компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность.
Участие потребителей и сетевой
организации в решении проблемы
компенсации завышенных потоков
реактивной мощности. Экономический
эффект при компенсации РМ
Октябрь 2011 г.
В настоящее время проблема компенсации реактивной
мощности особенно остро обсуждается как энергетиками,
так и потребителями. Опубликовано
множество распорядительных и нормативных документов,
касающихся этой проблемы. Что послужило толчком к
такому всеобщему вниманию? Неужели до сих пор
компенсация реактивной мощности не имела
стратегического значения? Причинам и следствиям этих
актуальных вопросов, а также грядущим перспективам в
этом направлении и посвящена данная тема.
Для более глубокого осмысления проблемы давайте совершим короткий
экскурс в основы электротехники.
Проблема компенсации реактивной энергии и мощности возникла
одновременно с применением на практике переменного и особенно
трехфазного тока. При включении в цепь индуктивной или емкостной
составляющей нагрузки (а это и всевозможные двигатели, и промышленные
печи, и даже высоковольтные линии электропередач) между
электроустановкой и источником возникает обмен потоками энергии,
суммарная мощность которого равна нулю, но при этом он вызывает
дополнительные потери активной энергии, потери напряжения и снижает
пропускную способность электрических сетей. Так как избежать подобных
негативных воздействий невозможно, необходимо просто свести их к
минимуму.
Итак, основное влияние на величину реактивной мощности в электрических
сетях оказывает характер нагрузки, то есть характеристики
электроустановок, присоединенных к электрическим сетям энергосистемы.
Получается, что энергокомпания несет убытки и риски, возникающие из-за
потребителя. Разграничение зон ответственности за реактивную
составляющую мощности между распределительной сетевой компанией и
потребителем – одна из сложных задач в процессе управления реактивной
мощностью.
Стимулирование промышленных потребителей к поддержанию
оптимального для энергосистемы коэффициента реактивной мощности
было введено еще в 30-х годах прошлого века, во времена интенсивной
индустриализации. Была разработана гибкая система скидок и надбавок к
тарифу на электроэнергию. Основной целью снижения величины реактивной
мощности тогда было стремление к минимизации расходов на
строительство электрических сетей.
То есть, снизив величину реактивной мощности, можно было сэкономить на
сечении проводов и уменьшении мощности трансформаторов.
Система скидок и надбавок с течением времени
претерпевала свои изменения, равно как и менялись
нормы на оптимальный коэффициент реактивной
мощности. Последняя редакция «Правил применения
скидок и надбавок к тарифам на электрическую
энергию за потребление и генерацию реактивной
энергии» была утверждена в декабре 1997 года.
А спустя три года она же была отменена приказом
Минэнерго от 28 декабря 2000 года №167
После отмены приказом Министра энергетики (10.01.2000 №2) Правил
пользования электрической и тепловой энергией, потребители
перестали участвовать в поддержании напряжения на шинах нагрузок
Появились
проблемы с
поддержанием
(повышением)
напряжения на
шинах эл.
приемников
Возросли потоки
реактивной мощности
по системообразующим и распределительным сетям
к шинам эл.
приемников
Ограничилась
пропускная способность
ВЛ по активной
мощности и
существенно возросли
потери в сетях
После ухода потребителей от обязанности компенсировать
потребляемую реактивную мощность получен суммарный негативный
результат исключение из баланса ЕЭС России более 50 тыс. МВар ИРМ потребителей
Последствия в формулах
Повышенное потребление реактивной
мощности электроприемниками или
пониженный коэффициент мощности
P
cos 
P
P 2  Q2 S
Возрастание тока ,
протекающего через
сеть
2
2
I  P Q
3U
Снижается пропускная
способность сетей
Увеличивается сечение
проводов - удорожание
ρlP2
s
ΔPU 2cos2
Увеличиваются потери
активной мощности
2
2
ΔP  P  Q R
U2
Перерасходуется
электроэнергия
Увеличиваются потери
напряжения
ΔU  P  R  Q  X
U
Уменьшается напряжение
на шинах
электроприемников
Необходимость прокладки
новых сетевых магистралей –
удорожание
Дополнительное
увеличение тока
электрической сети
В наш век высокотехнологичных процессов и стремительно
развивающихся отраслей потребитель требует от нас самого главного надежного, бесперебойного и качественного электроснабжения. Одним из
слагаемых успеха в этом направлении и является контроль и управление
реактивной мощностью со стороны сетевых компаний. Именно
управление. Локального снижения и компенсации здесь недостаточно.
