Синхронные компенсаторы

Из анализа работы синхронного генератора следует, что увеличить выработку реактивной мощности можно только за счет снижения выработки активной мощности. Этот принцип реализован в синхронном компенсаторе (СК).

Синхронный компенсатор – это синхронный двигатель, который работает в режиме холостого хода, то есть практически без активной нагрузки на валу. Таким образом, СК загружен только реактивным током.

Схема замещения СК приведена на рис. 17.1.

Напряжение сети в точке подключения СК равно сумме обратной ЭДС E_q и падения напря-жения в сопротивлении x_d:

U_c = E_q + j .

Значение и знак реактивной мощности СК зависят от соотношения между ЭДС E_q и наряжением сети U_c. Поскольку Р_ск = 0, то

Величина ЭДС E_q определяется величиной тока возбуждения. Росту тока возбуждения соответсвует увеличение ЭДС E_q.

Как и синхронный двигатель, СК может работать в двух режимах: перевозбуждения и недовозбуждения. При перевозбуждении ЭДС СК больше напря-жения в точке его подключения

E_q > U_c.

Синхронный компенсатор генерирует в сеть реактивную мощность Ток СК опережает напряжение на 90^○. Векторная диаграмма режима перевозбуждения СК приведена на рис. 17.2 а.

Уменьшая ток аозбуждения, можно получить режим недовозбуждения. В этом режиме ЭДС СК меньше напряжения в точке его подключения E_q > U_c и ток СК отстает от напряжения на 90^○. Векторная диаграмма режима недовозбуждения СК приведена на рис. 17.2 б. В этом режиме СК потребляет реактивную мощ-ность, получая ее из сети.

Номинальная мощность СК указывается для режима перевозбуждения. В режиме недовозбуждения

Это связано, во-первых, с нагревом в лобовых частях СК – в режиме недовоз-буждения потоки складываются (рис. 17.2 б). Во- вторых, из-за нарушения устойчивой работы СК нельзя значительно снижать ток возбуждения.

Достоинства СК:

· возможность увеличения генерируемой мощности при снижении напряжения в сети за счет регулирования тока возбуждения;

· возможность плавного и автоматического регулирования реактивной мощности.

Батареи конденсаторов

Батареи конденсаторов применяются:

· для генерации реактивной мощности в узлах сети – поперечная компенсация. Батареи конденсаторов называют шунтовыми (ШБК);

· для уменьшения индуктивного сопротивления ЛЭП – продольная компенсация. Батареи конденсаторов называют устройствами продольной компенсации (УПК).

Шунтовые БК включают на шины ПС параллельно нагрузке, УПК включают в рассечку ЛЭП.

Батареи конденсаторов комплектуются из отдельных конденсаторов, которые соединяются последовательно и параллельно. Конденсаторы выпускаются в однофазном и трехфазном исполнении на номинальное напряжение от 0,22 до 10,5 кВ. Единичная мощность конденсаторов изменяется от 10 до 125 кВар. Увеличение напряжения достигается за счет увеличения числа последовательно включенных конденсаторов, увеличение мощности – за счет параллельного включения конденсаторов (рис. 17.3).

Число последовательно включенных конденсаторов определяется по формуле:

где U_{БК max} – максимальное линейное напряжение в точке присоединения БК;

U_{к ном} – номинальное напряжение конденсатора;

k_р – коэффициент, который учитывает разброс параметров конденсаторов, k_р = 0,92 – 0,95.

Число последовательно включенных конденсаторов равно:

где Q_БК – требуемая мощность БК;

Q_{к ном} – номинальная мощность конденсатора.

В сетях трехфазного тока конденсаторы включаются звездой и треугольником (рис. 17.4). Мощность батареи конденсаторов рассчитывается по формуле:

Q_БК = U²/X_БК,

где U –напряжение в месте подключения батареи конденсаторов.

При соединении конденсаторов звездой мощность батареи равна

.

При соединении в треугольником при использовании таких же конденсаторов мощность БК будет

в три раза больше, чем при соединении конденсаторов звездой.

При соединении конденсаторов в звезду режим работы нейтрали БК определяется режимом работы нейтрали сети, где она установлена.

Батареи конденсаторов бывают регулируемые и нерегулируемые. В нерегулируемой БК число конденсаторов неизменно. В регулируемой БК в зависимости от режима работы часть конденсаторов можно отключать. Отключение может выполняться как вручную, так и автоматически. Так как сразу отключается часть конденсаторов, то мощность БК изменяется не плавно, а ступенчато. Регулирование бывает одноступенчатое и многоступенчатое. Одноступенчатое регулирование – это фактически нерегулируемая БК, так как можно включить или отключить сразу все конденсаторы. При многоступенчатом регулировании каждая секция БК снабжена контактором или выключателем.

При отключении конденсаторов они автоматически разряжаются на активное сопротивление, присоединенное к БК. В качестве разрядного сопротивления для конденсаторных установок 6-10 кВ используют активное сопротивление трансформаторов напряжения (рис. 17.5).

Для БК напряжением до 1 кВ используются специальные разрядные активные сопротивления. Разряжать БК нужно потому, что при ее отключении от сети, в конденсаторах остается электрический заряд и сохраняется напряжение близкое по значению к напряжению сети. При замыкании БК на разрядное сопротивление конденсаторы теряют электрический заряд, напряжение спадает до нуля. Этим обеспечивается безопасность обслуживания БК.

Преимущества:

· простота устройства и его обслуживания;

· отсутствие вращающихся частей дает безопасность обслуживания;

· малые потери активной мощности - 0,003 МВт/Мвар.

Недостатки:

· зависимость мощности БК от напряжения;

· ступенчатое регулирование мощности БК и ее напряжения;

· чувствительность к искажению кривой формы напряжения;

· недостаточная электрическая прочность конденсаторов и малый срок их эксплуатации.