Синхронни компенсатори в електрически мрежи

Синхронният компенсатор е лек синхронен двигател, предназначен за работа на празен ход.

Основните потребители на електрическа енергия, в допълнение към активната мощност, консумират от генераторите на системата реактивна мощност… Броят на потребителите, изискващи големи намагнитващи реактивни токове за създаване и поддържане на магнитен поток, включва асинхронни двигатели, трансформатори, индукционни пещи и други. В резултат на това разпределителните мрежи обикновено се експлоатират с изоставащ ток.

Реактивната мощност, генерирана от генератора, се получава на най -ниската цена. Прехвърлянето на реактивна мощност от генераторите обаче е свързано с допълнителни загуби в трансформатори и преносни линии. Следователно, за да се получи реактивна мощност, става икономически изгодно да се използват синхронни компенсатори, разположени на възловите подстанции на системата или директно при потребителите.

Синхронните двигатели, благодарение на DC възбуждане, те могат да работят с cos = 1 и не консумират реактивна мощност от мрежата, а по време на работа, при свръхвъзбуждане, те дават реактивна мощност на мрежата. В резултат на това се подобрява коефициентът на мощност на мрежата и намаляват падането на напрежението и загубите в нея, както и коефициентът на мощност на генераторите, работещи в електроцентрали.

Синхронните компенсатори са предназначени да компенсират фактора на мощността на мрежата и да поддържат нормалното ниво на напрежение на мрежата в райони, където са концентрирани потребителските товари.

Синхронният компенсатор е синхронна машина, работеща в двигателен режим без натоварване на вала с променлив ток на полето.

В режим на свръхвъзбуждане токът изпреварва мрежовото напрежение, тоест е капацитивен по отношение на това напрежение, а в недовъзбуден режим той изостава, индуктивен. В този режим синхронната машина се превръща в компенсатор — генератор на реактивен ток.

Превъзбуденият режим на работа на синхронния компенсатор е нормален, когато доставя реактивна мощност към мрежата.

Синхронните компенсатори са лишени от задвижващи двигатели и от гледна точка на начина им на работа по същество са синхронни двигатели на празен ход.

В тази връзка, разширителни фуги, като тези, които служат за същите цели кондензаторни банкиинсталирани на потребителски подстанции също се наричат генератори на реактивна мощност… Въпреки това, в периоди на спад на потребителските натоварвания (например през нощта), често е необходимо да се използват синхронни компенсатори и в режим на недовъзбуждане, когато те консумират индуктивен ток и реактивна мощност от мрежата, тъй като в тези случаи мрежовото напрежение има тенденция да се увеличава и за поддържането му на нормално ниво е необходимо мрежата да се натоварва с индуктивни токове, които причиняват допълнителни падания на напрежението в нея.

За тази цел всеки синхронен компенсатор е оборудван с автоматичен регулатор на възбуждане или напрежение, който регулира величината на тока на възбуждане, така че напрежението в клемите на компенсатора да остане постоянно.

За да се подобри коефициентът на мощност и съответно да се намали ъгълът на изместване между тока и напрежението от стойността на φw до φc, е необходима реактивна мощност:

където P е средната активна мощност, kvar; φsv — фазово изместване, съответстващо на среднопретегления коефициент на мощност; φк — фазово изместване, което трябва да се получи след компенсация; а — коефициент, равен на около 0,9, въведен в изчисленията, за да се вземе предвид евентуално увеличаване на коефициента на мощност, без да се монтират компенсиращи устройства.

В допълнение на компенсация на реактивен ток индуктивни индустриални натоварвания, необходими са синхронни компенсатори на електропроводи. В дългите преносни линии при ниско натоварване преобладава капацитетът на линията и те работят с водещ ток. За да компенсира този ток, синхронният компенсатор трябва да работи с изоставащ ток, т.е., при недостатъчно възбуждане.

При значително натоварване на електропроводи, когато преобладава индуктивността на потребителите на електроенергия, електропроводът работи с изоставащ ток. В този случай синхронният компенсатор трябва да работи с водещ ток, т.е.превъзбуден.

Промяната в натоварването на електропровода води до промяна в потоците на реактивната мощност по величина и фаза и води до значителни колебания на напрежението в линията. В тази връзка става необходимо да се регулира.

Синхронни компенсатори обикновено се монтират на регионални подстанции.

За регулиране на напрежението в края или в средата на транзитните електропроводи могат да се създадат междинни подстанции със синхронни компенсатори, които трябва да регулират или поддържат напрежението непроменено.

Работата на такива синхронни компенсатори е автоматизирана, което създава възможност за плавен автоматичен контрол на генерираната реактивна мощност и напрежение.

За да се извърши асинхронно стартиране, всички синхронни компенсатори се снабдяват със стартови намотки в полюсни части или полюсите им са масивни. В този случай се използва директният метод и, ако е необходимо, методът за стартиране на реактора.

В някои случаи мощни компенсатори също се пускат в действие с помощта на асинхронни двигатели с фаза на стартиране, монтирани с тях на един и същ вал. За синхронизация с мрежата обикновено се използва методът за самосинхронизация.

Тъй като синхронните компенсатори не развиват активна мощност, въпросът за статичната стабилност на работата за тях губи своята спешност. Поради това те се произвеждат с по -малка въздушна междина от генераторите и двигателите. Намаляването на пролуката улеснява навиването на полето и намалява разходите на машината.

Номинална видима мощност на синхронния компенсатор съответства на работата му с превъзбуждане, т.е. номиналната мощност на синхронния компенсатор е неговата реактивна мощност при водещ ток, която той може да носи дълго време в работен режим.

Най-високите стойности на тока и мощността в режим на недовъзбуждане се получават при работа в реактивен режим.

В повечето случаи режимът на недостатъчно възбуждане изисква по-малко енергия от свръхвъзбуденото, но в някои случаи е необходима повече мощност. Това може да се постигне чрез увеличаване на пролуката, но това води до увеличаване на цената на машината и затова наскоро беше повдигнат въпросът за използване на режим с отрицателен ток на възбуждане. Тъй като синхронният компенсатор по отношение на активната мощност е натоварен само със загуби, то според него той може да работи стабилно и с малко отрицателно възбуждане.

В някои случаи, в сухи периоди, за работа в режим на компенсатор, те също се използват водноелектрически генератори.

Структурно, компенсаторите не се различават коренно от синхронните генератори. Те имат една и съща магнитна система, система за възбуждане, охлаждане и пр. Всички синхронни компенсатори със средна мощност са с въздушно охлаждане и са направени с възбудител и възбудител.

Поради факта, че синхронните компенсатори не са проектирани да извършват механична работа и не носят активно натоварване върху вала, те имат механично олекотена конструкция. Компенсаторите се произвеждат като относително нискооборотни машини (1000 — 600 об / мин) с хоризонтален вал и изпъкнал полюсен ротор.

Като синхронен компенсатор може да се използва генератор на празен ход с подходящо възбуждане. В свръхвъзбуден генератор се появява изравнителен ток, който е чисто индуктивен по отношение на напрежението на генератора и чисто капацитивен по отношение на мрежата.

Трябва да се има предвид, че свръхвъзбудената синхронна машина, независимо дали работи като генератор или като двигател, може да се разглежда спрямо мрежата като капацитет, а невъзбудената синхронна машина като индуктивност.

За да прехвърлите свързания към мрежата генератор в режим на синхронен компенсатор, достатъчно е да затворите достъпа на пара (или вода) до турбината. В този режим свръхвъзбуденият турбинен генератор започва да консумира малка активна мощност от мрежата само за покриване на загубите от въртене (механични и електрически) и прехвърля реактивната мощност към мрежата.

В режим на синхронен компенсатор генераторът може да работи дълго време и зависи само от условията на работа на турбината.

Ако е необходимо, турбинният генератор може да се използва като синхронен компенсатор както с въртяща се турбина (заедно с турбината), така и с изключен, т.е. с разглобен съединител.

Въртенето на парната турбина от страната на генератора, който е преминал в режим на задвижване, може да причини прегряване на опашната част на турбината.