Компенсирующие устройства.

В качестве компенсирующих устройств используются: синхронные компенсаторы (СК), батареи конденсаторов (БК), реакторы, статические источники реактивной мощности (ИРМ) и синхрон­ные двигатели (СД).

Батареи конденсаторов (БК) применяются:

а) для генерации реактивной мощности в узлах сети - поперечной ком­пенсации(шунтовые БК);

б) для уменьшения реактивного сопротивления линий - продольной компенсации[установки продольной компенсации (УПК)].

Шунтовые БК включают на шины подстанций (рис. 7.10, б), УПК вклю­чают в линии последовательно.

Батареи конденсаторов комплектуются из отдельных конденсаторов, со­единенных последовательно и параллельно (рис. 7.11, а и б). Конденсаторы выпускаются в однофазном и трехфазном исполнениях на номинальное на­пряжение 0,22 - 10,5 кВ. Единичная мощность конденсаторов составляет 10-125 квар.

Шунтовые конденсаторные батареи применяют на напряжениях до 110 кВ. Увеличение рабочего напряжения БК достигается увеличением числа по­следовательно включенных конденсаторов (рис. 7.11, а). Для увеличения мощности БК применяют параллельное соединение конденсаторов (рис. 7.11, б).

В сетях трехфазного тока конденсаторы включаются звездой и треугольником (рис. 7.12, а и б).

При соединении конденсаторов звездой мощность батареи

.

При соединении конденсаторов треугольником мощность батареи

.

Таким образом, при соединении конденсаторов треугольником мощность батареи оказывается в 3 раза больше. При напряжении до 1 кВ конденсаторы обычно включают треугольником. В энергосистемах БК на на­пряжение 6 кВ и выше, соединение выполняется только по схеме звезды с изолированной или глухо заземленной нейтралью в зависимости от режима нейтрали сети, в которой устанавливаются БК.

В конденсаторах, применяемых в компенсирующих устройствах, в каче­стве диэлектрика используется бумага, пропитанная минеральным маслом или синтетической жидкостью. Известны разработки конденсаторов повы­шенной мощности с диэлектриком из синтетической пленки, имеющих ма­лые габариты.

Батареи конденсаторов бывают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые. В нерегулируемых число конденсаторов неизменно, а вели­чина реактивной мощности зависит только от квадрата напряжения. Суммар­ная мощность нерегулируемых батарей конденсаторов не должна превышать наименьшей реактивной нагрузки сети.

В регулируемых батареях конденсаторов в зависимости от режима авто­матически или вручную изменяется число включенных конденсаторов. Вы­пускаются регулируемые комплектные батареи конденсаторов на напряже­ния 0,38; 6; 10 кВ, снабженные пускорегулирующим устройством, необходи­мым для автоматического изменения мощности батареи (контакторами или выключателями).

На практике изменение мощности, вырабатываемой батареей в номи­нальных эксплуатационных условиях, достигается включением или отклю­чением части конденсаторов, составляющих батарею, т. е. путем ступенча­того регулирования. Одноступенчатое регулирование заключается в отклю­чении или включении всех конденсаторов батареи, многоступенчатое – в от­ключении ил включении отдельных секций батареи, снабженных конденса­торами или включателями.

При отключении конденсаторов необходима их автоматическая (без участия дежурного персонала) разрядка на активное сопротивление, присое­диненное к батарее. Величина его должна быть такой, чтобы при отключении не возникло перенапряжений на зажимах конденсаторов. В качестве разряд­ного сопротивления для конденсаторных установок напряжением 6—10 кВ используется активное сопротивление трансформаторов напряжения (рис. 7.13, б).Для БК до 1 кВ применяют специальные разрядные сопротивления ( на рис. 7.13, а).

