какой недостаток устраняется за счет компенсирующего устройства

КОМПЕНСИ́РУЮЩИЕ УСТРО́ЙСТВА

Том 14. Москва, 2009, стр. 688

Скопировать библиографическую ссылку:

КОМПЕНСИ́РУЮЩИЕ УСТРО́ЙСТВА в элек­тро­энер­ге­ти­ке, уст­рой­ст­ва, для воз­ме­ще­ния (ком­пен­са­ции) ре­ак­тив­ной мощ­но­сти; при­меня­ют­ся в элек­тро­энер­ге­тич. сис­те­мах с це­лью нор­ма­ли­за­ции на­пря­же­ний в уз­лах се­ти и сни­же­ния по­терь элек­тро­энер­гии. Ре­ак­тив­ная мощ­ность (РМ), оп­ре­де­ляе­мая пе­рио­дич. об­ме­ном энер­ги­ей ме­ж­ду элек­три­че­ски­ми и маг­нит­ны­ми по­ля­ми эле­мен­тов элек­трич. це­пи, спо­соб­ных на­ка­п­ли­вать и от­да­вать энер­гию, вы­зы­ва­ет до­пол­нит. на­грев про­вод­ни­ков и ока­зы­ва­ет зна­чит. влия­ние на на­пря­же­ние в уз­лах элек­трич. се­ти. В трёх­фаз­ной се­ти пе­ре­мен­но­го то­ка эле­мен­ты с маг­нит­ны­ми по­ля­ми (напр., асин­хрон­ные дви­га­те­ли, транс­фор­ма­то­ры) по­треб­ля­ют РМ; эле­мен­ты с элек­трич. по­ля­ми (напр., кон­ден­са­тор­ные ба­та­реи) её ге­не­ри­ру­ют. Осн. ис­точ­ни­ком РМ в элек­трич. се­ти яв­ля­ют­ся ге­не­ра­то­ры элек­тро­стан­ций. Возд. ли­нии элек­тро­пе­ре­дач вы­со­ко­го и сверх­вы­со­ко­го на­пря­же­ния (330 кВ и вы­ше) при ма­лой на­груз­ке энер­го­сис­те­мы ге­не­ри­ру­ют, а при боль­шой – по­треб­ля­ют РМ. В за­ви­си­мо­сти от на­груз­ки в се­ти мо­жет воз­ник­нуть как из­бы­ток РМ, так и её де­фи­цит. Это яв­ле­ние, как пра­ви­ло, но­сит ло­каль­ный ха­рак­тер и воз­ни­ка­ет в к.-л. из уз­лов се­ти. Из­бы­ток РМ при­во­дит к по­вы­ше­нию на­пря­же­ния в уз­ле и мо­жет пред­став­лять опас­ность для обо­ру­до­ва­ния под­стан­ций; он по­гло­ща­ет­ся К. у., ус­та­нов­лен­ны­ми в уз­ле, в ре­зуль­та­те че­го на­пря­же­ние нор­ма­ли­зу­ет­ся. Де­фи­цит РМ вы­зы­ва­ет сни­же­ние на­пря­же­ния, что при­во­дит к ухуд­ше­нию ра­бо­ты обо­ру­дова­ния по­тре­би­телей элек­тро­энер­гии (сни­же­ние ос­ве­щён­но­сти, ос­та­нов­ка элек­тро­дви­га­те­лей, на­ру­ше­ние ра­бо­ты ком­пь­ю­те­ров и др.); уст­ра­ня­ет­ся К. у., ге­не­ри­рую­щи­ми РМ.

Источник

Эволюция технологий и устройств компенсации реактивной мощности

Если абстрагироваться от дат публикаций ряда важных ранних теоретических исследований в области снижения негативного влияния перетоков реактивной мощности на качество генерируемой/транспортируемой электрической энергии, то текущий год знаменует столетие реального практического использования устройств компенсации реактивной мощности в энергопередающих сетях разного уровня напряжения.