Передача электроэнергии
– это непрерывный процесс, владелец которого электросетевая компания,
и она должна полностью контролировать все его параметры.
Однако последние законодательные акты опровергают представление
процесса управления реактивной мощностью проблемой только
энергосистемы. На потребителя тоже возлагаются определенные
требования и обязанности
Цена покупной электроэнергии, плата за присоединение к
электрическим сетям и плата за передачу энергии не
учитывают расходы субъектов электроэнергетики и ее
потребителей, связанные с оплатой услуг по компенсации
реактивной энергии (мощности). В связи с этим при первой
возможности были внесены изменения в законодательство,
действующее с 27 декабря 2004 года, регулирующее
взаимоотношения потребителей и сетевых организаций при
оказании услуг по передаче электрической энергии.
Пункт 14.1. Правил недискриминационного доступа к услугам по
передаче электрической энергии и оказания этих услуг,
утвержденных постановлением Правительства Российской
Федерации от 27 декабря 2004 г. № 861, вступивший в силу с
31.08.2006(в редакции Постановления Правительства РФ от
31.08.2006 №530), определяет обязанность потребителя по
соблюдению значений соотношения активной и реактивной
мощности, установленные сетевой организацией при
технологическом присоединении:
 Потребители должны соблюдать значения соотношения (тангенса) потребления
реактивной и активной мощности, определенной в договоре в соответствии с порядком,
утвержденным Минпромэнерго РФ. Указанные характеристики определяются:
− сетевой организацией для потребителей услуг, присоединенным к электрическим сетям
напряжением 35 кВ и выше;
− сетевой организацией совместно с СО для потребителей услуг, присоединенных к
электрическим сетям напряжением выше 35 кВ.
 При отклонении потребителя от установленных договором значений соотношения в
результате участия в регулировании реактивной мощности по согласованию с сетевой
организацией он оплачивает услуги по передаче электрической энергии, в том числе в
составе конечного тарифа (цены) на электрическую энергию, поставляемую ему по
договору энергоснабжения с учетом понижающего коэффициента, устанавливаемого в
соответствии с методическими указаниями, утверждаемыми ФСТ РФ.
 В случае несоблюдения потребителем услуг установленных договором значений
соотношения потребления активной и реактивной мощности, кроме случаев, когда это
явилось следствием выполнения диспетчерских команд или распоряжений субъекта
оперативно-диспетчерского управления либо осуществлять по соглашению сторон,
он устанавливает и обслуживает устройства, обеспечивающие регулирование
реактивной мощности, либо оплачивает услуги по передаче электрической энергии, в
том числе в составе конечного тарифа (цены) на электрическую энергию, поставляемую
ему по договору электроснабжения, с учетом соответствующего повышающего
коэффициента.
 Убытки, возникающие у сетевой организации или третьих лиц в связи с нарушением
установленных значений соотношения потребления активной и реактивной мощности,
возмещаются лицом, допустившим такое нарушение, в соответствии с гражданским
законодательством РФ
Постановлением правительства № 530 от 31.08.2006 (п. 4, 3 абзац)
Министерству промышленности и энергетики Российской Федерации
было поручено в трехмесячный срок утвердить порядок расчета значений
соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных
энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств)
потребителей электрической энергии, применяемых для определения
обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче
электрической энергии (договорах энергоснабжения). Данное поручение
было выполнено только 22 февраля 2007 года, когда Минпромэнерго
России были утверждены предельные значения коэффициента реактивной
мощности (приказ № 49 О ПОРЯДКЕ РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ
СООТНОШЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ЭНЕРГОПРИНИМАЮЩИХ
УСТРОЙСТВ (ГРУПП ЭНЕРГОПРИНИМАЮЩИХ УСТРОЙСТВ)
ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЯЗАТЕЛЬСТВ СТОРОН В ДОГОВОРАХ ОБ ОКАЗАНИИ
УСЛУГ ПО ПЕРЕДАЧЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (ДОГОВОРАХ
ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ) ).
