Меню

Потребление реактивной мощности синхронным компенсатором

Синхронный компенсатор реактивной мощности

Синхронный компенсатор – синхронный двигатель не выполняющий механической работы. Его назначение — компенсация реактивной мощности. Если нагрузить его механической работой, он не сможет компенсировать реактивную составляющую в нужном диапазоне.

У него два режима работы:

  • Перевозбужденный;
  • Недовозбужденный;

Не будем углубляться в теорию работы синхронных машин, а рассмотрим отдельно каждый из режимов работы синхронного компенсатора.

Перевозбужденный режим. Так как компенсатор работает на холостом ходу, то согласно теории ток идеального холостого хода должен быть равен нулю, хотя на самом деле это не так. Выполняется равенство

. Если увеличить ток возбуждения (I в) больше нуля I в ≠ 0, то в двигателе образуется ЭДС и соответственно

— машина выходит из электрического равновесия и возникает ток

, который будет отставать от ∆

на 90 0 . Соответственно в сеть будет отдаваться реактивная составляющая. На рисунке а) приведена векторная диаграмма для данного случая.

Недовозбужденный режим. Если уменьшить I в, в двигателе образуется ЭДС, соответственно

, который будет отставать от ∆

на 90 0 , но будет опережать

на 90 0 . Соответственно с сети будет забираться реактивная составляющая. На рисунке б) приведена векторная диаграмма для данного случая.

Можно сделать вывод, что синхронный компенсатор работает в двух режимах: компенсации и потребления реактивной составляющей. Это значит что он может не только отдавать но и потреблять, что позволяет поддерживать баланс мощности в цепи. Он снабжается автоматической системой управления возбуждением и в автоматическом режиме регулирует cosφ цепи. Также обладает большой инерционностью, что не позволяет ему быстро реагировать на изменение параметров цепи. При установке его в сеть с резко-переменной нагрузкой нужно максимально оптимизировать настройки регуляторов САУ, чтоб машина не пошла в разнос, так как это чревато аварийными отключением подстанции из-за бросков тока в сеть. Строятся на мощность до S н = 100 000 кВА. Имеют явнополюсную конструкцию с 2р= 6 или 8 — тихоходные. Компенсаторы большой мощности делаются с водородным охлаждением.

Для асинхронного пуска снабжаются пусковыми обмотками в полюсных наконечниках или делают их с массивными полюсами. Пускаться они могут как прямым пуском, так и с помощью реакторов. Иногда используют гонный асинхронный двигатель для разгона машины до подсинхронной скорости. Наиболее часто имеют напряжение питания статора 6 кВ, 10 кВ и садятся на соответствующие линии ГПП.

Для возбуждения синхронного компенсатора чаще всего используют тиристорный преобразователь. Он прост в управлении, обладает малой инерционностью, дешев, по сравнению с другими устройствами, не требует постоянного обслуживания и быстро ремонтируем. Современные возбудители оборудованы микропроцессорной системой управления, которые могут в автоматическом режиме вычислять реактивную мощность и регулировать возбуждение машины, тем самым поддерживая баланс мощности. Ниже приведена функциональная схема системы автоматического регулирования (САУ):

Также ранее применялись, а кое-где и до сих пор используются, электромашинное возбуждение. Как правило, работает с очень малой чувствительностью и очень большой инерционностью по отношению к цепи. Дорог в обслуживании и эксплуатации. При выходе из строя долго находится в ремонте. Ниже показана самая примитивная схема электромашинного возбудителя:

Вывод: синхронный компенсатор является обратимым устройством. Он дорог, занимает много места, а также вызывает шум и иногда вибрации. Эксплуатация его не дешевая, а в случае выхода из строя вращающихся элементов требует длительного ремонта. В сравнении с современными средствами компенсации реактивной мощности является устаревшим.