Впервые вне исследовательских лабораторий для компенсации реактивной мощности в 1914 году были использованы шунтирующие конденсаторы (H. Frankand S. Ivner, «Thyristor-ControlledShuntCompensationinPowerNetworks», ASEA Journal, 1981), подключаемые в сеть последовательно с нагрузкой, а к началу текущего тысячелетия эволюционировали не только устройства и технологии для коррекции коэффициента мощности, но и сама концепция — сегодня электрическая сеть уже рассматривается не, как пассивное сооружение для транспорта электроэнергии, а как активное устройство, участвующее в управлении режимами генерации, транспорта и потребления электрической энергии.

Переход к управляемым (гибким) системам электропередачи переменного тока (FACTS — Flexible AlternativeCurrentTransmissionSystem – термин формализован Институтом электроэнергетики EPRI в США) обусловил разработку и внедрение в энергосистемы новых типов устройств коррекции коэффициента мощности и стабилизации сетевого напряжения —управляемых шунтирующих реакторов, статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности, синхронных статических компенсаторов реактивной мощности типа СТАТКОМ (StaticSynchronousCompensator — STATCOM), синхронных статических продольных компенсаторов реактивной мощности на базе преобразователей напряжения, управляемых тиристорами устройств продольной емкостной компенсации, управляемых фазоповоротных устройств, вставок постоянного тока на базе преобразователей напряжения, объединенных регуляторов потока мощности, асинхронизированных машин, электромашинновентильных комплексов и т.д., а также управляющих систем — глобального мониторинга, защиты и управления (wide-areamonitoring, protection, andcontrolsystems — WAMPAC), глобального позиционирования (GPS), фазных измерений (PMU), диспетчерского управления и сбора информации (SCADA), защиты схем управления (SPS) и пр.

Вместе с тем, во всяком случае в сетях низкого и среднего напряжения РФ по-прежнему достаточно эффективно используются традиционные устройства компенсации реактивной мощности, имеющие свои достоинства и недостатки в сравнении с устройствами, агрегатами, комплексами и системами FACTS.

Типовые топологии схем компенсации реактивной мощности

Вне зависимости от типа устройств компенсации реактивной мощности традиционными на текущий момент стали две топологии схем их присоединения к сетям электропередачи с переменного тока с линейными и нелинейными нагрузками:

Рис. Параллельная (поперечная) компенсация реактивной мощности электродвигателя (индуктивной нагрузки): а — схема без компенсации, б — схема с компенсацией

К достоинствам схем параллельной (поперечной) компенсации реактивной мощности относят:

Недостатком параллельной (поперечной) компенсации является ограниченная возможность демпфирования быстрых изменений (колебаний) активной составляющей мощности;

Рис. Параллельная (продольная) компенсация реактивной мощности электродвигателя: а —схема без компенсации, б — схема с компенсацией. Рис. Типовая схема устройства последовательной (продольной) компенсации реактивной мощности с защитой от перенапряжения

Достоинствами схем последовательной (продольной) компенсации реактивной мощности считают: возможность оптимизации потоков реактивной энергии по разным фазам напряжения;

значительную степень компенсации; простоту интеграции в сеть компенсирующих устройств. Недостатки последовательной (продольной) компенсации реактивной мощности — отсутствие возможности регулирования сетевого напряжения, сложность управления устройствами при переменных нагрузках, большие риски перенапряжения во время резких изменений нагрузки из-за задержки срабатывания устройства.

Традиционные устройства компенсации реактивной мощности

Статические или механически переключаемые устройства компенсации реактивной мощности.

Это типовые релейные (контакторные) установки КРМ, УКРМ и т.д. с механическим (ручным) включением/отключением ступеней батарей силовых конденсаторов. Включение или отключение каждой ступени даже с современными вакуумными контакторами занимает время, часто критическое при динамических, быстро изменяющихся нагрузках, что определяет значительные риски, как перенапряжений, так и провалов сетевого напряжения. Условная «плавность» регулирования величины генерируемой реактивной энергии зависит от числа ступеней в установке и мощности каждой ступени, а потому в сети с динамической нагрузкой всегда напряжение нестабильно и может превышать или быть ниже оптимального разности в объемах генерируемой и потребляемой реактивной мощности.

