Synkrona kompensatorer i elnät

Den synkrona kompensatorn är en lätt synkronmotor designad för tomgång.

Huvudförbrukarna av elektrisk energi, förutom aktiv effekt, förbrukar från systemets generatorer responsiv kraft… Antalet användare som kräver stora magnetiserande reaktiva strömmar för att skapa och bibehålla magnetiskt flöde inkluderar asynkronmotorer, transformatorer, induktionsugnar och andra. Som ett resultat drivs distributionsnät vanligtvis med eftersläpande ström.

Den reaktiva effekten som genereras av generatorn erhålls till lägsta kostnad. Emellertid är överföringen av reaktiv effekt från generatorer förknippad med ytterligare förluster i transformatorer och transmissionsledningar. För att erhålla reaktiv effekt blir det därför ekonomiskt fördelaktigt att använda synkrona kompensatorer placerade vid systemets nodstationer eller direkt vid förbrukarna.

Synkronmotorer, tack vare DC-excitation, kan de arbeta med cos = 1 och förbrukar inte reaktiv effekt från nätverket, och under drift, med överexcitation, ger de reaktiv effekt till nätverket. Som ett resultat förbättras nätverkets effektfaktor och spänningsfallet och förlusterna i det minskas, liksom effektfaktorn för de generatorer som arbetar i kraftverk.

Synkrona kompensatorer är utformade för att kompensera nätverkets effektfaktor och bibehålla nätverkets normala spänningsnivå i områden där konsumentbelastningar är koncentrerade.

En synkronkompensator är en synkronmaskin som arbetar i motorläge utan axelbelastning med växelström i fältet.

I överexciteringsläget leder strömmen nätspänningen, det vill säga den är kapacitiv med avseende på denna spänning, och i underexciteringsläget släpar den efter, induktiv. I detta läge blir synkronmaskinen en kompensator - en reaktiv strömgenerator.

Det överexciterade driftsättet för den synkrona kompensatorn är normalt när den levererar reaktiv effekt till nätet.

Synkronkompensatorer saknar drivmotorer och är till sin funktion i huvudsak synkrona tomgångsmotorer.

I detta avseende expansionsfogar, såsom de som tjänar samma syften kondensatorbankerinstallerade på användarstationer kallas också reaktiva kraftgeneratorer... Men i perioder med minskade användarbelastningar (till exempel på natten) är det ofta nödvändigt att använda synkrona kompensatorer och i underexciteringsläge, när de förbrukar induktiv ström och reaktiv effekt från nätverket, eftersom nätverksspänningen i dessa fall tenderar att öka, och för att bibehålla den på en normal nivå, är det nödvändigt att ladda nätverket med induktiva strömmar, vilket orsakar ytterligare spänningsfall i det.

För detta ändamål är varje synkron kompensator utrustad med en automatisk exciterings- eller spänningsregulator, som reglerar storleken på magnetiseringsströmmen så att spänningen vid kompensatorns terminaler förblir konstant.

För att förbättra effektfaktorn och följaktligen minska offsetvinkeln mellan strömmen och spänningen från värdet på φw till φc, krävs reaktiv effekt:

där P är den genomsnittliga aktiva effekten, kvar; φsv — fasförskjutning motsvarande den viktade medeleffektfaktorn; φk — fasförskjutning som ska erhållas efter kompensation; a — en faktor lika med ca 0,9 ingått i beräkningarna för att ta hänsyn till en eventuell ökning av effektfaktorn utan att installera utjämningsanordningar.

Dessutom reaktiv strömkompensering induktiva industrilaster krävs synkrona linjekompensatorer. I långa överföringsledningar, vid låg belastning, råder ledningskapacitet och de arbetar med ledande ström. För att kompensera för denna ström måste den synkrona kompensatorn arbeta med eftersläpande ström, d.v.s. med otillräcklig excitation.

Med en betydande belastning på kraftledningar, när induktansen hos elkonsumenter råder, arbetar kraftledningen med en eftersläpande ström. I detta fall måste den synkrona kompensatorn arbeta med ledande ström, d.v.s. överexciterad.