Источник

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СРЕДСТВАМИ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Одним из эффективных путей целесообразного использования электроэнергии и повышения технико-экономических показателей работы электрооборудования является компенсация реактивной мощности (КРМ). Правильная компенсация реактивной мощности дает ряд преимуществ, таких как:

 высвобождение дополнительной мощности трансформаторов за счет снижения реактивной и, как следствие, полной мощности; 5

 уменьшение потерь активной составляющей тока (за счет уменьшения фазных токов в сетях потребителя);

Читайте также:  Трактор бюллер мощность двигателя

 использование линий электропередач меньшего сечения;

 увеличение сроков службы электрооборудования за счет снижения нагрузок и нагрева;

 экономия при оплате электроэнергии и мощности (применение повышающих или понижающих коэффициентов к тарифу на передачу электроэнергии);

 улучшение качества электроэнергии у потребителей (улучшается освещенность на рабочих местах, увеличивается производительность труда).

 уменьшение аварий на электроустановках потребителя;

 уменьшение уровня гармоник в сети.

Мельницы мокрого самоизмельчения предназначены для размола руд черных и цветных металлов, алмазо- и золотосодержащих руд, сырья для промышленности строительных материалов. Мельницы самоизмельчения предназначены для измельчения руд дробящей средой, в которых служат не металлические шары и стержни, а крупные куски руды, загружаемые в мельницу. Работа мельницы происходит при непрерывной подаче во вращающийся барабан руды и воды. Материал, поступивший в барабан, захватывается специальными выступающими над бронеплитами подъемниками (лифтерами) и поднимается вверх до тех пор, пока сила тяжести поднятых кусков не превысит действующую на них центробежную силу, после чего эти куски падают и скатываются вниз. Измельчение материала происходит путем раскалывания, раздавливания и истирания. Измельченный материал проходит через разгрузочную решетку и выгружается из мельницы.

Мельницы самоизмельчения предназначены для тонкого измельчения (до 0,3-0,07 мм) крупнокускового (от 300 до 600 мм) неклассифицированного или разделенного на два класса крупности (+100 и –100 мм) материала при переработке медно-молибденовых, железных, золотосодержащих и других типов руд. В процессе измельчения крупные куски измельчают более мелкие зерна руды и одновременно измельчаются сами. По своей конструкции мельницы подобны обычным, принципиальное отличие их состоит лишь большом диаметре (до 11-13 м) при малой длине (0,3-0,5 диаметра). Большой диаметр обеспечивает необходимую силу удара кусков и увеличивает удельную производительность её диаметру в степени 0,6.

Такие мельницы используют в настоящее время в компании Алроса МГОК на обогатительной фабрике №3 для размола алмазосодержащих руд.

Средства компенсации реактивной мощности. Для искусственной компенсации реактивной мощности, называемой иногда «поперечной» компенсацией, применяются специальные компенсирующие устройства, являющиеся средствами компенсации реактивной мощности. Понятие средства компенсации реактивной мощности относят к любым устройствам, способным целенаправленно воздействовать на баланс реактивной мощности в энергетической системе объекта. Это воздействие может быть достигнуто увеличением или уменьшением как генерируемой, так и потребляемой реактивной мощности. К основным техническим средствам компенсации реактивной мощности относятся следующие виды компенсирующих устройств: конденсаторные батареи (КБ), синхронные компенсаторы, статические тиристорные компенсаторы.

Синхронные двигатели компенсаторы. При увеличении тока возбуждения выше номинального значения синхронные двигатели (СД) могут вырабатывать реактивную мощность, следовательно, их можно использовать как средство компенсации реактивной мощности. Главным отличием СД от АД является то, что магнитное поле, необходимое для действия СД, создаётся в основном от отдельного источника постоянного тока (возбудителя). Вследствие этого СД в нормальном режиме (при cos? = 1) почти не потребляет из сети реактивной мощности, необходимой для создания главного магнитного потока, а в режиме перевозбуждения, т.е. при работе с опережающим коэффициентом мощности, может генерировать ёмкостную мощность в сеть. Синхронные двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью, рассчитаны на опережающий коэффициент мощности cos? = 0,9 и при номинальной активной нагрузке ?ном и напряжении ?ном могут вырабатывать номинальную реактивную мощность:

При недогрузке СД по активной мощности ? = ? ?ном 1.