Дополнительным недостатком релейных (контакторных) установок компенсации реактивной мощности с механическим переключением является практически полная неспособность к компенсации мощности искажений, возникающей в цепях с нелинейными нагрузками из-за искажений синусоиды основной частоты тока синусоидами гармоник тока более высокого порядка и показывающей несоответствие синусоидальности кривых тока/напряжения. Причем фильтры гармоник в статических/механически переключаемых устройствах компенсации реактивной мощности остаются малоэффективными из-за нестабильности сети по теку и напряжению, а прогрессивные импульсно-модуляционные преобразователи (ИМП), ориентированные на компенсацию мощности искажений, пока имеют ограниченное применение, как из-за большой стоимости, так и несовершенства алгоритмов адаптации в конкретных сетях с конкретной нелинейностью нагрузки.

Рис. Типовая топология компенсатора с импульсно-модуляционным (ИМП) преобразователем с: а) емкостным и б) индуктивным накопителями энергии

Рис. Диаграммы напряжений и токов компенсатора с импульсно-модуляционным (ИМП) преобразователем с нагрузкой сложного характера, где: а) напряжения и токи трёх фаз распределительной сети; б) напряжение фазы А — UA и токи фазы А — линейной нагрузки IAлн, нелинейной нагрузки IAнн, компенсатора IAк.

Установки синхронной компенсации реактивной мощности

Установки синхронной компенсации реактивной мощности используются в энергосетях развитых стран мира уже более 50 лет, однако из-за больших потерь в сравнении с статическими устройствами компенсации реактивной мощности и стоимости (в том числе систем защиты от токов короткого замыкания) установки синхронной компенсации реактивной мощности постепенно заменяются более прогрессивными устройствами. Кроме того, установки синхронной компенсации реактивной мощности, а по факту — синхронные двигатели специальной конструкции, работающие на холостом ходу и в режиме перевозбуждения обмотки генерирующие реактивную мощность — являются средствами пассивной компенсации и не могут быть адаптированы в системах FACTS.

Переключаемые тиристорные установки компенсации реактивной мощности типа TSC. Это статические конденсаторные установки с различным числом ступеней, управляемые тиристорными переключателями, обеспечивающими быстрое подключение/отключение ступеней в момент равенства напряжений на конденсаторных блоках и в сети. Впервые статические установки компенсации реактивной мощности типа TSC были использованы ASEA в 1971 году, имели среднюю задержку переключения от половины до цикла колебаний по току/напряжению, по факту не генерировали гармоник и отличались простотой конструктивных решений.

Рис. Переключаемая тиристорами конденсаторная установка компенсации реактивной мощности. Вместе с тем, устройства типа TSC остались ступенчатыми, а значит дискретными по потокам генерируемой мощности, а каждая батарея конденсаторов оборудовалась своим тиристорным переключателем, что делало установку материалоемкой и финансово затратной.

Отчасти недостатки финансовой доступности установок типа TSC были устранены применением тиристорно-диодных схем, к тому же выгодно отличающихся почти полным отсутствием импульсных токов при переключении, однако имеющих запаздывание включения/отключения ступени не менее одного цикла в сравнении половиной цикла у установок TSC.

Рис. Бинарные тиристорно-диодные переключатели статических установок компенсации реактивной мощности.

Рис. Диаграммы токов бинарной тиристорно-диодной установки компенсации реактивной мощности, где: а — d — токи по В1 — В4; е — результирующая кривая тока установки. Управляемые тиристорами реакторы.

Управляемые тиристорами реакторы (тип TCR), как правило, имеют батареи статических конденсаторов, фильтры гармоник низшего порядка и управляемую тиристорами индуктивность (собственно реактор), интегрируемую в каждую фазу питающей сети. Управляемая тиристорами индуктивность используется для демпфирования избытка реактивной мощности, генерируемой конденсаторами, что исключает риски перенапряжения. В то же время тиристорное управление, как конденсаторными блоками, так и индуктивностью позволяет формировать достаточно плавную компенсацию реактивной мощности, хотя для получения реально плавной на практике компенсации используют:

Рис. Трех импульсные (слева) управляемые тиристорами реакторы с пассивными фильтрами низкоуровневых гармоник и двенадцати импульсные (справа) управляемые тиристорами реакторы типа TCR с трансформатором для смещения фаз, позволяющего устранить гармоники 5 и 7 порядка без использования пассивных фильтров.

