Synkrone kompensatorer i elektriske netværk

Den synkrone kompensator er en letvægts synkronmotor designet til tomgang.

De vigtigste forbrugere af elektrisk energi, ud over aktiv strøm, forbruger fra systemets generatorer reaktiv effekt… Antallet af brugere, der kræver store magnetiserende reaktive strømme for at skabe og opretholde magnetisk flux, omfatter asynkrone motorer, transformatorer, induktionsovne og andre. Som følge heraf drives distributionsnetværk normalt med efterslæbende strøm.

Den reaktive effekt genereret af generatoren opnås til den laveste pris. Imidlertid er overførslen af ​​reaktiv effekt fra generatorer forbundet med yderligere tab i transformere og transmissionsledninger. For at opnå reaktiv effekt bliver det derfor økonomisk fordelagtigt at anvende synkrone kompensatorer placeret ved systemets knudepunktsstationer eller direkte ved forbrugerne.

Synkronmotorer, takket være DC-excitation, kan de arbejde med cos = 1 og bruger ikke reaktiv effekt fra netværket, og under drift, med overexcitation, giver de reaktiv effekt til netværket. Som et resultat forbedres netværkets effektfaktor, og spændingsfaldet og tabene i det reduceres såvel som effektfaktoren for de generatorer, der arbejder i kraftværker.

Synkrone kompensatorer er designet til at kompensere netværkets effektfaktor og opretholde netværkets normale spændingsniveau i områder, hvor forbrugerbelastningen er koncentreret.

En synkron kompensator er en synkron maskine, der arbejder i motortilstand uden akselbelastning med vekselstrøm i feltet.

I overexcitationstilstanden fører strømmen netspændingen, det vil sige, den er kapacitiv i forhold til denne spænding, og i underexcitationstilstanden halter den bagud, induktiv. I denne tilstand bliver den synkrone maskine en kompensator - en reaktiv strømgenerator.

Den overspændte driftstilstand for den synkrone kompensator er normal, når den leverer reaktiv effekt til nettet.

Synkrone kompensatorer er blottet for drivmotorer og er med hensyn til deres drift i det væsentlige synkrone tomgangsmotorer.

I denne henseende, ekspansionsfuger, såsom dem, der tjener samme formål kondensator bankerinstalleret på brugerstationer kaldes også reaktive strømgeneratorer... Men i perioder med fald i brugerbelastning (f.eks. om natten) er det ofte nødvendigt at bruge synkrone kompensatorer og i under-excitationstilstand, når de forbruger induktiv strøm og reaktiv effekt fra netværket, da netværksspændingen i disse tilfælde har en tendens til at stige, og for at opretholde den på et normalt niveau, er det nødvendigt at belaste netværket med induktive strømme, hvilket forårsager yderligere spændingsfald i det.

Til dette formål er hver synkron kompensator udstyret med en automatisk magnetiserings- eller spændingsregulator, som regulerer størrelsen af ​​magnetiseringsstrømmen, så spændingen ved kompensatorens terminaler forbliver konstant.

For at forbedre effektfaktoren og følgelig reducere offsetvinklen mellem strømmen og spændingen fra værdien af ​​φw til φc, kræves reaktiv effekt:

hvor P er den gennemsnitlige aktive effekt, kvar; φsv — faseforskydning svarende til den vægtede gennemsnitlige effektfaktor; φk — faseforskydning, der skal opnås efter kompensation; a — en faktor svarende til ca. 0,9 indgår i beregningerne for at tage højde for en mulig stigning i effektfaktoren uden at installere kompenserende anordninger.

I tillæg til reaktiv strømkompensation induktive industrielle belastninger, synkrone linjekompensatorer er påkrævet. I lange transmissionsledninger, ved lav belastning, råder ledningskapacitet, og de arbejder med førende strøm. For at kompensere for denne strøm skal den synkrone kompensator fungere med efterslæbende strøm, dvs. med utilstrækkelig excitation.

Med en betydelig belastning på elledninger, når elforbrugernes induktans er fremherskende, fungerer elledningen med en efterslæbende strøm. I dette tilfælde skal den synkrone kompensator fungere med førende strøm, dvs. overspændt.

