Надлъжна компенсация на реактивна мощност — физически смисъл и техническо изпълнение

За да се подобри ефективността на съществуващите електропроводи, както и да се подобри тяхната пропускателна способност, се използват устройства за надлъжна компенсация на реактивната мощност. Днес изобилието от различни генериращи източници с различен капацитет, както и линии с високо напрежение, особено тези, които предават електричество на дълги разстояния, води до нарастващо търсене за повишаване не само на надеждността на електроенергийните системи като цяло, но и на подобряване на тяхната ефективност.

Има два начина за увеличаване на капацитета на пренос на електропроводи, първият от които е да се увеличи директно напречното сечение на линията, а вторият е да се използват надлъжни схеми за компенсиране на реактивната мощност. Вторият начин — надлъжното компенсиране на реактивната мощност — се оказва по -икономичен начин за постигане на тази цел както за междусистемните, така и за вътресистемните връзки.

Известно е, че когато реактивната мощност се предава по проводници, има значителни спадове на напрежението и увеличаване на тока в участъци от електрически мрежи и това създава ограничения за предаването на полезна, активна мощност.

Надлъжната компенсация на реактивната мощност предполага допълнително свързване на кондензатори последователно с товара чрез усилвателни или изолационни трансформатори, което прави възможно постигането на автоматично регулиране на напрежението в зависимост от текущата стойност на тока на натоварване.

Разбира се, с надлъжна компенсация аварийните режими са неизбежни, причините за които могат да бъдат:

• маневриране на кондензатори, което може да причини пренапрежение;

• ферорезонансен феномен;

• повреда на кондензаторите отвътре.

За да се избегнат повреди от рязко увеличаване на напрежението, кондензаторите в такива моменти трябва автоматично да се изключват от превключвател за високо напрежение или незабавно да се разреждат през искрово разстояние.

Тъй като кондензаторите за надлъжна компенсация на реактивната мощност са свързани последователно в променливотоковата верига, токът на цялата линия преминава през тях и следователно токът на късо съединение, ако има такъв, също ще тече през тях.

За да се увеличи капацитетът на предаване, надлъжната компенсация се прилага във високоволтови линии, което гарантира стабилността на електроенергийните системи, които включват тези линии.

При надлъжна компенсация токът на кондензатора е равен на общия ток на натоварване I, протичащ през него, а мощността на кондензаторната банка Q е променлива стойност, която зависи от натоварването във всеки даден момент. Тази реактивна мощност може да бъде изчислена по формулата:

Вk =Аз2/ωC

И тъй като мощността на кондензаторите в процеса на надлъжна компенсация не остава постоянна, тогава напрежението също се увеличава със сума, която е пропорционална на промяната в реактивното натоварване на дадената линия, тоест напрежението на кондензаторите е в никакъв случай не е постоянно, както е при напречната компенсация на реактивната мощност.

Превключващите се капацитивни надлъжни компенсационни единици са много популярни днес.Такива инсталации се използват за намаляване на влиянието на индуктивния компонент на реактивното съпротивление на трансформатори на тягови мрежи и тягови подстанции върху напрежението, приложено към токоуловителя на електрически локомотив. Тук, както бе споменато по -горе, един капацитет е свързан последователно с пантографа.

На руските тягови подстанции тези инсталации са монтирани във всмукателна линия, при която инсталирането на надлъжна компенсация служи за увеличаване на напрежението, предотвратяване на ефекта от водещи или изоставащи фази, получават се симетрични напрежения с равни токове в захранващите рамена, общите класът на напрежение за работно оборудване намалява и дизайнът на инсталацията се опростява …

Фигурата показва диаграма, която показва само една секция от надлъжни компенсаторни кондензатори, от които всъщност има няколко, свързани паралелно един с друг.

Напрежението към нисковолтовите намотки на трансформатори Т1 и Т2, свързани последователно, се подава от един ред кондензатори през тиристорен превключвател и ограничителен резистор. В този случай намотките на високо напрежение на тези трансформатори са свързани в противоположни посоки, а с едно късо съединение напрежението в кондензаторите се увеличава.

В момента, в който напрежението достигне настройката, тиристорният превключвател се задейства и дъгата на триелектродния разрядник веднага се запалва. Когато вакуумният контактор е включен, дъгата в разрядника се гаси.

Предимствата на такива инсталации за надлъжна компенсация включват:

• симетрично напрежение на шината;

• намаляване на колебанията в напрежението и повишаване на нивото му на електрически приемници.

Минуси:

• трудни условия на работа на кондензаторите на инсталацията в сравнение с страничната компенсация, тъй като токът на късо съединение на тяговата мрежа тече през кондензаторите и тук е необходима надеждна свръхбърза защита;

• претоварване на кондензатори в опасни режими: принудително, аварийно, след аварийно.

За да се постигне най -добър ефект от компенсацията на реактивната мощност, трябва да се използват регулируеми инсталации с комбинирана работа на надлъжна и странична компенсация.

Предимствата на използването на надлъжни компенсационни инсталации като цяло включват:

• увеличаване на мощността, предавана по линията;

• подобряване на стабилността на електроенергийните системи при пикови натоварвания;

• значително намаляване на загубите на активна мощност;

• подобряване на качеството на електроенергията в мрежите;

• висока ефективност на разпределение на мощността в паралелни линии;

• необходимостта от изграждане на генериращи източници в отдалечени райони отпада;

• междусистемните участъци и техническите параметри на линиите не е необходимо да се увеличават.

Основното икономическо предимство на използването на надлъжни компенсационни устройства е спестяването на енергия. Не само това качеството на електричеството се подобрява, така че броят на електропроводите може да бъде намален, ако се използва надлъжна компенсация на реактивната мощност. Опазването на околната среда е естествена последица от въвеждането на тази технология, особено в голям мащаб.

Цената на инсталациите е такава, че нова преносна линия струва 10 пъти повече от надлъжно компенсационно устройство със същия капацитет на предаване. В резултат на това възстановяването на такава система е само няколко години в сравнение с традиционните далекопроводи.