Рис. Типовая топология комбинированной установки компенсации реактивной мощности TSC-TCR.

Рис. Типовая топология тиристорно-управляемой установки последовательной (продольной) компенсации TCSC.

Самокоммутируемые преобразователи для компенсации реактивной мощности

Самокоммутируемые преобразователи для компенсации реактивной мощности – прогрессивные полупроводниковые устройства, способные к генерированию или поглощению реактивной мощности, и включающие статические синхронные компенсаторы, объединенные энергетические регуляторы потока (unifiedpowerflowcontrollers — UPFC) и динамические восстановители напряжения (dynamicvoltagerestorers — DVR).

Источник

Компенсация реактивной мощности в сетях промышленных предприятий

Понятие «компенсация реактивной мощности». Назначение компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности – целенаправленное воздействие на баланс активной и реактивной мощности в электрической системе с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях — и с целью снижения потерь электроэнергии. Компенсация (поддержание баланса активной и реактивной мощности) осуществляется при помощи компенсирующих устройств (КУ).
В настоящее время основной нагрузкой электрических сетей являются АД, распределительные и преобразовательные трансформаторы, полупроводниковые преобразовательные аппараты. Для таких ЭП требуется большой реактивный ток, который необходим для создание электромагнитных полей. Реактивный ток, совершая колебания между источником и ЭП, приводит к дополнительной загрузке оборудования и линий электропередачи на всех этапах производства, передачи и распределения электроэнергии.

Нарушение баланса активной и реактивной мощности приводит к колебаниям напряжения и частоты в узлах нагрузки.

Активная электрическая энергия идет на работу, превращаясь в механическую, световую и другие виды энергии, а также идет на покрытие потерь. Активная мощность вырабатывается только генераторами электрических станций.

Реактивная составляющая энергии не выполняет полезной работы, она служит для создания магнитных полей, необходимых для работы ЭП. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно). Передача реактивной мощности от генераторов по электрической сети к потребителям (индуктивным ЭП) уменьшает активную мощность сети (cosφ сети) и дополнительно загружает электросеть, снижает ее общую пропускную способность.

Так, например, ТГ с номинальной мощностью 1250 кВА при номинальном коэффициенте мощности cosφN = 0,8 может отдать потребителю активную мощность, равную 1250×0,8=1000 кВт. Если генератор будет работать с соsφ =0,6, то в сеть отдается активная мощность равная 1250×0,6=750 кВт, т.е. вырабатываемая активная мощность ТГ будет снижена на 25 %. Поэтому увеличение реактивной мощности, вырабатываемой генераторами станций в режиме перевозбуждения, нецелесообразно. Показателем выработки реактивной мощности (Q) является sinφ, который равен отношению реактивной мощности Q к полной мощности S (sinφ=Q/S).

Суммарная реактивная мощность складывается из реактивной мощности, вырабатываемой генераторами электростанций, реактивной мощности ВЛЭП (конденсаторный эффект, мощность пропорциональна длине линий электропередачи и квадрату напряжения) и реактивной мощности КУ, подключенных к электрической сети. Реактивная мощность также может регулироваться синхронными двигателями (СД) станций и ПП в режиме переили недовозбуждения, а также батареями конденсаторов (БК). Наиболее целесообразно использование реактивной мощности от заводских источников: КБ, КУ и СД, – т.к. они расположены в непосредственной близости к потребителям (АД и т.д.). Это позволит сократить число и сечение передающих линий, число устанавливаемых трансформаторов и другие сетевые затраты, связанные с передачей реактивной мощности.

Суммарная мощность компенсирующих устройств QΣ, которые устанавливаются на предприятиях, зависит от реактивных нагрузок (QM) и от той наибольшей реактивной мощности QC, которая может быть передана из энергосистемы в сеть предприятия в период наибольших активных нагрузок СЭС с приближенным учетом потерь электроэнергии в сети предприятия, квар:

где QM – реактивная нагрузка предприятия в период наибольших активных нагрузок СЭС;

QС – наибольшая реактивная мощность, которая передается из энергосистемы в сеть предприятия в период наибольших активных нагрузок. Для обеспечения энергосбережения используют различные средства компенсации реактивной мощности, устанавливаемые непосредственно возле ЭП, потому что реактивная мощность, как и активная, учитывается в тарифе за электроэнергию: за ее потребление платит предприятие, а в случае превышения потребления активной мощности Облэнерго налагает штрафы. Следует, однако, отметить, что из-за избытка реактивной мощности в электрических сетях за ее недоиспользование налагают большие штрафы, в то время как за превышение ее потребления возможно даже премирование. Для стимулирования мероприятий по компенсации реактивной мощности на предприятиях установлены скидки и надбавки к тарифу на электроэнергию.

