Синхронный компенсатор (СК) представляет собой синхронный двигатель облегчённой конструкции, предназначенный для работы на холостом ходу.
при открытой его установке на подстанции энергосистемы
У него два режима работы:
- Перевозбужденный
- Недовозбужденный
При работе в режиме перевозбуждения СК является генератором реактивной мощности. Наибольшая мощность СК в режиме перевозбуждения называется его номинальной мощностью. При работе в режиме недовозбуждения СК является потребителем реактивной мощности. По конструктивным условиям СК обычно не может потреблять из сети такую же реактивную мощность, которую он может генерировать. Изменение тока возбуждения СК обычно автоматизируется. При работе СК из сети потребляется активная мощность порядка 2—4% от номинальной реактивной мощности.
Номинальное напряжение
Номинальное напряжение синхронного компенсатора в соответствии с ГОСТ устанавливается на 5 или 10% выше соответствующего номинального напряжения электрической сети.
Номинальная мощность
Номинальная мощность синхронного компенсатора определяется как длительно допустимая нагрузка при номинальном напряжении, номинальных параметрах охлаждающей среды.
Номинальные мощности синхронных компенсаторов определяются в киловольт-амперах и должны соответствовать ряду мощностей согласно ГОСТ 609-84. По этому ГОСТ минимальная мощность синхронного компенсатора определена в 2800 кВА. Максимальная мощность компенсаторов, выпускаемых в прошлом в СССР, равнялась 160 MBА.
Номинальный ток статора
Номинальный ток статора определяется на основании значений номинальной мощности и номинального напряжения.
Номинальный ток ротора
Номинальный ток ротора - это наибольшее значение тока, при котором обеспечивается номинальная мощность компенсатора в режиме перевозбуждения при отклонении напряжения в сети в пределах ± 5% номинального напряжения.
Потери активной мощности при номинальных условиях охлаждения для синхронных компенсаторов находятся в пределах 1,5-2,5%.
Охлаждение синхронных компенсаторов выполняется двух видов для компенсаторов серии КС - косвенное воздушное с замкнутой системой вентиляции (по аналогии с турбогенераторами), для компенсаторов КСВ - косвенное водородное с охладителями газа, вмонтированными в корпус (см. рис.1). В обоих типах компенсаторов принята изоляция классов В и F.
Современные электрические нагрузки характеризуются значительным потреблением реактивной мощности. Рост потребления реактивной мощности связан в первую очередь с широким применением электроустановок, в которых для преобразования энергии используются магнитные поля (электродвигатели, трансформаторы и т. п.). Значительную реактивную составляющую имеют токи преобразовательных устройств с ртутными вентилями и тиристорами, люминесцентное освещение и др. В связи с этим электрические сети загружаются реактивной составляющей тока, что сопровождается понижением напряжения и большими потерями мощности при передаче и распределении электроэнергии.
Если в центре нагрузок включить синхронный компенсатор, он, генерируя реактивную мощность, необходимую потребителям, позволит разгрузить линии, соединяющие электростанции с нагрузкой, от реактивного тока, что улучшит условия работы сети в целом При этом синхронный компенсатор должен работать с перевозбуждением в режиме выдачи реактивной мощности. Синхронные компенсаторы устанавливаются также на подстанциях электропередач, где с их помощью обеспечиваются лучшее распределение напряжения вдоль линий и повышение устойчивости параллельной работы. При этом в зависимости от режима работы электропередачи может потребоваться работа компенсатора как в режиме генерации, так и в режиме потребления реактивной мощности.
В режиме разгрузки линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжений, количество которых в современных энергосистемах значительно, большая некомпенсированная зарядная мощность приводит к повышению напряжения у потребителей. В этот период синхронный компенсатор переводят в режим потребления реактивной мощности.
Реактивная мощность, генерируемая или потребляемая синхронным компенсатором, зависит от тока возбуждения.
При анализе работы синхронного компенсатора будем считать, что он включен в мощную сеть, вследствие чего при изменении тока статора напряжение на зажимах практически не меняется (рис.2).
а - холостого хода,
б - перевозбуждения,
в - недовозбуждения
Синхронные компенсаторы в основном используются для обеспечения достаточной мощности короткого замыкания и момента инерции. Они также способствуют стабилизации уровня напряжения в сети за счет восстановления напряжения при коротких замыканиях.