Преимуществом СД, используемым для компенсации реактивной мощности, по сравнению с КБ является возможность плавного регулирования генерируемой реактивной мощности. Недостатком является то, что активные потери на генерирование реактивной мощности для СД больше, чем для КБ, так как зависят от квадрата генерируемой мощности СД. Дополнительные активные потери в обмотке СД, кВт, вызываемые генерируемой реактивной мощностью в пределах изменения cos? от 1 до 0,9 при номинальной активной мощности СД, равной Рном,

где ?ном-номинальная реактивная мощность СД, квар; -сопротивление одной фазы обмотки СД в нагретом состоянии, Ом; ?ном -номинальное напряжение сети, кВ. В общем случае когда Р, Q, и U отличаются от номинальных значений, потери активной мощности, кВт, на генерирование реактивной мощности

Читайте также:  Переток мощности через секционный выключатель

где Q’-величина генерируемой синхронным двигателем реактивной мощности, кВАр; ?1 и ?2 — постоянные величины, кВт. Реактивная мощность Q’, генерируемая синхронным двигателем при активной нагрузке Р

Источник



Синхронные компенсаторы в электрических сетях

Синхронные компенсаторыСинхронным компенсатором называется синхронный двигатель облегчённой конструкции, предназначенный для работы на холостом ходу.

Основные потребители электрической энергии, кроме активной мощности, потребляют от генераторов системы реактивную мощность. К числу потребителей, требующих большие намагничивающие реактивные токи для создания и поддержания магнитного потока, относятся асинхронные двигатели, трансформаторы, индукционные печи и другие. В связи с этим распределительные сети обычно работают с отстающим током.

Реактивная мощность, вырабатываемая генератором, получается с наименьшими затратами. Однако передача реактивной мощности от генераторов связана с дополнительными потерями в трансформаторах и линиях передач. Поэтому для получения реактивной мощности становится экономически выгодным применение синхронных компенсаторов, располагаемых на узловых подстанциях системы или непосредственно у потребителей.

Синхронные двигатели благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с cos = 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе, с перевозбуждением отдают реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повышается коэффициент мощности генераторов, работающих на электростанциях.

Синхронные компенсаторы предназначаются для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок.

Синхронным компенсатор — синхронная машина, работающая в двигательном режиме без нагрузки на валу при изменяющемся токе возбуждения.

В перевозбужденном режиме ток опережает напряжение сети, т. е. является по отношению к этому напряжению емкостным, а в недовозбужденных — отстающим, индуктивным. В таком режиме синхронная машина превращается в компенсатор — в генератор реактивного тока.

Нормальным являемся перевозбужденный режим работы синхронного компенсатора, когда он отдает в сеть реактивную мощность.

Синхронные компенсаторы лишены приводных двигателей и с точки зрения режима своей работы в сущности являются синхронными двигателями, работающими на холостом ходу.

Синхронные компенсаторыВ связи с этим компенсаторы, как и служащие для этих же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности . Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных компенсаторов также в недовозбужденном режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность, так как в этих случаях напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения.

Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует величину его тока возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остается постоянным.

Для того чтобы улучшить коэффициент мощности и соответственно уменьшить угол сдвига между током и напряжением от значения φсв до φк нужна реактивная мощность:

где Р — средняя активная мощность, квар; φсв — сдвиг фаз, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности; φк — сдвиг фаз, который должен быть получен после компенсации; а — коэффициент, равный около 0,9, вводимый в расчеты с целью учета возможного повышения коэффициента мощности, без установки компенсирующих устройств.

Помимо компенсации реактивных токов индуктивных промышленных нагрузок, синхронные компенсаторы необходимы на ЛЭП. В длинных ЛЭП при малых нагрузках преобладает емкость линии, и они работают с опережающим током. Для того чтобы компенсировать этот ток, синхронный компенсатор должен работать с отстающим током, т. е. недовозбужденным.

При значительной нагрузке ЛЭП, когда преобладает индуктивность потребителей электроэнергии, ЛЭП работает с отстающим током. В этом случае синхронный компенсатор должен работать с опережающим током, т. е. перевозбужденным.