В сетях систем электроснабжения промышленных предприятий возможны следующие виды компенсации с помощью БК: а) индивидуальная — с размещением конденсаторов непосредственно у токоприемника; б) групповая — с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопро­водов в цехах; в) централизованная — с подключением батареи на шины 0,38 и 6—10 кВ подстанции. Во избежание существенного возрастания затрат на отключающую аппаратуру мощность батарей конденсаторов должна быть не менее 400 квар при присоединении конденсаторов через отдельный выключатель и не менее 100 квар при присоединении конденсаторов через общий выключатель к силовым трансформаторам, асинхронным двигателям и другим электроприемникам.

Основные технико-экономические преимущества конденсаторов в срав­нении с другими компенсирующими устройствами состоят в следующем: а) возможность применения как на низком, так и на высоком напряжении; б) малые потери активной мощности (0,0025 — 0,005 кВт/квар). Недостатки конденсаторов с точки зрения регулирования режима; а) зависимость генери­руемой ими реактивной мощности от напряжения; б) невозможность потреб­ления реактивной мощности; в) ступенчатое регулирование выработки реак­тивной мощности и невозможность ее плавного изменения; r) чувствитель­ность к искажениям формы кривой питающего напряжения.

Удельная стоимость (за 1 квар) БК совместно с пускорегулирующей ап­паратурой в настоящее время наименьшая по сравнению со стоимостью дру­гих компенсирующих устройств.

Конденсаторные батареи также имеют ряд эксплуатационных преимуществ: простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей); простота производства монтажа (малая масса, отсутствие фундамента); возможность использования для установки конденсаторов лю­бого сухого помещения. Среди эксплуатационных недостатков БК следует отметить малый срок службы (8 — 10 лет) и недостаточную электрическую прочность (особенно при коротких замыканиях и напряжениях выше номи­нального).

Синхронные компенсаторы (СК). Синхронный компенсатор — это синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода без нагрузки на валу. Потребляемая им активная мощность (если пренебречь потерями холо­стого хода), и СК загружен только реактивным током. По сравнению с обыч­ным синхронным двигателем СК изготовляются с облегченным валом, они имеют меньшие размеры и массу.

Режимы работы CК удобно характеризовать с помощью U-образной характеристики, рис.7.15., представляющей собой зависимость потребляемого синхронным компенсатором тока из сети от тока возбуждения .

Минимальное значение тока потребляемого синхронным компенсатором из сети имеет место при не­котором определенном (нормальном) значении тока возбуждения . При любом изменении (увеличении или уменьшении) тока возбуждения СК вырабатывает реактивную мощность. Действие перевозбужденного СК на сеть эквива­лентно присоединению к питающей сети конденсаторной батареи.

Уменьшая ток возбуждения, можно получить режим недовозбуждения. В этом режиме СК потребляет реактивную мощность, получая ее из сети. Номинальная мощность синхронного компенсатора () указывается для режима перевозбуждения. В режиме недо­возбуждения .

Положительными свойствами СК как источников реактивной мощности являются: а) возможность увеличения генерируемой реактивной мощности при пониже­нии напряжения в сети путем регулирования тока возбуждения; 6) воз­можность плавного и автоматического регулирования генерируемой реак­тивной мощности, в) возможность как потребления, так и выработки реактивной мощности.

Шунтирующие реакторыможно применять для регулирования реактив­ной мощности и напряжения. Реактор - это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для использования его индуктивности в элек­трической цепи. Активное сопротивление реактора очень мало. Шунтирую­щие реакторы рассчитаны на напряжения 35-750 кВ и могут как присоеди­няться к линии, так и включаться на шины подстанции. Реактор потребляет реактивную мощность, которая в зоне линейности его электромагнитной ха­рактеристики зависит от квадрата напряжения U:

,

где - индуктивная проводимость реактора.

Рис.7.16

Используются нерегулируемы и регулируемые шунтирующие реакторы. Управление реактором осуществляется в результате изменения его параметров с помощью подмагничивания. Такое подмагничивание возможно для управления только реактором, имеющим магнитопровод из ферромагнитного материала.

