстанций постоянного тока выполняются трехфазными. При этом группы конденсаторов соединяются в звезду или треугольник с  предохранителями (рис.1),  с трансформаторами тока     (рис. 2) или согласно рис.3.

              3.6. КУ на участках переменнoro тока 25 кВ выполняются однофазными (рис.4).

              3.7. В связи со  значительными колебаниями тяговой нагрузки, а следовательно изменением величины потребления реактивной      мощности по техническим соображениям целесообразно               применять регулируемые КУ (рис. 5). Необходимость применения регулируемого КУ     определяется   в   зависимости   от местных энергетических условий      и    на основании экономических расчетов. 

 

              4. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КУ

 

              4.1. Определение мощности КУ рекомендуется проводить в следующей последовательности:  намечаются места размещения КУ, производится расчет мощности по приведенным расходам из условия уменьшения потерь активной мощности в тяговой сети,  трансформаторах,  питающих линиях до подстанции энергосистемы и в КУ. Если полученная по расчету мощность КУ меньше заданной энергосистемой по условию баланса реактивной мощности, то расчет следует повторить. Места установки КУ при этом должны быть определены по согласованию с энергосистемой.

 

              4.2. Максимальный      ток     компенсирующей      установки      Iкуmax  определяется, исходя из броска напряжения при включении КУ:

                           Uку              -  U

Iкуmax   ? ------------------------------ ,

                                  2/3 Xп

где:

Uку                 -  напряжение при включенном КУ;

U               -  напряжение до включения КУ;

Хп               - сопротивление питающей системы (от шин подстанции  энергосистемы до     места подключения КУ).

              4.3. Напряжение на батарее конденсаторов КУ ( Uc ) выше напряжения шин (Uш) на величину, определяемую соотношением сопротивлений реактора и конденсатора:

 

                                    Uш x   Xc

Uc = Iky x Xc = -------------------------- ,

                                      Xc – Xр

 

где:

Хс               - сопротивление  конденсаторов; 

Хр              - сопротивление  реактора.

 

              С учетом этого, а также ряда других факторов, количество последовательно включенных конденсаторов определяется из выражения:

 

       1,03  х Uш х a  x b

М = -------------------------,

                    Uн

где:

1,03              - коэффициент, учитывающий разброс емкости рядов конденсаторов;

U с               - напряжение на шинах, к которым подключена КУ;

а              - коэффициент   увеличения   напряжения   на    конденсаторах,                вызванного  наличием реактора;

b    - коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев от высших
              гармоник и солнечной радиации;

Uн       -   номинальное напряжение одного конденсатора.

              Количество параллельных рядов конденсаторов выбирают, исходя  из  выбранной мощности КУ.

              4.4. Для обеспечения заданного энергосистемой коэффициента  мощности cos ? энергия КУ должна быть определена из  выражения:

 

Wc = Wg – W  x tg ?o ,

где:

Wg – W              - фактически потребляемые активная и реактивная энергии. 

Реактивная мощность трансформатора, подлежащая компенсации:

 Q = ?3  x U x I0 x sin ?o ,

где:

U               - напряжение сети;

I 0              - ток трансформатора в режиме холостого хода.

  

Общая емкость конденсатора:

                  Q

C = -----------------,

         2 Пf U2c

 

где:

Q               - мощность конденсаторов.

              4.5. Последовательная резонансная цепь имеет для основной гармонической емкостной характер и для высших гармонических индуктивный характер.

              Напряжение Uc вследствие индуктивности реактора:

Uc = a  x U

              Напряжение на реакторе: Uр = (а – 1)  х U ,

 

 где:

                n2                                                                                         f0

a  = -------------                                           для отношения    n = ------,

              n2 - 1                                                                                     f1

 

где:

f0              - частота, на которую настроена резонансная цепь;

f1              -  частота основной гармонической.

 

Индуктивность реактора:

               1              a – 1                1

L p = ---------- = ------------ x --------------

       W20  x  C           a          W21  x  C

где :

W1 = 2 Пf 1

W = 2 Пf 0

Частота, на которую должна быть настроена резонансная цепь, должна быть определена расчетом и экспериментальными измерениями.

             4.6. Для КУ с регулируемой компенсационной мощностью Q c   в случае применения регулировочной параллельной дроссельной катушки обычно исходят из максимальной реактивной мощности Qmax, уменьшенной на значение регулируемой мощности  Qpp

 Qc = Qmax  - Qpp K

 причем, коэффициент регулирования К меняется от 1 до 0.

К = 1 для минимальной реактивной мощности установки, при которой 

                     исключена опасность перекомпенсации.

К = 0 при максимальной реактивной мощности установки.

   

5. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО КУ.

 

               5.1. В КУ электрифицированных участков, как правило, применяются высоковольтные конденсаторы наружной установки. Они должны быть экологически безопасны, обладать высокой надежностью и долговечностью.

              Конденсаторы допускают длительную работу при повышении напряжения до 110 % и действующем значении тока до 130 % от номинального.

              Для снижения нагрева конденсаторов солнечными лучами рекомендуется устраивать над ними навес.

              В установках компенсации рекомендуется выполнять параллельное соединение конденсаторов в каждом ряду, что позволяет допустить большой разброс емкости отдельных конденсаторов.

              Подбирать конденсаторы в каждом ряду следует так, чтобы сопротивления рядов не отличались друг от друга более чем на 2 - 3 %.

              5.2. Для предотвращения резонансных явлений последовательно с батареей конденсаторов включается реактор.  Реакторы должны быть выполнены с ответвлением обмотки для изменения величины индуктивности  и возможности применения в КУ различной мощности, предпочтительно сухие, экологически безопасные.

              5.3. В качестве коммутирующих аппаратов целесообразно применять вакуумные или элегазовые выключатели. В случае применения для этих целей масляных выключателей,  для предотвращения  повторных пробоев и значительных перенапряжений при этом, следует вводить в цепь КУ ограничивающий резистор.

             5.4. Для разряда конденсаторов после отключения  КУ параллельно им  устанавливается трансформатор напряжения, используемый также в качестве датчика для защиты КУ по напряжению.

             5.5. Все электрические соединения конденсаторов друг с другом и шинами должны исполняться гибкими проводниками.

  

              6. ЗАЩИТА КУ.

 

              6.1. КУ рекомендуется оборудовать следующими защитами, действующими на отключение:

              - от токов короткого замыкания без выдержки времени;

              - от перегрузки конденсаторов высшими гармониками с выдержкой времени;

              - от повышения напряжения на конденсаторах с выдержкой времени;

              - от витковых замыканий в сухих реакторах.

             

            6.2. Для защити от токов короткого замыкания применяется максимальная токовая защита, которая должна быть отстроена от pабочих токов,токов включения и разряда КУ в сеть.

              Максимальная токовая защита может быть дополнена продольной дифференциальной защитой для повышения чувствительности при повреждении удаленных от выключателя рядов конденсаторов,

              В качестве токовой защиты может быть применена только дифференциальная защита.

             6.3. Защита от перегрузки настраивается на отключение действующих токов, превышающих 1,3 Iн.

             6.4. Защита по максимальному напряжению должна отключать КУ при повышении напряжения выше 1,1 Uн.

              Защита по максимальному напряжению дополняется дифференциальной защитой по напряжению реагирующей на разность напряжений половин рядов конденсаторов (Рис. 6).

             6.5. Защиту от витковых замыканий необходимо применять при использовании в КУ сухих реакторов.

 

7. ЭКСПЛУАТАЦИЯ  КУ.

             

            7.1. Осмотры, ремонты и профилактические испытании оборудования и  устройств защиты проводятся в объемах и сроках, которые определяются национальными нормами.

            7.2. При осмотрах КУ без отключения рекомендуется обращать особое внимание на отсутствие вздутий конденсаторов и течи диэлектрика, а также на уровень напряжения установки и температуру окружающей среды (особенно в  жаркое время года).

            7.3. При ремонтах с отключением КУ следует мегомметром  проверить отсутствие замыканий между зажимами и корпусом конденсаторов и целость цепи разряда.

            7.4. При проведении профилактических испытаний следует проверять распределение напряжений по рядам и измерять емкость конденсаторов.

            7.5. Эксплуатация КУ запрещается:

-         при напряжении на шинах выше 1,1 Uн;

-         при температуре окружающего воздуха превышающей             наивысшую и наинисшую температуру, допустимую для             конденсаторов данного типа;

-         если имеется капельная течь жидкости из конденсаторов или 
повреждение изоляторов.