Пуск синхронного компенсатора
Наиболее распространенным способом пуска синхронного компенсатора является так называемый реакторный пуск (рис.3), при котором компенсатор подключается к сети выключателем Q2 через реактор, обладающий значительным индуктивным сопротивлением. Благодаря этому напряжение на выводах компенсатора в начале пуска снижается до 40-50% номинального, а пусковой ток не превышает (2-2,8)Iном.
Разворот компенсатора обеспечивается за счет асинхронного момента, для увеличения которого предусматривается специальная пусковая обмотка, расположенная в полюсных наконечниках ротора. В компенсаторах большой мощности массивные полюсы обеспечивают создание достаточно большого асинхронного момента, вследствие чего специальной пусковой обмотки не требуется.
Когда частота вращения компенсатора при развороте приблизится к синхронной, подается возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм. Воздействуя на АРВ, устанавливают минимальный ток статора, а затем выключателем Q1 шунтируют реактор, включая компенсатор в сеть.
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.
Власов Матвей АТП-Т19
Синхронным компенсатор
Синхронным 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.
В 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.
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
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.
Мельник Светлана АТП-Т19
Синхронный компенсатор реактивной мощности
Синхронным компенсатором СК называют синхронную машину, работающую в двигательном режиме без нагрузки на валу при изменяющемся токе возбуждения. Синхронный компенсатор в зависимости от тока возбуждения может выдавать реактивную мощность в сеть или потреблять её из сети. В конструктивном отношении СК похож на турбогенератор, однако выполняется на среднюю частоту вращения (750-1000 об/мин). Ротор СК изготавливается явнополюсным. Статор в конструктивном отношении подобен статору турбогенератора. СК характеризуется номинальной мощностью, напряжением и током статора, частотой, номинальным током ротора и потерями в номинальном режиме.
Номинальная мощность СК определяется как длительно допустимая нагрузка при номинальном напряжении, номинальных параметрах охлаждающей среды. Номинальная мощность СК выражается в киловольт-амперах. Номинальный ток статора определяется на основании значений номинальной мощности и номинального напряжения. Номинальный ток ротора – это наибольшее значение тока, при котором обеспечивается номинальная мощность синхронного компенсатора в режиме перевозбуждения при отклонении напряжения в сети в пределах ±5% номинального напряжения. Потери активной мощности при номинальных условиях охлаждения для синхронных компенсаторах находятся в пределах 1.5-2.5%.
Охлаждение синхронных компенсаторов выполняется двух видов: для компенсаторов серии КС – косвенное воздушное с замкнутой системой вентиляции, для компенсаторов КСВ – косвенная водородная с охладителями газа, вмонтированными в корпус. Современные электрические нагрузки характеризуются значительным потреблением реактивной мощности.
Рост потребления реактивной мощности связан в первую очередь с широким применением электроустановок, в которых для преобразования энергии используются магнитные поля (асинхронные электродвигатели, трансформаторы и т.п.). значительную реактивную составляющую имеют индукционные печи, люминесцентное освещение и другие. В связи с этим электрические сети загружаются реактивной составляющей тока, что сопровождается понижением напряжения и большими потерями мощности при передаче и распределении электроэнергии. Если в центре нагрузок включить синхронный компенсатор, он, генерируя реактивную мощность, необходимую потребителям, позволит разгрузить линии, соединяющие электростанции с нагрузкой, от реактивного тока, что улучшит условия работы сети в целом.
При этом синхронный компенсатор должен работать с перевозбуждением в режиме выдачи реактивной мощности. Обычно синхронные компенсаторы устанавливаются на узловых подстанциях энергосистемы, а также на подстанциях электропередач, где с их помощью обеспечиваются лучшее распределения напряжения вдоль линии и повышения устойчивости параллельной работы. При этом в зависимости от режима работы электропередачи может потребоваться работа компенсатора как в режиме генерации, так и в режиме потребления реактивной мощности. В режиме разгрузки линии электропередачи высокого напряжения, количество которых в современных энергосистемах значительно, большая нескомпенсированная зарядная мощность приводит к повышению напряжения у потребителей. В этот период синхронный компенсатор переводят в режим потребления реактивной мощности. Реактивная мощность, генерируемая или потребляемая синхронным компенсатором, зависит от тока возбуждения. С изменением тока возбуждения изменяется ЭДС обмотки статора ЕК. Режим, когда ЭДС компенсатора по значению равна напряжению сети, называют режимом холостого хода компенсатора. При увеличении тока возбуждения ЭДС компенсатора превысит напряжение на его зажимах (режим перевозбуждения). Под действием разности напряжений DU’ = ЕК’ – UК в статоре машины возникает ток IК.