Среди недостатков стоит отметить, что реакторы только потребляют ре­активную мощность и ее величина пропорционально . Простое устройство и малая стои­мость - их достоинства.

Статические источники реактивной мощности(ИРМ) предназначены для плавной (регулируемой) генерации или потребления реактивной мощно­сти, что достигается в ИРМ использованием нерегулируемой батареи кон­денсаторов и включенного последовательно или параллельно с ней регули­руемого реактора (рис. 7.16). Плавность регулирования реактивной мощно­сти ИРМ достигается с помощью регулируемого тиристорного блока, входя­щего в устройство управления. Схемы ИРМ весьма разнообразны и позволяют вырабатывать или потреблять реактивную мощность в зависи­мости от режима работы и вида схемы.

Наибольший интерес с точки зрения регули­рования напряжения и реактивной мощности представляют статические ИРМ с параллельным соединением БК и управляемых реакторов. Управление мощностью реакторов существляется либо с помощью встречно - параллельно соединенных управляемых тиристорных преобразователей, либо путем из­менения подмагничивания реактора.

Синхронные двигатели. СД получили широкое распространение в про­мышленности для электроприводов, не требующих частого пуска и регули­рования скорости вращения (например, для привода насосов, компрессоров, вентиляторов и т. д.). Известно, что при изменении тока возбуждения СД, изменяется как величина, так и характер (индуктивный или емкостной) вырабатываемой им реактивной мощности, сле­довательно, их можно использовать в качестве компенсирующих устройств.

Режимы работы СД удобно характеризовать с помощью U-образных ха­рактеристик. Приведенные на рис. 7.17 U - образные характеристики СД (кри­вые 1–3), представляют собой зависимости потребляемого синхронным дви­гателем тока из сети и коэффициента мощности от тока возбуждения при постоянных значе­ниях мощности на валу, напряжения и частоты сети. Изменение тока возбуждения синхронного двигателя сопровожда­ется изменением силы и фазы потребляе­мого из сети тока, т. е. меняется зна­чение реактивной мощности СД, а, следо­вательно, и самой сети.

Анализ данных характеристик показывает, что минимальное значение тока потребляемого синхронным двигателем из сети имеет место при не­котором определенном значении тока возбуждения , соответствующем ре­жиму нормальной работы при =1. При любом изменении (увеличении или уменьшении) тока возбуждения потребляемый из сети ток возрас­тает вследствие увеличения реактивной составляющей.

На рис. 7.17 проведена пунктирная линия, в точках пересечения которой с U-об­разными характеристиками =1. Слева и справа от этой линии меньше единицы. Правые части кривых соответствуют перевозбуж­денной машине и отдаче в сеть индуктивного тока и реактивной мощности, а левые части — недовозбужденной машине и отдаче в сеть емкостного тока и потреб­лению реактивной мощности.

Рис.7.17

Синхронный двигатель, как компенсирующее устройство, обладает следующими отличительными свойствами:

- одновременно выполнять две функции – являться приводом механического устройство и выполнять функцию компенсирующего устройства;

- вырабатывать или потреблять из сети реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения при сохранении необходимого режима как приводного двигателя;

- плавно и в широких пределах регулировать величину и характер генерируемой реактивной мощности;

- предотвращать лавинообразное снижение напряжения в системах электроснабжения в аварийных режимах и при коротких замыканиях при наличии системы автоматического регулирования тока возбуждения.

Вопрос о целесообразности привлечения СД к генерации реактивной мощности должен решаться, учитывая следующие аспекты:

- технические параметры СД и его загрузку активной мощностью;

- состав и технические параметра узла нагрузки, где установлен СД;

- качество электрической энергии в месте установки двигателя;

- политики ценообразования, т.е. от соотношения цен на активную и реактивную составляющие электрической энергии, т.к. при существующей тенденции заметного увеличения платы за реактивную мощность, необходимость привлечение СД к генерации реактивной мощности значительно возрастает.

Дата добавления: 2015-10-21