26 Синхронные компенсаторы

Повышение коэффициента мощности в сис­темах электропотребления достигается установ­кой конденсаторных батарей и применением синхронных двигателей в режиме генерации ре­активной мощности. По мере развития энергети­ческих систем наряду с синхронными двигателя­ми стали применяться синхронные машины без активной нагрузки на валу, т.е. лишь для выра­ботки реактивной мощности. Такие машины по­лучили название синхронных компенсаторов. За счет выдачи и потребления реактивной мощ­ности синхронные компенсаторы способствуют поддержанию напряжения в местах их подклю­чения. Сначала синхронные компенсаторы вы­полнялись с воздушным охлаждением, а затем для более мощных машин был сделан переход на водородное охлаждение.

Применение синхронных компенсаторов по­зволяет снизить потери электроэнергии в линиях электропередачи. Для этого необходимо умень­шать передаваемую через линию реактивную мощность за счет источников такой мощности на приемном конце. Такими источниками в на­шей стране и за рубежом стали синхронные ком­пенсаторы. Наибольших успехов в создании та­ких машин добился завод «Уралэлектротяжмаш» и его главный конструктор по синхронным ком­пенсаторам В.З. Пекне. Установленная мощность синхронных компенсаторов достигала 20—30 % мощности линий. Наиболее мощные синхронные компенсаторы в нашей стране были: 1940 г. — ЗОМВ∙А, 1956 г. — 75 МВ • А, 1963 г. — 100МВ∙А и 1969г.— 160 МВ • А.

Применение водородного охлаждения при­вело к снижению вентиляционных потерь на 25—35 % с одновременным увеличением мощности в тех же габаритах. С точки зрения стоимости строительства решающее значение имел переход на наружную установку компенса­торов. Расчетнотеоретические исследования показали целесообразность использования час­тоты вращения 750 об/мин и применения явнополюсной конструкции. Пуск компенсаторов осуществляется от сети через реактор.

Возбуждение компенсаторов осуществля­лось от генераторов постоянного тока, сочле­ненных с асинхронными короткозамкнутыми двигателями и маховиками. Агрегат размещался в здании подстанции и был связан с компенса­тором кабелями.

В 60-х годах для повышения эффективности действия синхронных компенсаторов вместо электромашинных возбудителей впервые в мире у нас в стране стали применять системы возбуж­дения с ртутными выпрямителями, получившие название ионных систем возбуждения. Однако радикальное упрощение системы возбуждения было достигнуто после освоения мощных крем­ниевых диодов и создания на их основе бесщеточных возбудителей. Такие возбудители, со­стоящие из обращенной синхронной машины и вращающегося выпрямителя, удалось размес­тить в объеме щеточно-контактного аппарата. Разработка бесщеточных систем возбуждения была выполнена В.З. Пекне, В.Ф. Федоровым и В.К. Воробьем.

В 90-е годы получили развитие статические тиристорные компенсаторы. Их преимущество состоит в меньших потерях по сравнению с электромашинными компенсаторами, а недостаток — в несинусоидальности напряжения. Пока ко­личество статических компенсаторов мало, по­этому в эксплуатации по-прежнему остаются синхронные компенсаторы.

Использование явления сверхпроводимости в электротехнике привело к разработке сверх­проводникового синхронного компенсатора. Его преимуществами являются: малые потери, сину­соидальная кривая напряжения, низкое индук­тивное сопротивление и возможность создания машин большой мощности. Испытание сверх­проводниковой машины в режиме синхронного компенсатора было проведено при мощности 20 МВ • А на стенде ВНИИэлектромаша. Осо­бенно перспективны такие компенсаторы в слу­чае использования высокотемпературных сверх­проводников (на уровне температуры жидкого азота). Разработка таких компенсаторов выпол­нена под руководством Л.И. Чубраевой. Следует заметить, что в связи с беспазовой конструкцией статора имеется возможность выполнения об­мотки статора на напряжение 110—220 кВ. На­ши работы вызвали большой интерес в зарубеж­ных странах, в частности в Японии и США. В Японии проблема разработки сверхпроводни­ковых синхронных компенсаторов входит в го­сударственную программу создания сверхпро­водниковых электрических машин, а в США в последнее время образована фирма по производ­ству компенсаторов, основанных на применении высокотемпературных сверхпроводников.