148. Технические мероприятия по компенсации реактивной мощности и технические средства, применяемые для их реализации.

Для компенсации Q, потребляемой электроустановками промышленного предприятия, используют генераторы электростанций и синхронные двигатели, а также дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства — синхронные компенсаторы, батареи¹ конденсаторов и специальные статические источники реактивной мощности.

Синхронные компенсаторы представляют собой синхронные двигатели облегченной конструкции без нагрузки на валу. Они могут работать как в режиме генерирования реактивной мощности (при возбуждении компенсатора), так и в режиме ее потребления (при недовозбуждении)-Промышленность изготовляет синхронные компенсаторы мощностью 5000 — 160000 кВА.

К достоинствам синхронных компенсаторов как источников реактивной мощности относятся: положительный регулирующий эффект, заключающийся в том, что при уменьшении напряжения в сети генерируемая мощность компенсатора увеличивается; возможность плавного и автоматического регулирования генерируемой реактивной мощности, что повышает устойчивость режимов работы системы и улучшает режимные параметры сети; достаточная термическая н электродинамическая стойкость обмоток компенсаторов во время КЗ; возможность восстановления поврежденных синхронных компенсаторов путем проведения ремонтных работ.

К недостаткам синхронных компенсаторов относятся удорожание и усложнение эксплуатации (по сравнению, например, с батареями конденсаторов) и значительный шум во время работы. Потери активной мощности в синхронных компенсаторах при их полной загрузке довольно

значительны и в зависимости от номинальной мощности находятся в пределах 0,011-0,03 кВт/кВАр (рис 1).

Удельная стоимость синхронных компенсаторов и потери активной мощности значительно увеличиваются при уменьшении их номинальной мощности. Высокая удельная стоимость синхронных компенсаторов небольших мощностей и большие потери активной мощности в них обусловливают применение синхронных компенсаторов лишь значительных мощностей па крупных подстанциях на открытом воздухе.

Синхронные двигатели, применяемые для электропривода, в основном изготовляют с коэффициентом мощности 0,9 при опережающем токе. Они являются эффективным средством компенсации реактивной мощности. Наибольший верхний предел возбуждения синхронного двигателя определяется допустимой температурой обмотки ротора с выдержкой времени, достаточной для форсировки возбуждения при кратковременных снижениях напряжения. Максимальное значение реактивной мощности зависит от загрузки двигателя активной мощностью к& подводимого напряжения и технических данных двигателя:

Основным критерием для выбора рационального режима возбуждения синхронного двигателя являются дополнительные потери активной мощности на генерацию реактивной мощности

Потери активной мощности на генерацию реактивной мощности синхронными двигателями существенно зависят от номинальной мощности и частоты вращения двигателя. Например, для двигателей серии СДН напряжением б кВ потери при их номинальной загрузке находятся в пределах 0,009*0,054 кВт/кВАр. Чем ниже значение номинальной мощности:» частоты вращения синхронного двигателя, тем значительно выше потери в двигателе на генерацию реактивной мощности.

Конденсаторы - специальные емкости, предназначенные для выработки реактивной мощности. По своему действию они эквивалентны перевозбужденному синхронному компенсатору и могут работать лишь как генераторы реактивной мощности. Конденсаторы изготовляют на номинальные напряжения 660 В и ниже мощностью 12,5-50 кВАр в трех- и однофазном исполнениях, а на 1050 В и выше мощностью 25+100 кВАр - в однофазном исполнении. Из таких элементов собирают батареи конденсаторов требуемой мощности, которые могут быть разделены на секции. Схема батареи конденсаторов определяется техническими данными конденсаторов и режимом работы в системе электроснабжения. Преимущества конденсаторов:

малые потери активной мощности (0,0025-Н),005 кВт/ кВ Ар);

простота эксплуатации (отсутствие вращающихся и трущихся частей);

простота монтажных работ (малая масса, отсутствие фундаментов);

возможность установки в любом сухом помещении.

Недостатки конденсаторов: зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения; чувствительность к искажениям питающего напряжения; недостаточная прочность, особенно при КЗ и перенапряжениях.

Установки конденсаторов бывают индивидуальные, групповые и централизованные. Индивидуальные применяют чаще на напряжениях до 660 В. В этих случаях конденсаторы присоединяют наглухо к зажимам приемника. Такой вид установки имеет существенный недостаток - плохое использование конденсаторов (с отключением приемника отключается и компенсирующая установка). При групповой установке конденсаторы присоединяют к распределительным пунктам сети. Использование установленной мощности конденсаторов увеличивается. При центраяизованной установке батареи конденсаторов присоединяют на стороне высшего напряжения ТП.

Для уменьшения затрат на отключающую аппаратуру, измерительные приборы и др. не рекомендуется установка батарей конденсаторов напряжением 6 - 10 кВ мощностью менее 400 кВАр с помощью отдельного выключателя и менее 100 кВАр с помощью общего выключателя с силовым трансформатором, асинхронным двигателем и другими приемниками.

При отключении конденсаторов необходимо, чтобы запасенная энергия разряжалась автоматически на постоянно включенное активное сопротивление (например, трансформатор напряжения). >

Появление мощных приемников с резкопеременной нагрузкой (главные приводы прокатных станов, дуговые сталеплавильные печи и т. п.) привело к необходимости создания принципиально новых источников реактивной мощности — статических компенсирующих устройств. Набросы реактивной мощноеп, сопровождающие работу этих приемников, вызывают значительные изменения питающего напряжения. Эти приемники как нелинейные элементы в системе электроснабжения вызывают также дополнительные искажения токов и напряжений. Поэтому к компенсирующим устройствам предъявляют следующие требования:

1. высокое быстродействие изменения реактивной мощности;

2. достаточный диапазон регулирования реактивной мощности;

3. возможность регулирования и потребления реактивной мощности;

4. минимальные искажения питающего напряжения.

Основными элементами статических компенсирующих устройсты являются конденсатор и дроссель — накопители электромагнитной энергии т вентили (тиристоры), обеспечивающие ее быстрое преобразование.

Статические компенсирующие устройства, содержащие фильтры высших гармоник (генерирующая часть) и регулируемый дроссель в различных исполнениях (рис 2). Сейчас известно большое количество вариантов схем, которые можно разделить на три группы:

5. мостовые источники реактивной мощности с индуктивным накопителем на стороне постоянного тока (рис. 2 а);

6. реакторы насыщения с нелинейной ВАХ ;

7. реакторы с линейной ВАХ и последовательно включенными встречно параллельными управляемыми вентилями

Основными достоинствами этих устройств являются высокое быстродействие, надежность работы и малые потери активной мощности. К недостатку их можно отнести необходимость установки дополнительной регулируемого дросселя.