Kompensatory synchroniczne w sieciach elektrycznych
Kompensator synchroniczny to lekki silnik synchroniczny przeznaczony do pracy na biegu jałowym.
Główni odbiorcy energii elektrycznej, oprócz mocy czynnej, pobierają z generatorów systemu reaktywna moc… Liczba użytkowników wymagających dużych prądów biernych magnesujących do wytworzenia i utrzymania strumienia magnetycznego obejmuje silniki asynchroniczne, transformatory, piece indukcyjne i inne. W rezultacie sieci dystrybucyjne są zwykle eksploatowane z prądem opóźnionym.
Moc bierną generowaną przez generator uzyskuje się najniższym kosztem. Jednak przeniesienie mocy biernej z generatorów wiąże się z dodatkowymi stratami w transformatorach i liniach przesyłowych. Dlatego dla uzyskania mocy biernej ekonomicznie opłacalne staje się zastosowanie kompensatorów synchronicznych zlokalizowanych w węzłach sieci lub bezpośrednio u odbiorców.
Silniki synchroniczne dzięki wzbudzeniu DC mogą pracować z cos=1 i nie pobierają mocy biernej z sieci, a podczas pracy przy przewzbudzeniu oddają moc bierną do sieci. W efekcie poprawia się współczynnik mocy sieci oraz zmniejsza się w niej spadek napięcia i straty, a także współczynnik mocy generatorów pracujących w elektrowniach.
Kompensatory synchroniczne są przeznaczone do kompensacji współczynnika mocy sieci i utrzymywania normalnego poziomu napięcia w sieci w obszarach, w których skoncentrowane są obciążenia konsumentów.
Kompensator synchroniczny to maszyna synchroniczna pracująca w trybie silnikowym bez obciążenia wału z prądem przemiennym w polu.
W trybie przewzbudzenia prąd wyprzedza napięcie sieciowe, to znaczy jest pojemnościowy w stosunku do tego napięcia, aw trybie niedowzbudzenia pozostaje w tyle, indukcyjnie. W tym trybie maszyna synchroniczna staje się kompensatorem — generatorem prądu biernego.
Przewzbudzony tryb pracy kompensatora synchronicznego jest zjawiskiem normalnym, gdy dostarcza on do sieci moc bierną.
Kompensatory synchroniczne pozbawione są silników napędowych i pod względem działania są zasadniczo synchronicznymi silnikami biernymi.
W tym celu każdy kompensator synchroniczny jest wyposażony w automatyczny regulator wzbudzenia lub napięcia, który reguluje wielkość prądu wzbudzenia tak, aby napięcie na zaciskach kompensatora było stałe.
Aby poprawić współczynnik mocy i odpowiednio zmniejszyć kąt przesunięcia między prądem a napięciem z wartości φw do φc, wymagana jest moc bierna:
gdzie P jest średnią mocą czynną, kvar; φsv — przesunięcie fazowe odpowiadające średniemu ważonemu współczynnikowi mocy; φk — przesunięcie fazowe, jakie należy uzyskać po kompensacji; a — współczynnik równy około 0,9 wprowadzony do obliczeń w celu uwzględnienia możliwego wzrostu współczynnika mocy bez instalowania urządzeń kompensujących.
oprócz kompensacja prądu biernego indukcyjne obciążenia przemysłowe, wymagane są kompensatory linii synchronicznej. W długich liniach przesyłowych, przy małym obciążeniu, przeważa przepustowość linii i pracują one z prądem wiodącym. Aby skompensować ten prąd, kompensator synchroniczny musi działać z prądem opóźniającym, tj. Z niewystarczającym wzbudzeniem.
Przy znacznym obciążeniu linii elektroenergetycznych, gdy przeważa indukcyjność odbiorców energii elektrycznej, linia elektroenergetyczna działa z prądem opóźniającym. W takim przypadku kompensator synchroniczny musi pracować z prądem wyprzedzającym, czyli przewzbudzonym.
Zmiana obciążenia linii elektroenergetycznej powoduje zmianę wielkości i fazy przepływów mocy biernej oraz prowadzi do znacznych wahań napięcia w sieci. W tym zakresie konieczna staje się regulacja.
Kompensatory synchroniczne są zwykle instalowane w regionalnych podstacjach.
Aby regulować napięcie na końcu lub w środku tranzytowych linii elektroenergetycznych, można tworzyć podstacje pośrednie z kompensatorami synchronicznymi, które muszą regulować lub utrzymywać napięcie na niezmienionym poziomie.
