Что такое батареи статических конденсаторов

Батареи статических конденсаторов 6-220 кВ. Эффективное управление реактивной мощностью и уровнем напряжения.

За последние годы во многих регионах России выросло потребление электроэнергии. Большая часть трансформаторов и подстанций работают с предельной загрузкой или перегрузкой, что связано с превышением разрешенной мощности, установленной в технических условиях, а также недостаточной компенсацией реактивной мощности (РМ). До недавнего времени в связи с отсутствием нормативной базы предприятия не спешили компенсировать РМ и перестали участвовать в поддержании коэффициента мощности на шинах нагрузок. В итоге это привело к возрастанию потоков РМ, увеличению потерь, снижению управляемости режимами работы распредсетей и ухудшению качества и надежности электроснабжения потребителей. Сейчас ситуация изменилась.

Согласно приказу РАО ЕЭС № 893 от 11.12.2006 проблеме компенсации реактивной мощности в распредсетях и на стороне потребителей будет уделено особое внимание.

Батареи статических конденсаторов БСК 6—10—35—110—220 кВ — эффективное средство управления потоками реактивной мощности и нормализации уровней напряжения. Компания «Матик-электро» разрабатывает и производит БСК и конденсаторные установки на напряжения от 0,4 до 220 кВ. В ряду производимого оборудования как конденсаторные установки 0,4—0,66 кВ контакторные и тиристорные для предприятий-потребителей, так и регулируемые высоковольтные КРМ-6—10 кВ (регулирование по tg φ и по напряжению), а также БСК 110—220 кВ мощностью до 200 МВАр.

Регулирование напряжения с помощью БСК

Величина напряжения в различных точках энергосистемы изменяется в зависимости от нагрузки и схемы сети. Этот параметр согласно ГОСТ 13109—87 должен находиться в пределах от 5 до 20% (таблица 1).

Напряжение в энергосистеме

Номинальное напряжение (линейное) UНОМ, кВ	6	10	20	35	110	220	330	500	750	1 150
Наибольшее рабочее напряжение (линейное), кВ	7,2	12	24	40,5	126	242	363	525	787	1 200
Превышение наибольшего рабочего напряжения над номинальным напряжением, %	20	20	20	15	15	10	10	5	5	5

Кроме того, ограничение по наибольшему рабочему напряжению электрооборудования диктуется надежностью работы изоляции электрооборудования, т. к. постоянно повышенное напряжение вызывает ускоренное старение изоляции и выход ее из строя. У большинства потребителей электроэнергии допускаются длительные отклонения напряжения от номинального не более чем на ±5%. Превышение номинального напряжения приводит к сокращению срока службы оборудования, уменьшение снижает производительность и экономичность электроприемников, пропускную способность линий электропередачи, может нарушить устойчивость работы синхронных и асинхронных электродвигателей.

Как видно из таблицы 1, с повышением номинального напряжения допустимые повышения напряжения уменьшаются с 20 до 5%. Это связано с ростом стоимости изоляции в установках более высоких напряжений, минимизацией затрат на изоляцию и выполнением оборудования практически на номинальное напряжение.

Как известно, напряжение у потребителя определяется формулой:

где: U_ЦП — напряжение центра питания;

Р_Н и Q_Н — активная и реактивная мощность нагрузки потребителя;

R_Э и X_Э — эквивалентное активное и индуктивное сопротивление между центром питания и потребителем.

Из приведенной формулы видно, что можно влиять на напряжение у потребителя, изменяя реактивную мощность Q_Н, например, регулируя ее с помощью батареи статических конденсаторов.

Снижение потерь при передаче электроэнергии с помощью БСК

Доля технологических потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях напряжением 6—10 кВ в среднем составляет 8—12% от величины электроэнергии, отпущенной в сеть данного напряжения. Величина потерь электроэнергии определяется параметрами электрической схемы, конструкцией сетей и режимом нагрузки. Как показали расчеты для реальных сетей 10 кВ, потери электроэнергии существенно зависят от величины реактивной мощности, передаваемой потребителям по элементам сети. Например, при изменении коэффициента мощности (tg φ) от 0,5 до 0,8 потери электроэнергии увеличиваются примерно на 20%.