Баланс реактивной мощности должен обеспечиваться при всех режимах работы СЭС: номинальном, послеаварийном и послеремонтном. Обеспечивать баланс реактивной мощности настолько важно, что в послеаварийных и послеремонтных режимах используют все существующие на предприятии средства генерации или потребления реактивной мощности, независимо от их экономичности.

В распределительных сетях коммунально-бытовых потребителей, содержащих преимущественно однофазную нагрузку, устройства компенсации реактивной мощности применяются редко. Но в настоящее время расход электроэнергии в жилом секторе непрерывно увеличивается. Так, в 70-тые годы ХХ-го века бытовое потребление (практически только активной энергии) составляло 4–5 % от общей выработки электроэнергии; в настоящее время этот показатель оценивается в 35–40 %. Поэтому рассмотрение устройств компенсации у бытовых абонентов становится актуальной темой.

Отсутствие компенсации реактивной мощности приводит к следующим отрицательным результатам:

Компенсация реактивной мощности особенно актуальна для ПП, основными ЭП которых являются АД, у которых cosφ, без принятия мер по компенсации, будет не более 0,6÷0,65.

В результате можно сказать, что выполнение на предприятии мероприятий по компенсации реактивной мощности позволит:

На баланс активной и реактивной мощности существенное влияние оказывают нагрузки с нелинейными вольтамперными характеристиками. Их использование сопровождается искажениями напряжения питающей сети, что негативно влияет на ЭО и вызывает:

Расчет компенсирующего устройства

Типичным примером компенсации реактивной мощности, который не так часто рассматривается, но однозначно важен для практики, является компенсация реактивной мощности трансформатора, используемого для распределения электроэнергии. По сути, задача заключается в компенсации реактивной мощности, потребляемой ненагруженным трансформатором (что характерно для ночного времени). Расчет необходимой мощности компенсирующего устройства несложен и основан на выражении:

I% – ток намагничивания трансформатора;

AN – полная мощность трансформатора [кВА];

При отсутствии указанных параметров удобно воспользоваться следующей таблицей.

Рассмотрим еще один пример коррекции коэффициента мощности и расчета компенсирующего устройства – индивидуальную компенсацию трехфазных асинхронных двигателей. Наиболее вероятные значения реактивных мощностей приведены в таблице:

Будьте осторожны: при индивидуальной компенсации реактивной мощности электрических машин и прямом подключении конденсатора к зажимам машины емкость конденсатора не должна быть слишком большой. Конденсатор, включенный в параллель с машиной, может выступать в качестве «источника питания» для двигателя, что приводит к сильным перенапряжениям (явление самовозбуждения). Для машин с фазным ротором емкость конденсатора следует увеличить на 5%.

Оборудование и средства для решения проблем компенсации реактивной мощности

Компенсировать реактивную мощность можно КУ высокого, среднего и низкого напряжений на основе контакторов и тиристорных устройств. Они выполняются в различном климатическом исполнении и комплектуются фильтрокомпенсирующими установками (ФКУ); батареями статических конденсаторов (БСК); низковольтными и высоковольтными одно- и трехфазными конденсаторами, СД и синхронными компенсаторами (СК), косинусными компенсаторами (конденсаторными установками), шунтирующими реакторами, статическими тиристорными компенсаторами.

Различают поперечную и продольную компенсацию реактивной мощности.

При поперечной компенсации индуктивные и емкостные цепи КУ соединяются параллельно. При этом ток в неразветвленной части цепи равен геометрической сумме индуктивных и емкостных токов: индуктивный ток отстает от напряжения, а емкостный опережает его. При соответствующем значении емкости суммарный ток оказывается больше индуктивного тока нагрузки, что приводит к увеличению коэффициента мощности (cosφ) системы. Повышение cosφ системы с помощью источников реактивной мощности позволяет увеличить пропускную способность линий, повысить активную загрузку трансформаторов без увеличения их мощности.