Praca takich kompensatorów synchronicznych jest zautomatyzowana, co stwarza możliwość płynnej automatycznej regulacji generowanej mocy biernej i napięcia.
Aby wykonać rozruch asynchroniczny, wszystkie kompensatory synchroniczne są wyposażone w cewki rozruchowe w częściach biegunowych lub ich bieguny są masywne. W tym przypadku stosuje się metodę bezpośrednią oraz w razie potrzeby metodę rozruchu reaktora.
W niektórych przypadkach potężne kompensatory są również uruchamiane za pomocą silników indukcyjnych fazy rozruchu zamontowanych z nimi na tym samym wale. Do synchronizacji z siecią zwykle stosuje się metodę samosynchronizacji.
Ponieważ kompensatory synchroniczne nie rozwijają mocy czynnej, kwestia statycznej stabilności ich pracy traci na znaczeniu. Z tego powodu są produkowane z mniejszą szczeliną powietrzną niż generatory i silniki. Zmniejszenie szczeliny ułatwia nawijanie pola i obniża koszty maszyny.
Znamionowa moc pozorna kompensatora synchronicznego odpowiada jego pracy przy przewzbudzeniu, tj. moc znamionowa kompensatora synchronicznego jest jego mocą bierną przy prądzie wyprzedzającym, którą może przenosić przez długi czas w trybie pracy.
Największe wartości prądu i mocy niedowzbudzenia uzyskuje się podczas pracy w trybie biernym.
W większości przypadków tryb niedowzbudzenia wymaga mniejszej mocy niż tryb przewzbudzenia, ale w niektórych przypadkach wymagana jest większa moc. Można to osiągnąć poprzez zwiększenie szczeliny, ale prowadzi to do wzrostu kosztu maszyny, dlatego ostatnio podniesiono kwestię zastosowania trybu ujemnego prądu wzbudzenia. Ponieważ kompensator synchroniczny pod względem mocy czynnej jest obciążony jedynie stratami, może według niego pracować stabilnie iz niewielkim wzbudzeniem ujemnym.
W niektórych przypadkach, w okresach suchych, do pracy w trybie kompensacyjnym są również używane generatory hydroelektryczne.
Strukturalnie kompensatory zasadniczo nie różnią się od generatorów synchronicznych. Mają ten sam układ magnesów, układ wzbudzenia, chłodzenie itp. Wszystkie kompensatory synchroniczne średniej mocy są chłodzone powietrzem i wykonane ze wzbudnicy i wzbudnicy.
Ze względu na to, że kompensatory synchroniczne nie są przeznaczone do wykonywania pracy mechanicznej i nie przenoszą czynnego obciążenia na wał, mają konstrukcję lekką mechanicznie. Kompensatory produkowane są jako maszyny stosunkowo wolnoobrotowe (1000 - 600 obr/min) z poziomym wałem i wypukłym wirnikiem biegunowym.
Jako kompensator synchroniczny można zastosować prądnicę jałową z odpowiednim wzbudzeniem.W przewzbudzonym generatorze pojawia się prąd wyrównawczy, który jest czysto indukcyjny względem napięcia generatora i czysto pojemnościowy względem sieci.
Należy pamiętać, że przewzbudzona maszyna synchroniczna, działająca jako generator lub silnik, może być traktowana w odniesieniu do sieci jako pojemność, a niewzbudzona maszyna synchroniczna jako indukcyjność.
Aby przełączyć generator podłączony do sieci w tryb kompensatora synchronicznego, wystarczy zamknąć dopływ pary (lub wody) do turbiny. W tym trybie przewzbudzony turbogenerator zaczyna pobierać niewielką ilość mocy czynnej z sieci tylko na pokrycie strat obrotowych (mechanicznych i elektrycznych) i przekazuje moc bierną do sieci.
W trybie kompensatora synchronicznego generator może pracować przez długi czas i jest zależny tylko od warunków pracy turbiny.
W razie potrzeby turbogenerator może służyć jako kompensator synchroniczny zarówno przy obracającej się turbinie (wraz z turbiną), jak i przy wyłączonej, tj. ze zdemontowanym sprzęgłem.
Obracanie turbiny parowej po stronie generatora, która przeszła w tryb napędowy, może spowodować przegrzanie tylnej części turbiny.