En förändring av belastningen på kraftledningen orsakar en förändring av de reaktiva effektflödena i storlek och fas och leder till betydande fluktuationer i linjespänningen. I detta avseende blir det nödvändigt att reglera.

Synkronkompensatorer installeras vanligtvis vid regionala transformatorstationer.

För att reglera spänningen i änden eller mitten av kraftledningarna kan mellanstationer skapas med synkrona kompensatorer, som ska reglera eller hålla spänningen oförändrad.

Driften av sådana synkrona kompensatorer är automatiserad, vilket skapar möjligheten till smidig automatisk kontroll av den genererade reaktiva effekten och spänningen.

För att utföra asynkron start är alla synkrona kompensatorer försedda med startspolar i poldelar eller så är deras poler massiva. I detta fall används den direkta metoden och, om nödvändigt, reaktorstartmetoden.

I vissa fall tas också kraftfulla kompensatorer i drift med startfasinduktionsmotorer monterade med dem på samma axel. För synkronisering med nätverket används vanligtvis självsynkroniseringsmetoden.

Eftersom synkrona kompensatorer inte utvecklar aktiv kraft, förlorar frågan om den statiska stabiliteten i arbetet för dem sin brådska. På grund av detta tillverkas de med ett mindre luftgap än generatorer och motorer. Att minska gapet gör fältlindning lättare och sänker maskinkostnaderna.

Den synkrona kompensatorns nominella skenbara effekt motsvarar dess drift med överexcitering, dvs. märkeffekten för den synkrona kompensatorn är dess reaktiva effekt vid ledande ström, som den kan bära under lång tid i driftläge.

De högsta underexciteringsström- och effektvärdena erhålls vid drift i reaktivt läge.

I de flesta fall kräver underexciteringsläget mindre effekt än överexciteringsläget, men i vissa fall krävs mer kraft. Detta kan uppnås genom att öka gapet, men detta leder till en ökning av kostnaden för maskinen, och därför har frågan om att använda ett negativt exciteringsströmläge nyligen tagits upp. Eftersom den synkrona kompensatorn sett till aktiv effekt endast belastas med förluster kan den enligt honom fungera stabilt och med liten negativ excitation.

I vissa fall, i torra perioder, för drift i kompensatorläge, används de också vattenkraftsgeneratorer.

Strukturellt skiljer sig inte kompensatorer i grunden från synkrona generatorer. De har samma magnetsystem, magnetiseringssystem, kylning etc. Alla medeleffektsynkrona kompensatorer är luftkylda och tillverkade med exciter och exciter.

På grund av det faktum att synkrona kompensatorer inte är konstruerade för att utföra mekaniskt arbete och inte bär en aktiv belastning på axeln, har de en mekaniskt lätt konstruktion. Kompensatorer tillverkas som relativt låghastighetsmaskiner (1000 - 600 rpm) med en horisontell axel och en konvex polrotor.

En tomgångsgenerator med lämplig magnetisering kan användas som synkron kompensator.I en överexciterad generator uppträder en utjämningsström som är rent induktiv med avseende på generatorspänningen och rent kapacitiv med avseende på nätet.

Man måste komma ihåg att en överexciterad synkronmaskin, oavsett om den fungerar som en generator eller som en motor, kan betraktas i förhållande till elnätet som en kapacitans och en icke exciterad synkronmaskin som en induktans.

För att överföra den nätanslutna generatorn till det synkrona kompensatorläget räcker det att stänga åtkomsten av ånga (eller vatten) till turbinen. I detta läge börjar den överexciterade turbingeneratorn att förbruka en liten mängd aktiv kraft från nätet endast för att täcka rotationsförlusterna (mekaniska och elektriska) och överför den reaktiva effekten till nätet.

I läget för synkron kompensator kan generatorn arbeta under lång tid och beror endast på turbinens driftsförhållanden.

Vid behov kan turbingeneratorn användas som en synkron kompensator både med turbinen roterande (tillsammans med turbinen) och med den avstängd, d.v.s. med kopplingen demonterad.

Att snurra ångturbinen på sidan av generatorn som har gått i körläge kan få turbinens bakdel att överhettas.