Анализ показаний счетчиков активной и реактивной электроэнергии показал, что значения коэффициентов мощности на шинах 10 кВ источников питания и на подстанциях 35—110/10 кВ изменяются в процессе эксплуатации и достигают значений 0,77—0,85. То есть, потери электроэнергии при передаче реактивной мощности становятся существенными.

Номенклатура БСК и КРМ	Мощность
КРМ 0,4—0,66 кВ	50—2000 кВАр
БСК 6—10 кВ	5—50 МВАр
БСК 35 кВ	10—50 МВАр
БСК 110 кВ	20—60 МВАр
БСК 220 кВ	52—104 МВАр

Эффективным способом снижения потерь электрической энергии в сетях 10 кВ является установка батарей статических конденсаторов.

Выбор мощности и мест установки компенсирующих устройств проводится по условию минимума приведенных затрат с учетом стоимости компенсирующих устройств и ожидаемой экономии от снижения потерь электрической энергии.

Батареи статических конденсаторов (БСК)

Батареи статических конденсаторов на напряжения 6, 10, 35, 110 × 220 кВ мощностью от 5 до 200 МВАр производятся на базе косинусных однофазных конденсаторов, путем параллельно-последовательного соединения их в звезду или треугольник в зависимости от режима работы нейтрали.

Внедрение батарей статических конденсаторов позволяет увеличить напряжение на шинах подстанций на 3—4%, снизить потери в сетях 6—110 кВ, скорректировать перетоки энергии и урегулировать напряжение в энергосистеме.

Кроме того, при превалировании тяговой нагрузки, вследствие ее неравномерности и обусловленной тем самым неравномерной загрузки линий, возникает необходимость регулировать показатели качества передаваемой электроэнергии применением компенсирующих устройств (БСК или реакторов, в зависимости от режима).

Конструкция

БСК состоит из групп силовых конденсаторов, собранных в стальные несущие блоки, закрепленные на полимерных изоляторах. БСК выполняется на трех стойках с размещенными на них конденсаторами, токоограничивающими реакторами и трансформаторами тока. Между стойками БСК предусмотрены 6-метровые проезды для автокрана, предназначенные для монтажа блоков конденсаторов.

Трансформаторы тока ТФЗМ (по 1 на фазу) подключены первичной обмоткой в разрыв двух параллельных групп, и в случае разбаланса выдают сигнал на устройства РЗА для отключения головного выключателя. Токоограничивающие реакторы (по 1 на фазу) ограничивают ток при включении БСК. Соединения выполнены гибкой медной шиной, для предотвращения повреждения изоляторов при температурном расширении/сжатии либо при воздействии электродинамических сил.

При заказе БСК указывается мощность батареи, номинальное напряжение и ток КЗ на месте установки, тип и количество конденсаторов в батарее, категория размещения и климатическое исполнение.

Виктор ИТКИН,
технический директор ЗАО «Матик-электро».

Источник

Батарея статических конденсаторов

Батареи статических конденсаторов (БСК) представляют из себя несколько параллельно и последовательно соединенных конденсаторов.

Содержание

Основные сведения

Варианты присоединения БСК в сети трёхфазного переменного тока приведены на рисунках 1 и 2. Значения реактивной мощности, выработанной при включении по схемам «Звезда» и «Треугольник», определяются по выражениям (1) и (2) соответственно:

[math] \displaystyle Q_<БСК>^З=3⋅U_Ф^2⋅B=U^2⋅B, (1) [/math]

где [math]Q_<БСК>^З[/math] — реактивная мощность, выработанная БСК при включении по схеме «Звезда», Мвар;

Выбор мощности БСК

Для того, чтобы выбрать необходимый тип БСК следует привести значение требуемой для компенсации реактивной мощности к номинальному значению в соответствии с выражением (3):

где [math] Q_<(К.У.(U=U_НОМ))>^ [/math] — минимальная реактивная мощность компенсирующего устройства, приведенная к номинальному классу напряжения, Мвар;

Условия выбора и проверки БСК

Так как БСК генерирует реактивную мощность, то его необходимость рекомендуется выбирать в режиме максимальных нагрузок, а также в режиме, при котором отключается один из источников реактивной мощности (например генератор на элекртрической станции). Также после выбора БСК необходимо проверить его работу в режиме минимальных нагрузок, чтобы напряжения находились в допустимых пределах со стороны максимально допустимого напряжения в рассматриваемом узле. Допускается полное отключение БСК, либо определенной её части.