При поперечной компенсации реактивной мощности при снижении тока нагрузки снижаются потери активной мощности, повышается напряжение в сети, снижаются потери в отдельных элементах СЭС. Для уменьшения потерь в питающей сети конденсаторы следует подключать как можно ближе к потребителям. К преимуществам поперечной компенсации относятся: простота и невысокая стоимость, доступность используемых материалов, малые собственные потери активной мощности, а к недостаткам – отсутствие плавного регулирования отдаваемой в сеть реактивной мощности, пожароопасность, наличие остаточного заряда.

При продольной компенсации конденсаторы включают последовательно с нагрузкой через разделительный или вольто-добавочный трансформатор, через которые проходит полный ток линии, в том числе и ток КЗ. Продольная компенсация обеспечивает автоматическое регулирование напряжения в зависимости от тока нагрузки.

Однако при продольной компенсации возможны аварийные режимы: феррорезонансные колебания, перенапряжения при расшунтировании конденсаторов и их повреждения. Если в схеме питания возникает резкое повышение напряжения, то конденсаторы должны быть немедленно разряжены через искровой промежуток и зашунтированы высоковольтным выключателем. Продольная компенсация используется для линий высокого напряжения для повышения устойчивости энергосистемы и для увеличения пропускной способности линий.

Выбор оборудования для компенсации реактивной мощности полностью зависит от места и цели его установки.

Конденсаторные батареи (КБ) являются основным средством компенсации (выдача реактивной энергии) на ПП. Снижение перетоков реактивной мощности от генераторов через электросеть к ЭП уменьшает потери активной энергии и нормализует напряжение в энергосистеме. КБ устанавливаются вблизи от места потребления реактивной мощности, и при необходимости устанавливаются системы автоматического регулирования для изменения выдаваемой мощности в разных режимах. В качестве примера можно указать применение КБ на заводах электролиза алюминия, в схемах крупных ртутно — выпрямительных агрегатов, в цехах с большим количеством АД. При периодическом заряде и разряде конденсаторы создают избыточное напряжение, что заставляет ток переходить в следующую фазу раньше, чем это было бы при отсутствии в схеме конденсаторов, в результате чего КБ генерируют реактивную мощность. Поэтому выдаваемая в систему мощность при наличии в системе КБ (QП) оказывается больше, чем паспортное значение установленной мощности батарей (Qконд). Компенсирующий эффект в системе (КЭ) при наличии КБ может быть представлен:

где QП – реактивная мощность, отдаваемая в систему, квар.

Шунтирующие реакторы используются для компенсации (снижения) емкостной мощности, генерируемой протяженными слабонагруженными высоковольтными ВЛЭП.

Фильтрокомпенсирующие устройства предназначены для снижения гармонических искажений напряжения и компенсации реактивной мощности в СЭС промышленных предприятий и в электрических сетях.

Синхронный компенсатор (СК) – явнополюсный синхронный двигатель, который работает только в режиме холостого хода и генерирует в сеть (или забирает из сети) реактивную мощность в зависимости от величины тока ротора (возбуждения). Промышленность выпускает СК на напряжение 6(10) кВ. Их устанавливают в цехах крупных ПП, на ОРУ станций и на подстанциях, возле крупных ЭП (например, дуговых и рудотермических печей), рис. 1. СК на напряжение 0,4 кВ не выпускают, т.к. они дорогие, и поэтому экономически рентабельнее в низковольтных сетях устанавливать БК.

Рисунок 1 – Синхронные компенсаторы, установленные на ОРУ подстанции

Для компенсации реактивной мощности в цехах ПП несколько последних десятилетий стали использовать СД, которые, кроме выполнения функции движения, могут потреблять (режим недовозбуждения) или вырабатывать (режим перевозбуждения) реактивный ток, необходимый для работающих рядом АД. СД допускают форсировку возбуждения, имеют широкие пределы регулирования реактивной мощности, меньше зависят от колебаний напряжения, чем БК, поэтому эффективнее влияют на устойчивость энергосистемы. Значение реактивной мощности, генерируемой СД в сеть, зависит от его механической нагрузки – загрузки активной мощностью.