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
КОЭФФИЦИЕНТА РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ
Положение точки присоединения потребителя к
электрической сети
напряжением 110 кВ (154 кВ)
0,5
напряжением 35 кВ (60 кВ)
0,4
напряжением 6 - 20 кВ
0,4
напряжением 0,4 кВ
0,35
tg
В настоящее время в разработке находится новая методика
применения скидок и надбавок к тарифам на электроэнергию.
Согласно данной методике потребителю будет дана
возможность получить скидку за поддержание требуемого
коэффициента реактивной мощности в случае участия
потребителя по соглашению с сетевой организацией в
регулировании реактивной мощности в часы больших и/или
малых нагрузок электрической сети. С другой стороны, при
нарушении потребителем установленных норм величина тарифа
будет расти. В то время, пока методика только готовится к
утверждению, филиал «Нижновэнерго» и другие
распределительные сетевые компании интенсивно готовятся к
переходу на новый уровень взаимоотношений с потребителем и
новую организацию работ по управлению реактивной
мощностью.
В частности проводится инвентаризация и модернизация средств учета
реактивной мощности, пересматриваются технические условия на присоединение
новых потребителей, производятся расчеты предельных соотношений активной и
реактивной мощности для включения в договора энергоснабжения с
потребителями и многие другие мероприятия.
Однако одним из основных направлений работы по компенсации реактивной
мощности является:


компенсация потребления реактивной мощности в узлах нагрузок
потребителей за счет включения в работу существующих и установки
дополнительных
ИРМ
непосредственно
в
электроустановках
потребителей (на уровне ГПП, потребительских ПС, ТП 6-10/0,4 кВ);
снижение потоков реактивной мощности в линиях и трансформаторах
35-110 кВ за счет установки источников реактивной мощности
(БСК,УШР-110 кВ, БСК-10,6 кВ) на подстанциях филиала;
Алгоритм достижения ЦЕЛИ на примере филиала
«Нижновэнерго»
Максимальное потребление мощности Нижегородской области
Р – 3454 МВт Q – 2176 МВАр; tg  = Q/P=2176/3454=0.63
Для достижения tg  - 0,5 необходимо ввести 449 МВАр из них
70 МВАр – ННЭ
На ПС 110 кВ
379 МВАр – на
объектах
потребителей
204 МВАр ввести
существующие БСК
174,7 МВАр вновь
ЭФФЕКТ от уменьшения технологических потерь в сетях ННЭ в год
По уровню напряжения ВН – 15,6 млн. кВт. час,
По уровню напряжения СН 2 – 60,5 млн. кВт. час,
Что составляет 2% от потерь в сетях ВН.
Что составляет 13,4 % от потерь в сетях СН 2
Общий эффект - 76,1 млн. кВт. час/в год, или уменьшение тех. потерь в сети
ННЭ на 4,3 %
Выгода компенсации реактивной
мощности для потребителя
Компенсация выгодна всем, и компенсировать надо все уровни,
начиная с самого нижнего - электроприемника и поднимаясь выше.
Для сетевых компаний снижение величины реактивной мощности это в первую очередь высвобождение мощности и возможность
подключения новых потребителей. Для предприятий - снижение
потерь, как следствие, снижение затрат на электроэнергию,
влияющих на себестоимость продукции. Здесь стоит отметить,
что по оценкам отечественных и ведущих зарубежных
специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии
занимает величину порядка 30-40% в стоимости продукции. Это
достаточно веский аргумент, чтобы руководителю со всей
серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления и
выработке методики энергосбережения. Кроме того, на некоторых
предприятиях уже сейчас ощущается нехватка мощностей,
поэтому высвобождение мощности также актуально.
Считается, что компенсация реактивной мощности- это
решение для крупных предприятий с большим
энергопотреблением. Хотя значительное количество
реактивной мощности, в настоящее время генерируется
(потребляется) источниками освещения (люминесцентными
лампами), нелинейной нагрузкой и системами
приточновытяжной вентиляции и кондиционирования. Кроме
того, качество электрической энергии на предприятиях и в
офисных зданиях оставляет желать лучшего. Поэтому
повышенная потребляемая из сети реактивная мощность и
снижение качества напряжения влечет за собой
дополнительные расходы компании на оплату электроэнергии
и ремонт выходящего из строя оборудования из-за плохого
качества напряжения.