En ændring i belastningen på strømledningen forårsager en ændring i de reaktive effektstrømme i størrelse og fase og fører til betydelige udsving i ledningsspændingen. I den forbindelse bliver det nødvendigt at regulere.

Synkrone kompensatorer er normalt installeret på regionale understationer.

For at regulere spændingen for enden eller midt på gennemgangsledningerne kan der skabes mellemstationer med synkrone kompensatorer, som skal regulere eller holde spændingen uændret.

Driften af ​​sådanne synkrone kompensatorer er automatiseret, hvilket skaber muligheden for jævn automatisk kontrol af den genererede reaktive effekt og spænding.

For at udføre asynkron start er alle synkrone kompensatorer forsynet med startspoler i poldele, eller deres poler er massive. I dette tilfælde anvendes den direkte metode og om nødvendigt reaktorstartmetoden.

I nogle tilfælde sættes kraftige kompensatorer også i drift ved hjælp af startfase-induktionsmotorer monteret med dem på samme aksel. Til synkronisering med netværket bruges sædvanligvis selvsynkroniseringsmetoden.

Da synkrone kompensatorer ikke udvikler aktiv kraft, mister spørgsmålet om den statiske stabilitet af arbejdet for dem sin hastende karakter. På grund af dette er de fremstillet med en mindre luftspalte end generatorer og motorer. Reduktion af afstanden gør markvikling lettere og sænker maskinomkostningerne.

Den nominelle tilsyneladende effekt af den synkrone kompensator svarer til dens drift med overexcitation, dvs. den nominelle effekt af den synkrone kompensator er dens reaktive effekt ved førende strøm, som den kan bære i lang tid i driftstilstand.

Den højeste underexcitationsstrøm og effektværdier opnås ved drift i reaktiv tilstand.

I de fleste tilfælde kræver underexcitationstilstanden mindre strøm end overexciteringstilstanden, men i nogle tilfælde kræves der mere strøm. Dette kan opnås ved at øge afstanden, men dette fører til en stigning i maskinens omkostninger, og derfor er spørgsmålet om at bruge en negativ excitationsstrømtilstand for nylig blevet rejst. Da den synkrone kompensator mht. aktiv effekt kun er belastet med tab, kan den ifølge ham fungere stabilt og med lidt negativ excitation.

I nogle tilfælde, i tørre perioder, bruges de også til drift i kompensatortilstand hydroelektriske generatorer.

Strukturelt adskiller kompensatorer sig ikke fundamentalt fra synkrongeneratorer. De har samme magnetsystem, excitationssystem, køling osv. Alle mellemeffekt synkrone kompensatorer er luftkølede og lavet med exciter og exciter.

På grund af det faktum, at synkrone kompensatorer ikke er designet til at udføre mekanisk arbejde og ikke bærer en aktiv belastning på akslen, har de en mekanisk let konstruktion. Kompensatorer fremstilles som maskiner med relativt lav hastighed (1000 - 600 rpm) med en vandret aksel og en konveks stangrotor.

En tomgangsgenerator med passende magnetisering kan bruges som synkron kompensator.I en overspændt generator fremkommer en udligningsstrøm, som er rent induktiv i forhold til generatorspændingen og rent kapacitiv i forhold til nettet.

Man skal huske på, at en overexciteret synkronmaskine, uanset om den fungerer som en generator eller som en motor, kan betragtes i forhold til lysnettet som en kapacitans, og en ikke-exciteret synkronmaskine som en induktans.

For at overføre den netforbundne generator til den synkrone kompensatortilstand er det nok at lukke adgangen til damp (eller vand) til turbinen. I denne tilstand begynder den overexciterede turbinegenerator at forbruge en lille mængde aktiv strøm fra nettet kun for at dække rotationstabene (mekaniske og elektriske) og overfører den reaktive effekt til nettet.

I tilstanden af ​​synkron kompensator kan generatoren arbejde i lang tid og afhænger kun af turbinens driftsbetingelser.

Om nødvendigt kan turbinegeneratoren bruges som synkron kompensator både med turbinen roterende (sammen med turbinen) og med den slukket, dvs. med koblingen adskilt.

Drejning af dampturbinen på den side af generatoren, der er gået i køretilstand, kan få turbinens haleparti til at overophedes.