На ПП при необходимости регулирования баланса активной и реактивной мощности, а также при недостаточном обеспечении предприятия системами компенсации реактивной мощности возможен полный перевод СД в режим СК,. На рис. 2 представлен общий вид явнополюсного СД, который может быть использован, как регулятор реактивной мощности.

Рисунок 2 – Общий вид СД (а) и фото явнополюсного ротора (4) СД (б): 1 – корпус; 2 – сердечник статора; 3 – обмотка статора; 4– ротор; 5 – вентилятор; 6 – выводы обмотки статора; 7 – контактные кольца; 8 – щетки; 9 – возбудитель; 10 – полумуфта; 11 – подшипник; 12 — рым-болт

В цехах ПП технически и экономически целесообразно параллельно с КБ использовать СД. КБ будут осуществлять компенсацию базисной части суточного графика реактивной нагрузки, а СД будет работать в режиме СК в периоды пиков и провалов энергопотребления. То есть в сетях 380÷660 В для компенсации реактивной мощности можно использовать свободную реактивную мощность СД, оставшуюся после компенсации реактивных нагрузок в сети 6(10) кВ.

Статические тиристорные компенсаторы (СТК) (косинусные конденсаторы) часто используют в СЭС промышленных предприятий. СТК, как СД и СК, могут выдавать и потреблять реактивную мощность. В электрических сетях они используются для оптимизации режимов работы с целью повышения пропускной способности и устойчивости линий электропередачи, стабилизации напряжения в узлах нагрузки, уменьшения потерь электроэнергии и повышения ее качества. Номинальная мощность и схема включения СТК выбирается для конкретного объекта в зависимости от параметров СЭС, вида и величины компенсируемой нагрузки и требований к качеству электроэнергии.

СТК выпускают в двух основных модификациях: для промышленных установок, например, для тиристорных приводов прокатных станов и для дуговых сталеплавильных печей (ДСП) (рис. 3) и для высоковольтных ВЛЭП.

Рисунок 3 – Схема включения СТК для питания ДСП: ФКЦ – фильтрокомпенсирующая цепь; РФ – фильтровые реакторы; КБ – батарея конденсаторов; ТРГ – тиристорнореакторная группа; ПДУ СТК – пульт дистанционного управления СТК

Есть СТК специального исполнения для тяговых подстанций электрифицированных железных дорог. На промышленных предприятиях и на тяговых подстанциях железных дорог СТК поддерживают баланс активной и реактивной мощности; снижают колебания напряжения и повышают коэффициент мощности ЭП; снижают величину (обеспечивают фильтрацию) высоких гармоник токов.

В комплект СТК входит:

В комплект поставки СТК потребителям входят:

Рисунок 4 – Комплектующие элементы СТК: а – высоковольтный тиристорный вентиль; б – конденсаторные батареи внешней установки

Помимо обеспечения требований действующих стандартов по основным показателям качества электроэнергии, СТК осуществляют разгрузку сетевых трансформаторов и питающих линий электропередачи от реактивного тока, снижают величину действующего тока и величину активных потерь, что позволяет увеличить пропускную способность линий без увеличения их числа или сечения проводов.

СТК выполняется на напряжение от 10 до 35 кВ и подключается к шинам подстанции через специальные понижающие трансформаторы или прямо к обмотке автотрансформатора подстанции.

В зависимости от мощности, места установки, уровня технологий завода — изготовителя, срок окупаемости СТК составляет 1÷3 года. Система управления СТК обеспечивает его быстрое реагирование на изменение баланса активной и реактивной мощностей, поддерживает их баланс в электроустановках, выполняет контроль и защиту оборудования, сигнализирует об отказах.

Время реагирования системы управления СТК на изменение нагрузки составляет 5 мс для нагрузок типа ДСП и 25-100 мс для общепромышленных нагрузок и подстанций, см. рис. 3. СТК может быть модифицирована под конкретные требования заказчика. Так, например, возможна автоматизация СТК, что обеспечит его работу без постоянного присутствия персонала.

Для уменьшения затрат при установке компенсирующих устройств при реконструкции СЭС необходимо:

Источник