Влияние перетоков реактивной мощности в сетях разного уровня напряжения на качество поставляемой электроэнергии и стабильность энергосистемы. Сети низкого напряжения в дисбалансе мощности. Перспективы проблемы компенсации реактивной мощности.
Огромное негативное влияние перетоков реактивной мощности в сетях разного уровня напряжения на качество поставляемой электроэнергии и стабильность энергосистемы уже не является откровением ни для потребителей, ни для генерирующих компаний и владельцев распределительных сетей. Вместе с тем, как структуры, отвечающие за генерацию, поставку и распределение электроэнергии, так и сами потребители продолжают не замечать безусловного факта – проблема в целом не только нарастает пор экспоненте, но и усугубляется практическим уходом от реального финансового стимулирования компенсации реактивной мощности потребителями в постановлениях Правительства РФ № 442 (от 04.05.2012 — «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии» и «Основные положениями функционирования розничных рынков электрической энергии») и проекте Постановления РФ от 17.01.2014 («Об определении стоимости услуг по передаче электрической энергии с учетом оплаты резервируемой максимальной мощности»).
Так, сегодня условное стимулирование компенсации реактивной мощности изменениями в оплате потребляемого объема мощности defacto касается исключительно потребителей с максимальной мощностью энергопринимающих устройств(в границах балансовой принадлежности) от 670 кВт, а также попадавших под нормы постановления Правительства РФ N 530 («Об утверждении основных положений функционирования розничных рынков электрической энергии»,от 31.08.2006) потребителей с присоединенной мощностью энергопринимающих устройств более 750 кВА, что оставляет «за бортом» большое число потребителей с меньшими объемами мощности, в том числе низковольтные потребительские сети напряжением 220 В, 0.4 кВ и значительную часть сетей среднего напряжения 3, 6 и 10 кВ.
Вместе с тем, именно потребители сетей низкого напряжения:
- в действительности были ответственны за ряд масштабных аварий в энергосистемах развитых стран мира, например, выходу из строя пяти линий 230 кВ и двух трансформаторов230/69-kV в июле 1995 в Фениксе (штат Аризона, США) из-за массового включения бытовых кондиционеров в жаркий день;
- продолжают вносить существенный вклад в дисбаланс мощности и нестабильность сетевого напряжения из-за наращивания индуктивных нагрузок бытового характера, в том числе с нелинейной вольтамперной характеристикой. Причем наращивание потребительской индуктивной нагрузки в сетях низкого напряжения происходит при практически стабильных, не модернизируемых сетях, просчитанных в свое время далеко не на текущие уровни нагрузки по потребляемой мощности. Справка: В соответствии с действующими на текущий момент договоренностями VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), CENELEC (Comité Européende Normalisation Électrotechnique), ETSI (European Telecommunications Standards Institute) и IEC (International Electrotechnical Commission) все сети электроснабжения корректно делить на сети сверхвысокого (220, 380, 500, 700 и 1150 кВ), высокого (60 и 110 кВ), среднего (3, 6, 10, 15, 20 и 30 кВ) и низкого (220 В и 0.4 кВ) напряжения.
В целом проблема нестабильности напряжения и снижения качества электроэнергии будет усиливаться и в близкой и в дальней перспективе из-за тенденции расширения в потребительских сегментах сетей разного напряжения:
- силового электронного оборудования — источников бесперебойного питания, выпрямителей, приводов постоянного тока, в том числе в сетях низкого напряжения, устройств плавного пуска двигателя, частотных приводов переменного тока, конвертеров, высокочастотных плавильных печей, тиристорных систем/контроллеров, вентильных преобразователей и т.д.;
- дугового оборудования — сварочных аппаратов, дуговых печей, ламп освещения ДРЛ, люминесцентных и пр.;
- насыщаемых устройств и оборудования — генераторов, трансформаторов, реакторов, электродвигателей и т.д.
К значительным негативным факторам, влияющим на стабильность энергосистем, качество поставляемой электроэнергии в целом и компенсацию реактивной мощности в частности (см. более детально об установках компенсации реактивной мощности КРМ, УКРМ) следует отнести общую и стабильную тенденцию засорения сетей токами высших гармоник, что по факту не позволяет формировать технически верного представления о реальных перетоках реактивной мощности, а особенно с учетом принятой в нашей стране практики коррекции коэффициента мощности, а не коэффициента реактивной мощности, как в США и других развитых странах мира.
Справка: До сих пор в странах постсоветского пространства энергетический аудит распределительной сети осуществляется с определением коэффициента мощности, численно равного отношению активной составляющей к полной мощности:
В ряде зарубежных стран, в том числе на территории ЕС оценку состояния распределительной сети выполняют по коэффициенту реактивной мощности, численно равному отношению реактивной и активной составляющих полной мощности:
Математическая зависимость между коэффициентами активной и реактивной мощности:
а по факту даже при высоком значении коэффициента мощности 0.95 нагрузка потребляет реактивную мощность, равную 33% активной мощности, что корректно демонстрирует коэффициент реактивной мощности.
Таблица. Значение реактивной мощности в процентах от активной мощности при разных значениях коэффициентов мощности и реактивной мощности.
Коэффициент активной мощности | 1.0 | 0.99 | 0.97 | 0.95 | 0.94 | 0.92 | 0.9 | 0.87 | 0.85 | 0.8 | 0.7 | 0.5 | 0.316 |
Коэффициент реактивной мощности | 0.0 | 0.14 | 0.25 | 0.33 | 0.36 | 0.43 | 0.484 | 0.55 | 0.60 | 0.75 | 1.02 | 1.73 | 3.016 |
Реактивная мощность, % от активной мощности | 0.0 | 14 | 25 | 33 | 36 | 43 | 48.4 | 55 | 60 | 75 | 102 | 173 | 301.6 |
Дополнительно усиливает проблему перетоков реактивной мощности традиционный для нашей страны способ обустройства распределительных сетей высокого, среднего и даже низкого напряжения с помощью воздушных линий, что возможно экономически целесообразно на этапе прокладки, но наверняка убыточно во время эксплуатации и пагубно для качества поставляемой потребителю электроэнергии.
Таблица. Минимальные регистрируемые провалы напряжения в воздушных линиях низковольтных распределительных сетей при разных перетоках реактивной мощности.
Перетокиреактивноймощности, кВАР | Потери напряжения в % при протяженности воздушной линии L (км) | ||||
0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1.0 | |
50 | - 1.875 | - 3.75 | - 5.625 | - 7.5 | - 9.375 |
100 | - 3.75 | - 7.5 | - 11.25 | - 15.0 | - 18.75 |
150 | - 5.625 | - 11.25 | - 16.875 | - 22.5 | - 28.125 |
200 | - 7.5 | - 15.0 | - 22.5 | - 30.0 | - 37.5 |
Компания «Нюкон»