Соколов С.Е., Сажин В.Н.

Алматинский институт энергетики и связи

Еще раз о компенсации реактивной мощности в городских электрических сетях

За последние несколько десятков лет проблеме компенсации реактивной мощности в городских электрических сетях было посвящено большое количество работ, в основу которых положена оптимизация режимов сложно-замкнутых сетей путем выбора мощности и мест установки нерегулируемых и регулируемых БСК по критерию минимума потерь при обеспечении допустимых отклонений напряжения у потребителей [1,2,3].

Однако задача не была доведена до практической реализации, поскольку не имела общего решения и требовала большого объема расчетов для каждого конкретного случая в зависимости от изменения нагрузок и конфигурации сети.

Однозначным решением проблемы была бы установка дополнительного конденсатора на каждом электроприемнике, потребляющем реактивную мощность. Однако эта на первый взгляд простая задача практически не реализуема, поскольку необходимо наладить производство огромного количества конденсаторов разной мощности и заставить производителей устанавливать их на всей номенклатуре изделий.

Можно было бы рассмотреть и вопрос об установке таких конденсаторов в распределительных щитках квартир, распределительных шкафах подъездов жилых домов и административных зданий. И эта задача представляет существенные трудности для РЭСов.

Однако проблема КРМ может быть в существенной степени решена путем установки нерегулируемых конденсаторных батарей в каждом ТП 6-10/0,4 кВ.

Рассмотрим радиальную кабельную линию сечением 3х35 мм² и длиной 5 км с двумя трансформаторами ТМ 400-10/04 кВ с установкой нерегулируемой БСК на стороне 0,4 кВ., с максимальной активной нагрузкой 641 кВт и реактивной -310 кВАр в соответствии с упрощенным графиком нагрузки, приведенным на рисунке 1.

Для принятых условий был произведен расчет потерь энергии с учетом потерь в трансформаторах в зависимости от степени компенсации реактивной мощности, которая варьировалась от 0 до 100% максимальной потребляемой реактивной мощности.

Рисунок 1 – График нагрузки

Потери энергии определялись по известным формулам для каждой ступени и их суммированием.

Результаты расчета приведены на рисунке 2 и в таблице 1.

2.

Рисунок 2– Зависимость суточных потерь энергии от степени компенсации

реактивной мощности:

1-потери энергии на первой ступени графика; 2 и 3 –второй и третьей ступени графика;

4- суммарные потери в линии

Таблица 1 – Годовые потери энергии

Степень компенсации, %	Потери энергии, кВт∙ч
	1,0 Рmax	0,75 Рmах	0,5 Pmax	Суммарные потери
0	125426,77	38483,045	19953,82	183863,64
10	120898,22	36661,69	18589,08	176149,13
20	116846,35	35102,78	17526,93	169476,07
30	113270,81	33802,65	16768,83	163842,29
40	110172,33	32762,76	16313,31	159248,4
50	107534,11	31982,39	16162,2	155678,7
60	105405,06	31462,27	16313,31	153180,64
70	103737,01	31202,39	16768,83	151708,23
80	102544,92	31002,49	17526,93	151274,25
90	101830,25	31462,63	18589,08	151954,97
100	101591,54	31982,39	11953,82	153527,76

Анализ данных показывает, что минимум потерь энергии имеет место при компенсации 80% реактивной мощности – 248,5 кВар. В этом случае потери энергии снижаются на 32485 кВт-ч (таблица 2) и потребуется конденсаторная установка мощностью 250 кВар.

Так как кривая 4 не имеет ярко выраженного минимума, то с экономической точки зрения целесообразно принять степень компенсации в пределах 0,5 Q_р – 155 кВар. с установкой конденсаторной батареи мощностью 150 кВАр. При этом потери энергии уменьшаются на 28105 кВт ч.

Степень компенсации,%	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Снижение потерь энергии, кВт∙ч	7805	14435	20075	24455	28105	30659	32120	32485	31755	30295
в %	3,88	7,17	9,97	12,15	14,0	15,23	15,95	16,1	15,7	15,0

Таблица 2 – Снижение потерь энергии в зависимости от степени компенсации

Если для компенсации реактивной мощности использовать две нерегулируемые конденсаторные установок низкого напряжения типа УК6 – 0,4 – 75 – УЗ суммарной мощностью 150 кВар, производства Усть-Каменогорского конденсаторного завода, стоимостью190 тыс, тенге., то эффективность внедрения определится из выражения

С_Э=ΔА*Т_Э,=28105*4,6=129,283тыс.тг. (1)

где ΔА – величина сэкономленной электроэнергии при компенсации 50% реактивной мощности, равной 28105 кВт ч;

Т_Э , - отпускной тариф на электроэнергию за кВт∙ч, по АПК ГЭРС для комунально - бытовых потребителей равен 4,6 тг/кВт ч.

Тогда срок окупаемости КУ

Т_О = , (2)

где К_ку - стоимость КУ, тыс. тг;

Р тр - расходы на транспортировку, тыс. тг;

И - издержки на эксплуатацию КУ, тыс. тг/год

При стоимости конденсаторной установки 190 тыс. тг, затрат на транспортировку в объеме 60 тыс. тг и эксплуатацию 13,3 тыс. тг/год ( 7% от стоимости КУ) срок окупаемости составит

Т_О = г.

Дальнейшие расчеты показали, что напряжение на шинах 10 кВ ТП будет 10,2 кВ., потери напряжения в трансформаторах - 0,2 кВ., а напряжение на шинах 0,4 кВ - 0,393 кВ.

Таким образом, нерегулируемая конденсаторная установка мощностью, равной минимуму реактивной мощности по графику нагрузки обеспечивает существенное снижение потерь энергии (до 15 %), при небольшом сроке окупаемости и допустимых уровней напряжения.

Можно предполагать, что аналогичный результат будет иметь место при любых графиках нагрузки и длине кабельной линии с той лишь разницей, что величина оптимума может иметь некоторое смещение в зависимости от степени компенсации, что предполагает необходимость проведения простых расчетов для выбора мощности конденсаторной установки.

Также следует отметить, что сама по себе установка нерегулируемых конденсаторных батарей в городских ТП и их эксплуатация не представляет существенных трудностей.

Литература:

1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. М.: Энергоатомиздат. 1989.

2. Железко Ю. С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Ковалев И.Н. Выбор компенсирующих устройств при проектировании электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 1990.