Читайте также:  Индукционная варочная панель 4 конфорки мощность 220 или 380

Изменение нагрузки на ЛЭП вызывает изменение потоков реактивных мощностей по величине и фазе, приводит к значительным колебаниям напряжения в линии. В связи с этим возникает необходимость его регулирования.

Синхронные компенсаторы обычно устанавливают на районных подстанциях.

Для регулирования напряжения в конце или середине транзитных ЛЭП могут быть созданы промежуточные подстанции с синхронными компенсаторами, которые должны регулировать либо поддерживать напряжение неизменным.

Работа таких синхронных компенсаторов автоматизируется, в связи с чем создается возможность плавного автоматического регулирования величины вырабатываемой реактивной мощности и напряжения.

Для осуществления асинхронного пуска все синхронные компенсаторы снабжаются пусковыми обмотками в полюсных наконечниках или их полюсы делаются массивными. При этом используется способ прямого, а в необходимых случаях — способ реакторного пуска.

В некоторых случаях мощные компенсаторы пускаются в ход также с помощью пусковых фазных асинхронных двигателей, укрепляемых с ними на одном валу. Для синхронизации с сетью при этом обычно используется метод самосинхронизации.

Так как синхронные компенсаторы не развивают активной мощности, то вопрос о статической устойчивости работы для них теряет остроту. Поэтому они изготовляются с меньшим воздушным зазором, чем генераторы и двигатели, Уменьшение зазора позволяет облегчить обмотку возбуждения и удешевить машину.

Номинальная полная мощность синхронного компенсатора соответствует его работе с перевозбуждением, т.е. номинальной мощностью синхронного компенсатора считается его реактивная мощность при опережающем токе, которую он может длительно нести в рабочем режиме.

Синхронные компенсаторы

Наибольшие значения тока и мощности в недовозбужденном режиме получаются при работе в реактивном режиме.

В большинстве случаев в недовозбужденном режиме требуются меньшие мощности, чем в перевозбужденном, но в некоторых случаях необходима большая мощность. Этого можно достигнуть увеличением зазора, однако это приводит к удорожанию машины, и поэтому в последнее время ставится вопрос об использовании режима с отрицательным током возбуждения. Поскольку синхронный компенсатор по активной мощности загружен только потерями, то, согласно он может работать устойчиво также с небольшим отрицательным возбуждением.

В ряде случаев в маловодные периоды для работы в режиме компенсаторов используются также генераторы гидроэлектростанций.

В конструктивном отношении компенсаторы принципиально не отличаются от синхронных генераторов. Они имеют такую же магнитную систему, систему возбуждения, охлаждения и др. Все синхронные компенсаторы средней мощности имеют воздушное охлаждение и выполняются с возбудителем и подвозбудителем.

В связи с тем, что синхронные компенсаторы не предназначены для выполнения механической работы и не несут активной нагрузки на валу, они имеют механически облегченную конструкцию. Компенсаторы выполняются как сравнительно тихоходные машины (1000 — 600 об/мин) с горизонтальным валом и явнополюсным ротором.

В качестве синхронного компенсатора может быть использован генератор, работающий вхолостую при соответствующем возбуждении. В перевозбужденном генераторе появляется уравнительный ток, являющийся чисто индуктивным относительно напряжения генератора и чисто емкостным относительно сети.

Следует иметь в виду, что перевозбужденная синхронная машина независимо от того, работает ли она генератором или двигателем, может рассматриваться относительно сети как емкость, а недовозбужденная — как индуктивность.

Для того чтобы перевести генератор, включенный в сеть, в режим синхронного компенсатора, достаточно закрыть доступ пара (или воды) в турбину. В таком режиме перевозбужденный турбогенератор начинает потреблять небольшую активную мощность из сети только для покрытия потерь вращения (механических и электрических) и отдает реактивную мощность в сеть.

В режиме синхронного компенсатора генератор может работать длительное время и зависит лишь от условий работы турбины.

При необходимости турбогенератор может быть использован в качестве синхронного компенсатора как при вращающейся турбине (вместе с турбиной), так и при отсоединенной, т. е. при разобранной муфте сочленения.

Вращение паровой турбины со стороны генератора, перешедшего в двигательный режим, может вызвать перегрев хвостовой части турбины.

Источник

Adblock
detector