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

Батареи Статических Конденсаторов (БСК)

Источники реактивной мощности это практически все электродвигатели, как большие, так и маленькие (например, вентилятор в компьютерном блоке). Более сложными устройствами-источниками реактивной мощности являются нелинейные элементы — например, полупроводниковые устройства (регуляторы, выпрямители, импульсные блоки питания и др.), которые широко применяются в современных электроустановках потребителей.

В большинстве электроустановок потребителей генерируется значительная индуктивная реактивная мощность. Это относится как к промышленным предприятиям, так и офисным и бытовым центрам нагрузки.

Реактивная мощность не только бесполезно отнимает часть энергии, произведённой генераторами в сети. С ростом индуктивной мощности происходит снижение напряжения на шинах подстанций потребителей электроэнергии. А особенностью современных полупроводниковых регуляторов является то, что со снижением напряжения, они начинают потреблять больший ток. Что в свою очередь приводит к ещё большему росту реактивной мощности. Это может вести к каскадной аварии — так называемой лавины напряжения. Когда снижение напряжения во внешней сети (например, в результате ремонта или аварии) ведёт к взрывному росту реактивной нагрузки у потребителя и к аварийному снижению напряжения в сети.

Поэтому, компенсация реактивной мощности это не только средство повысить эффективность работы оборудования, качество электрической энергии, но и средство обеспечить надёжность электроснабжения.

Поскольку большая часть электроустановок потребителей генерирует индуктивную мощность, её можно компенсировать при помощи специальных конденсаторных установок — батарей статических конденсаторов (БСК). Электрически БСК представляет собой конденсатор, чья мощность примерно равна эквивалентной индуктивной мощности электроустановки потребителя. БСК компенсирует снижение напряжения на шинах и увеличивает коэффициент мощности.

Батарея статических конденсаторов (шунтовая конденсаторная батарея) – электроустановка, состоящая из конденсаторов, вспомогательного электрооборудования и ошиновки, предназначенная для компенсации реактивной мощности и повышения напряжения. БСК устанавливаются в электрических сетях переменного тока напряжением 0,4 – 500 кВ.

Принцип работы и область применения БСК

Несмотря на простоту принципа действия, БСК является технически сложной системой.

Во-первых, потребление и генерация реактивной мощности отличается в разных режимах сети. В некоторых случаях БСК может быть неуправляемой, а в некоторых требуется осуществлять переключения внутри батареи, изменяя её мощность (управляемая БСК).

Во-вторых, в зависимости от режимов работы БСК должна быть рассчитана на разный уровень токов. Поэтому выбор параметров БСК и характеристик её регулирования должен базироваться на исследовании существующей сети и проектной проработке (расчётах).

В третьих, электрическое сопротивление конденсатора уменьшается с ростом частоты тока, поэтому через батарею могут протекать значительные токи высокой частоты. В четвёртых, как было сказано выше, конденсатор накапливает в себе электрический заряд. При возмущениях в сети (коммутациях, коротких замыканиях) конденсатор возвращает эту энергию в сеть, что может приводить к броскам токов и перенапряжениям, которые опасны для электроустановок. Всё это требует включения в состав БСК демпфирующих реакторов, предупреждающих эти явления. Параметры демпфирующих реакторов должны выбираться на основе расчётов переходных режимов сети.

БСК генерируют реактивную мощность, тем самым компенсируя потребление реактивной мощности электродвигателями и активно-индуктивной нагрузкой, а также потери реактивной мощности в индуктивном сопротивлении элементов электрических сетей. В ряде случаев за счёт применения БСК удаётся повысить пропускную способность линий электропередачи и силовых трансформаторов. Снижение полной мощности позволяет пропускать по элементам сети более высокие значения активной мощности без увеличения номинальной мощности трансформаторов и строительства новых линий.

Конструкция БСК

Конструктивно БСК состоит из конденсаторных блоков, установленных в оцинкованные кассеты на опорных изоляторах, соединенных между собой для обеспечения требуемой емкости и наибольшего рабочего напряжения. При высоких значениях тока ударного короткого замыкания на шинах подстанции или при установке на подстанции двух и более БСК в состав конденсаторных батарей также входят токоограничивающие (демпфирующие) реакторы.

Конденсаторы открытого типа, которые сейчас наиболее востребованы, размещают в прочных оцинкованных металлических конструкциях с антикоррозионным покрытием, которые устойчивы к различным атмосферным явлениям.

Комплектация БСК определяется классом напряжения и режимом заземления нейтрали сети, а также техническими требованиями.

Компания «КПМ» имеет собственное производство воздушных демпфирующих реакторов, что позволяет снизить затраты и срок поставки БСК. Специалисты компании «КПМ» готовы осуществить полное сопровождение проекта: технические расчеты, производство, комплектацию, монтаж и наладку оборудования.