Поскольку сопротивление обмоток компенсатора является в основном индуктивным, ток будет отставать от DU’ на угол, близкий к 90°. По отношению к вектору напряжения UК указанный ток будет отстающим на 90°. Компенсатор при этом отдаёт реактивную мощность в сеть. При недовозбуждении машины, когда ЕК < UК ток IК будет опережать вектор UК; машина будет потреблять реактивную мощность из сети. В режиме синхронного компенсатора могут работать синхронные гидро- и турбогенератор. Для перевода гидрогенератора в режим СК необходимо перекрыть доступ воды в камеру гидротурбины и сжатым воздухом с целью уменьшения активных потерь вытеснить воду из камеры. В дальнейшем изменением тока возбуждения гидрогенератора регулирует выдачу реактивной мощности в электрическую систему. При переводе турбогенератора в режим синхронного компенсатора обычно паровую турбину отсоединяют от генератора. Для разгона синхронного компенсатора с нуля до номинальных оборотов используется прямой или реакторный асинхронный пуск. Для маломощных синхронных компенсаторов применяется прямой пуск. Пусковой ток мощных компенсаторов ограничивается реактором. При приближении оборотов к номинальным реактор шунтируется выключателем. Когда частота вращения компенсатора при развороте приблизится к синхронной, подаётся возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм.
Семенихин Илья АТП-Т19
Синхронные компенсаторы (СК) используют для генерирования в электросеть реактивной мощности с целью повышения общего коэффициента мощности, стабилизации стандартного уровня напряжения в местах большого сосредоточения потребительских нагрузок, снижения потерь электроэнергии и общей оптимизации работы энергетических систем.
Конструктивно компенсатор представляют собой электродвигатель синхронного типа облегчённой конструкции, функционирующий в двигательном режиме без активной нагрузки, другими словами — на холостом ходу, исключительно на выработку реактивной энергии. Поэтому компенсаторы, устанавливаемые на питающих подстанциях, часто называют генераторами реактивной мощности. К числу наиболее мощных приемников реактивной мощности относят асинхронные электродвигателя, являющиеся приводом многих подвижных устройств.
Но в часы спада потребительских нагрузок, нередко возникает потребность в потреблении из электросети реактивной мощности, так как в такой ситуации напряжение в сети увеличивается и для поддержания его стандартного значения требуется загрузить сеть индуктивными токами. С этой целью все синхронные компенсаторы оснащаются автоматическим регулятором возбуждения, который подстраивает значение тока возбуждения таким образом, что напряжение на выводах компенсатора остается практически неизменным.
В зависимости величины от номинальной мощности синхронные компенсаторы имеют несколько типов систем возбуждения:
— бесщеточную;
— электромашинное возбуждение с подвозбудителем;
— тиристорную.
Ток компенсатора опережает напряжение на 90 градусов в режиме перевозбуждения. Уменьшая величину тока возбуждения СК, по аналогии с синхронными электродвигателем, можно перевести СК в режим недовозбуждения. При этом ЭДС — меньше напряжения в месте его подключения , ток компенсатора отстает от напряжения на 90 градусов.
Синхронные компенсаторы – это мощные электрические машины. Стандартный ряд номинальных мощностей изменяется в пределах от 10-160 тыс. кВА. Коэффициент мощности варьируется в пределах 0,92-0,95, при этом число полюсов – 8 либо 6, что соответствует частоте обращения ротора 750, 1000об/мин, соответственно. Обычно они имеют горизонтальное исполнение вала, устанавливают их в подстанционных помещениях либо под открытым небом. При наружной установке корпус компенсаторов имеет герметичное исполнение.
Выпускают компенсаторы с системами охлаждения двух типов:
— воздушной (для агрегатов с номинальной мощностью до 25МВА);
— водородной (на валу устанавливают мощные вентиляторы, обеспечивающие интенсивную циркуляцию газа).
Для выполнения асинхронного пуска синхронные компенсаторы оснащаются пусковыми обмотками, для их запуска используется способ реакторного пуска, а в определенных ситуациях — прямого.
К числу достоинств синхронных компенсаторов принято относить: — способность плавного автоматического регулирования величины реактивной мощности;
— возможность увеличения реактивной мощности за счет увеличения/уменьшения тока возбуждения при снижении напряжения в электросети.
Источники: https://leg.co.ua/knigi/oborudovanie/obsluzhivanie-sinhronnyh-kompensatorov-2.html
https://studfile.net/preview/2609546/page:4/
Емельянов Павел АТП-Т19