7. Синхронные компенсаторы.
Потребители электрической энергии, кроме активной мощности, потребляют от генераторов системы реактивную мощность, которая затрачивается на создание магнитных полей, необходимых для работы асинхронных двигателей, индукционных печей, трансформаторов и других электроприемников.
На создание реактивной мощности механическая энергия турбины практически не расходуется. Однако передача реактивной мощности от генераторов к потребителям связана с дополнительными потерями (мощности и напряжения) в трансформаторах и линиях. Потери напряжения приводят к снижению качества энергии, получаемой электроприемниками. Поэтому для получения реактивной мощности экономически выгодно устанавливать источники реактивной мощности вблизи потребителей, на подстанциях. Такими источниками являются синхронные и статические компенсаторы.
Синхронный компенсатор (СК) — это синхронная машина, работающая в двигательном режиме без нагрузки на валу при изменяющемся токе возбуждения. В зависимости от тока возбуждения синхронный компенсатор может работать в режимах перевозбуждения и недовозбуждения, и соответственно генерировать или потреблять реактивную мощность. Регулирование тока возбуждения осуществляется специальными схемами АРВ.
В перевозбужденном режиме ЭДС обмотки статора Ек1 больше напряжения сети UK (рис.7.1) ).
Рис.7.1 Векторная диаграмма синхронного компенсатора в перевозбужденном
и недовозбужденном режимах
Под действием разности напряжений ΔU= Ек1 - UK в статоре СК возникает ток Iк1, отстающий от вектора ΔU1 на 90°. Компенсатор в этом режиме отдает реактивную мощность в сеть. В недовозбужденном режиме Ек2< UK, в статоре СК возникает ток Iк2, опережающий вектор ΔU2 на 90°, т.е. СК будет потреблять реактивную мощность из сети. Синхронные компенсаторы не несут активной нагрузки на валу, поэтому их конструкция облегчена. Компенсаторы выполняются тихоходными (750—1000 об/мин) с горизонтальным валом и явнополюсным ротором (Рис. 5.2).
Синхронный компенсатор характеризуется номинальной реактивной мощностью, напряжением, током статора, частотой и номинальным током ротора. Номинальное напряжение синхронного компенсатора на 5 —10 % выше номинального напряжения сети.
СК небольшой мощности включаются в сеть методом прямого асинхронного пуска, когда СК подключают к сети без возбуждения. Разворот компенсатора происходит за счет асинхронного момента. Когда частота вращения приблизится к синхронной, подается возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм.
Мощные СК (10000 кВ-А и выше) включаются в сеть через реактор для ограничения пусковых токов и посадки напряжения на шинах (рис. 7.2).
Параметры реактора выбираются так, чтобы в момент пуска напряжение на шинах подстанции не падало ниже (80 — 85 %) UH0M, а напряжение на СК было (30 — 65 %) UH0M, при этом ток не превышает (2 — 2,8)Iном.
При пуске выключатель Q1 отключен, а Q2 включен. Разворот компенсатора происходит за счет асинхронного момента. Когда частота вращения приблизится к синхронной, подается возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм. Регулируя ток возбуждения, устанавливают минимальный ток статора и включают выключатель Q1, шунтируя реактор и включая СК в сеть.
Рис. 7.2 Схема реакторного пуска синхронного компенсатора
(Синхронные генераторы могут работать в режиме синхронного компенсатора, если закрыть доступ пара (или воды) в турбину. В таком режиме перевозбужденный турбогенератор начинает потреблять небольшую активную мощность из сети для своего вращения и отдает реактивную мощность в сеть.
Перевод гидрогенераторов в режим синхронных компенсаторов производится без остановки агрегатов, достаточно освободить камеру гидротурбины от воды.)