Методика оплаты реактивной мощности так же крайне
необходима. Причем даже предприятиям, так как она помогла бы
обосновать затраты на компенсацию перед финансовыми службами
и владельцами компаний, что сейчас крайне сложно.
Грамотная методика скидок и надбавок за компенсацию и
потребление соответственно значительно улучшили бы ситуацию с
реактивной мощностью в сетях.
Преимущества использования
конденсаторных установок для
компенсации реактивной мощности:
1.Малые удельные потери активной мощности (0,005
кВт на 1 кВАр)
2.Отсутствие вращающихся частей
3.Простой монтаж и эксплуатация
4.Невысокие капиталовложения
5.Возможность подбора любой необходимой мощности
6.Возможность установки и подключения в любой точке
сети
7.Отсутствие шума во время работы
8.Небольшие затраты по эксплуатации
Проблемы, которые помогут
решить конденсаторные
установки:
Конденсаторные установки применяются не только для того, чтобы
замедлить вращение счетчика реактивной энергии; их применение
позволяет решить ряд других проблем, возникающих на производстве:
1.Снизить установленную мощность силовых трансформаторов. (При
снижении потребления реактивной мощности снижается потребление
полной мощности).
2.Обеспечивать электропитание нагрузки по кабелю с меньшим сечением
3.Подключить дополнительно полезную нагрузку.
4.Позволяет избежать глубокой просадки напряжения на удаленных
электропотребителях (Водозаборные скважины, карьерные экскаваторы
с электроприводом, стройплощадки и т. д.)
5.Максимально использовать мощность автономных дизельгенераторов. (Корабельные установки, геологические партии,
стройплощадки и т. д.)
Облегчить пуск двигателя. (При местной компенсации)
Результаты выполнения Целевых
программ управления реактивной
мощностью в 2008-2009 гг.
Стабилизировали уровень
напряжения на ПС 35 кВ
Калинино (ННЭ)
Заменено 7 ПУ
активной энергии на
многофункциональные
Обеспечено
присоединение
электроустановок 10-ти
потребителей,
мощностью 6,375 МВт.
На подстанциях филиала введено
вновь 7 БСК суммарной
номинальной мощностью 26,1 Мвар
(в работе 15,1)
ЦП УПРМ
2008-2009 гг.
Экономический
эффект составил от
реализации данных
целевых программ
267,86 тыс. руб.
Вновь установлено 4
многофункциональных
приборов учета
электроэнергии (ПУ)
Целевая программа управления
реактивной мощностью в 2010-2014 гг.
На особом контроле находится
вопрос обеспечения
нормированных значений tgφ у 10ти крупных потребителей,
превышающего установленные
значения соотношения по
потреблению активной и
реактивной мощностей
ЦП УПРМ
2010-2014 гг.
Ввод на объектах филиала 2 БСК -110 кВ
общей мощностью 75 Мвар.
В филиале ННЭ в 2012 г. на ПС 110 кВ Лысково планируется
ввод управляемого шунтирующего реактора (УШР) мощностью
25 Мвар, что позволит плавно регулировать реактивную
мощность.
В рамках целевой программы филиал «Нижновэнерго»
за последние 2 года провел работу с 21 потребителем,
систематически превышающим потребление реактивной
мощности. Из них по 10 потребителям была вынесена
проблема на министерство Жилищно- коммунального
хозяйства и топливно-энергетического комплекса
Нижегородской области и на региональный штаб по
безопасности электроснабжения. В результате
проведенной работы ряд потребителей наметил на
ближайшее будущее на своем предприятии ввод БСК.
Целевая программа управления
реактивной мощностью в 2010-2014 гг.
Итоги реализации
целевой
программы УРМ
2010-2014 гг.
К декабрю 2014 г., в результате
ввода БСК на ПС 110 кВ ННЭ и
целенаправленной работы с
потребителями, снижение потерь
э/э в год составит 13 млн. кВт·ч
Нормализация
уровня напряжения в
3 узлах нагрузки
Значение компенсации и оптимизации реактивной
мощности трудно переоценить. Время требует и
от энергетиков и от потребителей повышенной
дисциплины и ответственности в решении этого
вопроса для достижения и теми, и другими
высоких показателей в нынешней работе и
качественного развития в будущем.
Компенсация =
эффективность +
качество!
Октябрь 2011 г.