Многолетний опыт работы строительства объектов электроэнергетики и наличие собственной производственной базы позволяют собирать БСК с учётом индивидуальных технических требований, пожеланий заказчика и условий эксплуатации.

Источник

Что такое бск в энергетике

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

Виды повреждений и защита батарей статических конденсаторов (БСК)

Назначение батарей статических конденсаторов (БСК)

Батареи статических конденсаторов (БСК) используются для следующих целей: компенсация реактивной мощности в сети, регулирование уровня напряжения на шинах, выравнивание формы кривой напряжения в схемах управления с тиристорным регулированием.

Передача реактивной мощности по линии электропередачи приводит к снижению напряжения, особенно заметному на воздушных линиях электропередачи, имеющих большое реактивное сопротивление. Кроме того, дополнительный ток, протекающий по линии, приводит к росту потерь электроэнергии. Если активную мощность нужно передавать именно такой величины, которая требуется потребителю, то реактивную можно сгенерировать на месте потребления. Для этого и служат конденсаторные батареи.

Наибольшее потребление реактивной мощности имеют асинхронные двигатели. Поэтому при выдаче технических условий потребителю, имеющему в составе нагрузки значительную долю асинхронных двигателей, обычно предлагается довести cosφ до величины 0.95. При этом снижаются потери активной мощности в сети и падение напряжения на линии электропередачи. В ряде случаев вопрос можно решить применением синхронных двигателей. Однако более простым и дешевым способом получения такого результата является применение БСК.

При минимальных нагрузках системы, может создаться положение, когда конденсаторная батарея создает избыток реактивной мощности. В этом случае излишняя реактивная мощность направляется обратно к источнику питания, при этом линия опять загружается дополнительным реактивным током, увеличивающем потери активной мощности. Напряжение на шинах растет и может оказаться опасным для оборудования. Поэтому очень важно иметь возможность регулирования мощности батареи конденсаторов.

Виды повреждений конденсаторных установок

Широко применяемые схемы тиристорного регулирования нагрузки основаны на том, что тиристоры открываются схемой управления в определенный момент периода и чем меньшую часть периода они открыты, тем меньше действующее значение тока протекающего через нагрузку. При этом появляются высшие гармоники тока в составе тока нагрузки и соответствующие им гармоники напряжения на питающем источнике.

БСК способствуют снижению уровня гармоник в напряжении, так как их сопротивление с ростом частоты падает и следовательно растет величина потребляемого батареей тока. Это приводит к сглаживанию формы напряжения. При этом появляется опасность перегрузки конденсаторов токами высших гармоник и требуется специальная защита от перегрузки.

Ток включения конденсаторной батареи

При подаче напряжения на батарею возникает ток включения, зависящий от емкости батареи и сопротивления сети.

Определим для примера ток включения батареи мощностью 4.9 МВАр, приняв мощность КЗ на шинах 10кВ, к которым подключена батарея – 150МВ∙А: номинальный ток батареи: Iном = 4.9 / (√3 *11) = 0.257 кА; амплитудное значение тока включения для выбора релейной защиты: Iвкл. = √2*0.257*√ (150/4.9) =2 кА.

Выбор выключателя для коммутации конденсаторной батареи

Операции с выключателем при отключении конденсаторной батареи часто являются определяющими при выборе выключателя. Выбор выключателя определяется по режиму повторного зажигания дуги в выключателе, когда между контактами выключателя может возникнуть удвоенное напряжение – напряжение заряда конденсатора с одной стороны и напряжение в сети в противофазе с другой стороны. Ток повторного зажигания для выключателя получается умножением тока включения на коэффициент перенапряжения КП. Если используется выключатель того же напряжения, что и БСК, коэффициент КП равняется 2.5. Часто для включения батареи 6-10кВ используют выключатель повышенного напряжения 35 кВ. В этом случае коэффициент КП равняется 1.25.

Таким образом ток повторного зажигания дуги:

Для примера произведем проверку параметров выключателя для токов включения, рассчитанных ранее, при применении масляного выключателя 10кВ c током отключения 20кА в действующих величинах или 28.3кА в амплитудных (ВМП-10-630-20).

а) Одна батарея 4.9 мВАр. Ток повторного зажигания: IПЗ =2.5 *2 = 5кА Расчетный ток отключения: IОткл. Расч. = 5/ 0.3 = 17кА.

Может быть использован масляный выключатель на напряжение 10кВ. При увеличении мощности КЗ на шинах 10кВ, так же при наличии двух батарей расчетный ток отключения может превысить допустимый. В этом случае, а также для повышения надежности в цепях БСК применяют быстродействующие выключатели, например, вакуумные, у которых скорость расхождения контактов при отключении больше, чем скорость восстанавливающегося напряжения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник