Synkrone kompensatorer i elektriske nettverk

Synkronkompensatoren er en lettvektssynkronmotor designet for tomgangsdrift.

Hovedforbrukerne av elektrisk energi, i tillegg til aktiv kraft, bruker fra generatorene til systemet reaktiv effekt… Antallet brukere som krever store magnetiserende reaktive strømmer for å skape og opprettholde magnetisk fluks inkluderer asynkrone motorer, transformatorer, induksjonsovner og andre. Som et resultat drives distribusjonsnettverk vanligvis med etterslepende strøm.

Den reaktive effekten generert av generatoren oppnås til lavest mulig kostnad. Imidlertid er overføring av reaktiv kraft fra generatorer forbundet med ytterligere tap i transformatorer og overføringslinjer. Derfor, for å oppnå reaktiv effekt, blir det økonomisk fordelaktig å bruke synkrone kompensatorer plassert ved nodetransformatorstasjonene til systemet eller direkte ved forbrukerne.

Synkronmotorer, takket være DC-eksitasjon, kan de jobbe med cos = 1 og bruker ikke reaktiv kraft fra nettverket, og under drift, med overeksitasjon, gir de reaktiv effekt til nettverket. Som et resultat forbedres kraftfaktoren til nettverket og spenningsfallet og tapene i det reduseres, samt effektfaktoren til generatorene som opererer i kraftverk.

Synkrone kompensatorer er designet for å kompensere strømfaktoren til nettverket og opprettholde det normale spenningsnivået til nettverket i områder der forbrukerbelastningen er konsentrert.

En synkronkompensator er en synkronmaskin som opererer i motormodus uten akselbelastning med vekselstrøm i feltet.

I overeksitasjonsmodus leder strømmen nettspenningen, det vil si at den er kapasitiv i forhold til denne spenningen, og i undereksitasjonsmodus henger den etter, induktiv. I denne modusen blir synkronmaskinen en kompensator - en reaktiv strømgenerator.

Den overeksiterte driftsmodusen til den synkrone kompensatoren er normal når den leverer reaktiv kraft til nettet.

Synkronkompensatorer er blottet for drivmotorer, og når det gjelder deres drift, er de i hovedsak synkrone tomgangsmotorer.

I denne forbindelse, ekspansjonsfuger, for eksempel de som tjener samme formål kondensatorbankerinstallert på brukerstasjoner kalles også reaktive kraftgeneratorer... Men i perioder med fall i brukerbelastning (for eksempel om natten) er det ofte nødvendig å bruke synkrone kompensatorer og i undereksitasjonsmodus, når de bruker induktiv strøm og reaktiv effekt fra nettverket, siden nettverksspenningen i disse tilfellene har en tendens til å øke, og for å opprettholde den på et normalt nivå, er det nødvendig å belaste nettverket med induktive strømmer, noe som forårsaker ytterligere spenningsfall i det.

For dette formål er hver synkron kompensator utstyrt med en automatisk eksitasjons- eller spenningsregulator, som regulerer størrelsen på eksitasjonsstrømmen slik at spenningen ved terminalene til kompensatoren forblir konstant.

For å forbedre effektfaktoren og følgelig redusere offsetvinkelen mellom strømmen og spenningen fra verdien av φw til φc, kreves reaktiv effekt:

hvor P er gjennomsnittlig aktiv effekt, kvar; φsv — faseforskyvning som tilsvarer den vektede gjennomsnittlige effektfaktoren; φk — faseforskyvning som skal oppnås etter kompensasjon; a — en faktor lik ca. 0,9 lagt inn i beregningene for å ta hensyn til en mulig økning i effektfaktoren uten å installere kompenserende enheter.

I tillegg til reaktiv strømkompensasjon induktive industrielle laster, synkrone linjekompensatorer kreves. I lange overføringslinjer, ved lav belastning, råder linjekapasitet og de opererer med ledende strøm. For å kompensere for denne strømmen må den synkrone kompensatoren operere med etterslepende strøm, dvs. med utilstrekkelig eksitasjon.

Med en betydelig belastning på kraftlinjer, når induktansen til strømforbrukere råder, opererer kraftlinjen med en etterslepende strøm. I dette tilfellet må den synkrone kompensatoren operere med ledende strøm, dvs. overspennes.

En endring i belastningen på kraftledningen forårsaker en endring i de reaktive effektstrømmene i størrelse og fase og fører til betydelige svingninger i linjespenningen. I denne forbindelse blir det nødvendig å regulere.

Synkronkompensatorer er vanligvis installert på regionale understasjoner.

For å regulere spenningen i enden eller i midten av gjennomgangskraftledningene kan det lages mellomstasjoner med synkrone kompensatorer, som skal regulere eller holde spenningen uendret.

Driften av slike synkrone kompensatorer er automatisert, noe som skaper muligheten for jevn automatisk kontroll av den genererte reaktive kraften og spenningen.

For å utføre asynkron start er alle synkronkompensatorer utstyrt med startspoler i poldeler eller polene deres er massive. I dette tilfellet brukes den direkte metoden og om nødvendig reaktoroppstartsmetoden.

I noen tilfeller blir kraftige kompensatorer også satt i drift ved å bruke startfase induksjonsmotorer montert med dem på samme aksel. For synkronisering med nettverket brukes vanligvis selvsynkroniseringsmetoden.

Siden synkrone kompensatorer ikke utvikler aktiv kraft, mister spørsmålet om den statiske stabiliteten i arbeidet for dem sin hast. På grunn av dette er de produsert med et mindre luftgap enn generatorer og motorer. Redusering av gapet gjør feltviklingen enklere og reduserer maskinkostnadene.

Nominell tilsynelatende kraft til den synkrone kompensatoren tilsvarer dens drift med overeksitasjon, dvs. den nominelle effekten til den synkrone kompensatoren er dens reaktive effekt ved ledende strøm, som den kan bære i lang tid i driftsmodus.

De høyeste undereksitasjonsstrømmen og effektverdiene oppnås ved drift i reaktiv modus.

I de fleste tilfeller krever undereksitasjonsmodus mindre strøm enn overeksitasjonsmodus, men i noen tilfeller kreves det mer strøm. Dette kan oppnås ved å øke gapet, men dette fører til en økning i kostnadene for maskinen, og derfor har spørsmålet om å bruke en negativ eksitasjonsstrømmodus nylig blitt reist. Siden synkronkompensatoren når det gjelder aktiv effekt kun er belastet med tap, kan den ifølge ham fungere stabilt og med liten negativ eksitasjon.

I noen tilfeller, i tørre perioder, for drift i kompensatormodus, brukes de også vannkraftgeneratorer.

Strukturelt skiller kompensatorer seg ikke fundamentalt fra synkrongeneratorer. De har samme magnetsystem, magnetiseringssystem, kjøling etc. Alle middels effekt synkrone kompensatorer er luftkjølte og laget med exciter og exciter.

På grunn av det faktum at synkrone kompensatorer ikke er designet for å utføre mekanisk arbeid og ikke bærer en aktiv belastning på akselen, har de en mekanisk lett konstruksjon. Kompensatorer produseres som relativt lavhastighetsmaskiner (1000 - 600 rpm) med horisontal aksel og konveks polrotor.

En tomgangsgenerator med passende magnetisering kan brukes som synkron kompensator.I en overeksitert generator oppstår det en utjevningsstrøm som er rent induktiv i forhold til generatorspenningen og rent kapasitiv i forhold til nettet.

Det må tas i betraktning at en overeksitert synkronmaskin, enten den fungerer som en generator eller som en motor, kan betraktes i forhold til strømnettet som en kapasitans, og en ikke-eksitert synkronmaskin som en induktans.

For å overføre den nettkoblede generatoren til synkron kompensatormodus, er det nok å lukke tilgangen til damp (eller vann) til turbinen. I denne modusen begynner den overeksiterte turbingeneratoren å forbruke en liten mengde aktiv kraft fra nettet bare for å dekke rotasjonstapene (mekaniske og elektriske) og overfører den reaktive kraften til nettet.

I modusen for synkron kompensator kan generatoren fungere i lang tid og avhenger bare av turbinens driftsforhold.

Om nødvendig kan turbingeneratoren brukes som synkron kompensator både med turbinen roterende (sammen med turbinen) og med den avslått, d.v.s. med clutchen demontert.

Spinning av dampturbinen på siden av generatoren som har gått i kjøremodus kan føre til at haledelen av turbinen overopphetes.