9.2.3. Анализ эффективности использования батареи конденсаторов большой ёмкости на примере подстанции «Красногорская»

Для анализа эффективности использования батареи конденсаторов большой ёмкости использовались виртуальные математическая модели MatLab Simulimk.

На рис.9.18. изображены: AB– источник питания (аккумуляторная батарея);ZU– зарядное устройство;KL1-4 – кабельные линии соответствующие Кб1-4 на подстанции;KL5.1-2 – кабели до батареи конденсаторов большой ёмкости; privod – привод выключателя; так же имеются измерительные приборы и выключатель управляемый импульсным генератором.

Рис. 9.18. Пример виртуальной математической модели MatLab Simulimk подстанции

Модель работает следующим образом: изначально привод отключён от питания, в определённый момент времени он включается с помощью выключателя (vikluchatel), а затем сново выключается. Управление выключателем (vikluchatel) осуществляется с помощью импульсного генератора (Impulsni Generator).

В данном труде рассматривались три возможных варианта решения проблемы чрезмерного снижения напряжения на конце линии:

1. Расстановка батарей конденсаторов большой ёмкости в двух точках кабеля магистрали постоянного тока ОРУ 110 кВ (рис. 9.19.а);

2. Установка батарей конденсаторов большой ёмкости в одной точке кабеля магистрали постоянного тока ОРУ 110 кВ (рис. 9.19.б);

3. Замена кабелей на новые с большим сечением.

При этом в модели рассматривался случай когда одна из цепей кабеля КБ2 оборвана, как более тяжёлый.

а) б)

Рис. 9.19. Варианты расстановки батарей конденсаторов большой ёмкости

На рис.9.20 представлены результаты расчётов модели в виде графиков когда в схему введены по две батареи конденсаторов большой ёмкости по 2 Ф каждая.

Рис. 9.20. Пример результата расчётов модели в виде графиков (в схему введены по две батареи конденсаторов большой ёмкости по 2 Ф каждая)

Результаты опытов приведены в табл. 9.4-9.6.

Таблица 9.4

Расстановка конденсаторных батарей большой ёмкости в двух точках кабеля магистрали постоянного тока ОРУ 110 кВ

Nк, шт.	0	1	2	3	4	5
Cб/2, Ф	0	2	4	6	8	10
Rб, Ом		0,3	0,15	0,1	0,075	0,06
Ц, $	0	6000	12000	18000	24000	30000
Параметры через 0,7 сек
Uкон.л, В	165,0	180,0	189,0	195,0	198,5	201,0
Iкон.л, А	231,0	252,0	265,0	272,5	277,5	281,0

Таблица 9.5

Установка батарей конденсаторов большой ёмкости в одной точке кабеля магистрали постоянного тока ОРУ 110 кВ

Nк, шт.		1	2	3	4	5
Cб, Ф	0	2	4	6	8	10
Rб, Ом		0,3	0,15	0,1	0,075	0,06
Ц, $	0	3000	6000	9000	12000	15000
Параметры через 0,7 сек
Uкон.л, В	165,0	173,5	180,0	185,0	188,6	191,4
Iкон.л, А	231,0	243,0	252,0	258,5	264,0	267,5

Таблица 9.6

Замена одновременно кабелей КЛ2, 3, 4 на новые с большим сечением

F, мм^2	95	120	150	240
r0, Ом/м	0,000309	0,000245	0,000196	0,0000973
R, Ом	0,063036	0,049898	0,039923	0,017028
Цуд, руб/м	125,794	155,105	189,79	291,891
Ц, руб.	25661,98	31641,42	38717,16	59545,76
Uкон.л, В	194	198	201	208
Iкон.л, А	317	323	328	340

9.3. Влияние батареи конденсаторов большой ёмкости на нагрев кабельных линий

Наличие батареи конденсаторов большой ёмкости в схеме подстанции сопутствует увеличению значений токов КЗ. Для того чтоб оценить этот неблагоприятный вклад, были проведены соответствующие опыты, результаты которых приведены ниже.

За критерий термической стойкости было взято значение интеграла Джоуля, при нагреве кабельной линии до 160 ⁰С. Значения интегралов Джоуля для разных сечений кабеля были вычислены с помощью программы GUDCSETS (см.табл.9.7). На термическую стойкость проверялась кабельная линия КБ5 (см. рис.9.19б) при КЗ за ней.

Таблица 9.7

Значения интегралов Джоуля для КЛ разных сечений

F, мм^2	25	35	50	70	95	120	150	240
Bк, кА^2*с	4,1	8,5	17,5	33,8	60,85	99,1	157,1	400,8

Модель MatLabSimulinkдля вычисления интеграла джоуля при КЗ от батареи конденсаторов большой ёмкости предсталена на рис 9.21.

Рис. 9.21. Модель MatLab Simulimk для вычисление интеграла Джоуля при КЗ от батареи конденсаторов большой ёмкости

Результаты расчётов при проверке кабелей на термическую стойкость сведены в табл. 9.8 и 9.9.

Таблица 9.8

Проверка кабелей на термическую стойкость при возникновении КЗ с учётом наличия конденсаторных батарей большой ёмкости

Nк, шт.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Cб/2, Ф	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
Rб, Ом	0,3	0,15	0,1	0,075	0,06	0,05	0,043	0,038	0,033	0,03
Bк, кА^2*с	0,14	0,55	1,21	2,11	3,22	4,55	6,05	7,66	9,77	11,98
Терм.ст-ть	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+

Из табл.9.8. видно, что при возникновении КЗ, с учётом наличия в схеме ПС конденсаторных батарей большой ёмкости от 2 до 20 Ф, кабели выдерживают термические нагрузки с большим запасом.

При зарядке батареи конденсаторов большой ёмкости «с нулевого значения», по кабельным линиям протекает ток, имеющий высокие значения. Для того, что бы оценить термическую стойкость линий с учётом этого факта, были проведены соответствующие опыты.

Расчёты велись без учёта КБ1, КБ2 и КБ3, которые оказывают снижающее воздействие на значение тока заряда и значение интеграла Джоуля.

Модель MatLabSimulinkдля вычисления интеграла джоуля при зарядке батареи конденсаторов большой ёмкости предсталена на рис 9.21.

Рис. 9.22. Модель MatLab Simulimk для вычисление интеграла Джоуля при зарядке батареи конденсаторов большой ёмкости

Таблица 9.9

Проверка кабелей на термическую стойкость при зарядке конденсаторных батарей большой ёмкости

Nк, шт.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Cб/2, Ф	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
Rб, Ом	0,3	0,15	0,1	0,075	0,06	0,05	0,043	0,038	0,033	0,03
Bк, кА^2*с	0,16	0,62	1,38	2,41	3,71	5,25	7,02	8,94	11,37	13,71
Терм.ст-ть	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+

Из табл.9.9. видно, что при зарядке конденсаторных батарей большой ёмкости от 2 до 20 Ф, кабели выдерживают термические нагрузки с большим запасом.

Вывод по исследовательскому вопросу:

Весь вышепредставленный анализ эффективности использования батарей конденсаторов большой ёмкости как элемента стабилизирующего электроснабжение потребителей собственных нужд станций позволяет утверждать, что их использование технически рентабельно. Рентабельность с экономической точки зрения появится тогда, когда их себестоимость снизится.