Достоинства и недостатки

К достоинствам БСК можно отнести следующее:

К недостаткам БСК можно отнести следующее:

Пример выбора БСК

Примеры сети с расчетом выбора БСК можно посмотреть здесь.

Источник

Что такое батареи статических конденсаторов

Электрические соединения конденсаторов осуществляются гибкими многожильными проводами и жесткой ошиновкой. Соединение гибких проводников с выводами конденсаторов осуществляется при помощи специально разработанного плашечного зажима, имеющего специальное покрытие во избежание окисления в результате создания гальванической пары с материалом выводов и проводников. Для обеспечения минимального переходного сопротивления контактные соединения обрабатываются специальной электропроводной смазкой.

Для сигнализации о возможных неисправностях конденсаторы БСК соединяются между собой по схеме «двойная звезда» или по схеме «Н-типа». При возникновении пробоя секции конденсатора в аварийных и предаварийных режимах перегорает внутренний предохранитель этой секции, в результате чего изменяется емкость одного из плеч батареи. После чего в проводнике, соединяющем нейтральные точки звезд (для схемы «двойная звезда») или соединяющем средние точки двух параллельных ветвей каждой фазы, протекает ток небаланса, который контролируется специальным реле небаланса, отделенным от силовой цепи трансформатором тока небаланса. Реле небаланса в свою очередь сигнализирует о наступлении нестандартного состояния в работе БСК или подает сигнал на отключение высоковольтного выключателя питающей линии.

Наименьшее значение тока естественного небаланса достигается путем формирования планов расстановки и подбора конденсаторов индивидуально для каждой батареи.

Комплектация БСК зависит от требований заказчика. В состав БСК входят металлические каркасы для установки конденсаторов покрытые методом горячего или холодного оцинковывания, полимерные или фарфоровые опорные и шинные изоляторы, ошиновка электрических связей, измерительные трансформаторы тока, устройства защиты батареи от тока небаланса, токоограничивающие реакторы и комплект крепежных изделий.

БСК в зависимости от типа поставляются в собранном или разобранном виде, окончательная сборка осуществляется непосредственно на объекте эксплуатации под надзором шеф- инженера ТОО «УККЗ». Многолетний опыт производства БСК позволяет обеспечить максимальную простоту монтажа и сократить время и затраты на монтаж.

Сборка БСК на объекте эксплуатации

Для ограничения пусковых токов в момент коммутации и сокращения возмущений в питающей сети последовательно с БСК устанавливаются демпфирующие реакторы.

БСК с демпфирующими реакторами

Обозначение типономинала	Номинальное напряжение, кВ	Максимальное напряжение, кВ	Номинальная емкость фазы, мкФ	Тип конденсатора
БСК-110-26УХЛ1	110	130	6,84	КЭПФ-11,55-430-2УХЛ1
БСК-110-52УХЛ1	13,9	КЭПФ-11.55-430-2УХЛ1
БСК-110-50,4УХЛ1	13,26	КЭПФ-10-555-2УХЛ1
БСК-110-55,7 УХЛ1	15,12	КЭПФ-11,55-475-2УХЛ1
БСК-110-40 УХЛ1	10,27	КЭПФ-11.55-430-2УХЛ1
БСК-35-11,9УХЛ1	35	40.5	30,8	КЭПФ-11.55-430-2УХЛ1
БСК-35-15.8УХЛ1	41,06	КЭПФ-11,55^30-2УХЛ1
БСК-35-18.2УХЛ1	47,75	КЭПФ-11.55-500-2УХЛ1
БСК-35-17.3УХЛ1	44,88	КЭПФ-11,55-470-2УХЛ1
БСК-35-10УХЛ1	26,86	КЭПФ-11,55-375-2УХЛ1
БСК-10,5-12,5 УЗ	10,5	12,0	164,3	КЭПФ-11.55-430-2УХЛ1
БСК-7,26-7,17УХЛ1	7,26	8,0	433,3	КЭПФ-5-310-2УХЛ1
БСК-7,88-8,ЗУХЛ1	7,88	8,7	428,0	КЭПФ-5-420-2УХЛ1
БСК-8,35-3,46УХЛ1	8,35	9,2	158,0	КЭПФЧ2-300-2УХЛ1
БСК-62,35-43,9УХЛ1	62,35	68,6	36,0	КЭПФ-9-610-2УХЛ1
БСК-52-51.8УХЛ1	52,00	57,2	61,2	КЭПФ-10-640-2УХЛ1
БСК-46,8-43,9УХЛ1	46,80	51,5	64,0	КЭПФ-9-610-2УХЛ1
БСК-62,35-73,2 УХЛ1	62,35	68,6	60,0	КЭПФ-9-610-2УХЛ1
БСК-52-103.7УХЛ1	52,00	57,2	122,3	КЭПФ-10-640-2УХЛ1
БСК-46,8-82,ЗУХЛ1	46,80	51,5	119,9	КЭПФ-9-610-2УХЛ1
БСК-12,64-7,2 УХЛ1	12,64	13,9	143,4	КЭПФ-7,3-300-2УХЛ1
БСК-12,64-64,8 УХЛ1	12,64	13,9	1290,0	КЭПФ-7,3-300-2УХЛ1

Структура условного обозначения БСК:

БСК —	БСК —	— батарея статических конденсаторов
ХХ —	110 —	— номинальное напряжение, кВ;
ХХ —	52	— номинальная мощность, МВАр;
Х —	УХЛ	— климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69;
Х —	1	— категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Например: БСК-110-52 УХЛ1 –батарея статических конденсаторов, номинальным напряжением 110 кВ, номинальной мощностью – 52 МВАр, климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69 – УХЛ1.

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ЧЕРТЫ БСК ТОО «УККЗ»:

Реализованные проекты

Если вы заинтересовались данными установками, то свяжитесь с нами по указанным номерам, для заказа или уточнения возникших вопросов по нашей продукции. Ниже можно скачать каталог продукции, в котором можно найти батареи статических конднесаторов.

Источник

Конструкция батареи статических конденсаторов

Использование предохранителей для защиты конденсаторного устройства и их расположение (внутри устройства в каждом элементе или вне устройства) является важным аспектом проектирования конденсаторных батарей, от которого зависит поведение конденсаторов в случае неисправности и устройство защиты конденсаторной батареи

1. Конденсаторное устройство/батарея с внешним предохранителем

Как правило, каждое конденсаторное устройство защищается отдельным предохранителем, установленным снаружи между конденсатором и шиной предохранителей конденсаторной батареи. Неисправность элемента конденсатора приводит к привариванию его обкладок и короткому замыканию других элементов, подключенных параллельно в той же группе.

Конденсаторное устройство/батарея с внешним предохранителем

Остальные конденсаторные элементы устройства остаются в работе с более высоким напряжением на них, чем до возникновения неисправности, а через конденсатор идёт более высокий ток. Если из строя выйдет ещё один элемент, процесс повторится и приведёт к ещё большему повышению напряжения на оставшихся элементах.

Последующие неисправности в одном устройстве приводят к срабатыванию предохранителя, при этом устройство отключается и индицируется его неисправность.

Конденсаторные батареи с внешними предохранителями конфигурируются из одной или более последовательных групп параллельно соединённых конденсаторов на фазу. Уровень асимметрии снижается при увеличении количества последовательных групп конденсаторов или при увеличении количества параллельных конденсаторов в последовательной группе.

Однако может потребоваться уменьшить номинальную реактивную мощность отдельного конденсаторного устройства, потому что нужно иметь минимум параллельных устройств для того, чтобы конденсаторная батарея оставалась в работе.

2. Конденсаторное устройство/батарея с внутренними предохранителями

Каждый элемент имеет предохранитель внутри конденсаторного устройства. Каждый предохранитель представляет собой отрезок провода, рассчитанный на ограничение тока и имеющий оболочку, способную выдержать тепло от дуги. При выходе из строя одного элемента предохранитель отключает только его.

Конденсаторное устройство/батарея с внутренними предохранителями

Другие элементы, подключенные параллельно в той же группе, остаются в работе, но с немного увеличенным напряжением на них.

Батареи с конденсаторными устройствами с внутренними предохранителями конфигурируются с несколькими параллельными конденсаторными устройствами и большим количеством последовательных групп по сравнению с используемым в батареях с внешними предохранителями. Конденсаторные устройства обычно имеют большую величину, потому что вероятность выхода из строя всего устройства мала.

3. батареи статических конденсаторов без предохранителей

Конденсаторы для конденсаторных батарей без предохранителей идентичны используемым в конденсаторных батареях с внешними предохранителями, которые описаны выше. Для формирования батареи конденсаторы соединяются в последовательные цепи между фазой и нейтралью.

Шунтирующие конденсаторные батареи без предохранителей

Принцип работы защиты основан на том, что отказ отдельных конденсаторных элементов в устройстве – это короткое замыкание, при этом также замыкается часть группы в которую он входит.

Источник

Применение батарей статических конденсаторов

Батареи статических конденсаторов обычно называют «конденсаторы компенсации реактивной мощности», хотя они также выполняют другие функции и обеспечивают много преимуществ, которые мы будем обсуждать далее. Такие конденсаторы используются на всех уровнях напряжения: от конечного пользователя до сверхвысоких напряжений.

Батареи статических конденсаторов, установленные как у потребителя для компенсации реактивной мощности, так и в системе распределения для управления напряжением, сильно меняют зависимость импеданса системы от частоты. Такие конденсаторы сами не создают гармоники, но в некоторых случаях их наличие может привести к сильным гармоническим искажениям.

Батареи статических конденсаторов на конце фидера приводит к постепенному изменению напряжения по длине фидера. В идеальном случае процент увеличения напряжения на конденсаторе должен быть нулевым на холостом ходу и увеличиваться до максимума при полной нагрузке. Однако при использовании батарей статических конденсаторов процент увеличения напряжения практически не зависит от нагрузки. Поэтому часто применяется автоматическая коммутация, чтобы обеспечить требуемое регулирование при больших нагрузках, но не допустить чрезмерного повышения напряжения при малых нагрузках. Коммутация конденсаторов может привести к переходным перенапряжениям на объектах потребителя.

Области применения

Предприятия энергоснабжения используют батареи статических конденсаторов в распределительной сети и на низком напряжении для обеспечения реактивной мощности рядом с индуктивными нагрузками, там, где это нужно. Это снижает общую величину тока распределительного фидера, улучшает профиль напряжения вдоль фидера, высвобождает часть пропускной способности фидера и снижает потери. Если предприятие энергоснабжения устанавливает в системе распределения конденсаторы достаточной величины, снижается нагрузка на трансформаторы подстанции. Снижение нагрузки не только улучшает условия аварийных коммутаций в системе распределения, но также увеличивает срок службы оборудования и позволяет отложить дорогостоящее увеличение мощности системы.

При передаче на высоком напряжении (69 кВ и выше) батареи статических конденсаторов увеличивают пропускную способность системы передачи без новых линий или проводников большего сечения. Длительные сроки, другие проблемы, связанные со строительством линий электропередачи, и их высокая стоимость приводят большинство поставщиков электроэнергии к всё более частому использованию высоковольтных конденсаторов.

Высоковольтные батареи статических конденсаторов также поддерживают напряжение линии электропередачи, это часто бывает необходимо, когда сеть работает на пределе конструктивных возможностей из-за открытого доступа к сети и снижения финансирования её модернизации. Так как конденсаторы выдают реактивную мощность, для генераторов нет необходимости вырабатывать её в таком количестве, это позволяет генераторам работать с более высоким коэффициентом мощности и вырабатывать большее количество активной мощности. Кроме того, снижение количества реактивной мощности, проходящей через систему передачи электроэнергии, не только высвобождает часть пропускной способности линий, но также уменьшает потери в линии за счёт уменьшения общего тока, протекающего по линиям.

Батареи статических конденсаторов также несколько увеличивают рабочее напряжение в линии электропередачи. При более высоком напряжении типовая нагрузка потребляет меньший ток, это тоже ведет к снижению потерь при передаче.

Источник