Меню Рубрики

Установка продольной емкостной компенсации

Емкостная компенсация

Компенсация реактивной мощности, достигаемая при помощи дополнительной емкостной нагрузки, называется емкостной компенсацией. Данный тип компенсации является традиционным для тяговых подстанций переменного тока в РФ, где таким способом удается существенно повысить эффективность работы оборудования и снизить потери.

К примеру, пропускная способность железнодорожного электротранспорта значительно повышается благодаря именно емкостной компенсации реактивной мощности, то есть путем применения конденсаторных установок. А поскольку напряжение сети так или иначе изменяется, то и конденсаторные установки должны быть регулируемыми. Емкостная компенсация бывает продольной, поперечной и продольно-поперечной, что подробно раскроем далее по тексту.

Поперечная емкостная компенсация — КУ

Под поперечной емкостной компенсацией понимают уменьшение реактивной компоненты тока благодаря подключению непосредственно рядом с нагрузкой дополнительного источника реактивной мощности. Настраиваемые конденсаторные установки включают в себя не только конденсаторы, но еще и реакторы, включенные последовательно или параллельно с конденсаторами. Установки со ступенчатым регулированием позволяют отключать и включать отдельные ступени конденсаторов или вообще изменять схему соединения установки.

Регулируемые конденсаторные установки с реакторами

Если параллельно конденсаторной батарее подключен регулируемый реактор, то общая реактивная мощность такой конденсаторной установки будет равна разности реактивных мощностей реактора и емкости. В частности, если реактивная мощность батареи конденсаторов равна реактивной мощности реактора, то установка в целом вообще не будет вырабатывать реактивной мощности.

Регулируя параметры реактора, уменьшая его мощность, повышают соответственно реактивную мощность, генерируемую всей конденсаторной установкой. Настройка состояния реактора осуществляется за счет регулировки насыщения стали магнитопровода, когда он поперечно или продольно подмагничивается постоянным током. Сегодня поперечное подмагничивание реакторов уже не применяют в силу нерентабельности такого подхода.

На сегодняшний день почти везде в сетях, начиная от 35кВ, регулирование реакторов производят тиристорами. Величину тока реактора от ноля до номинала задают в таких схемах через угол отпирания тиристоров. Данный способ управления реакторами является достаточно надежным, хотя и сопряжен с наличием высших гармоник, которые приходится устранять фильтрами нечетных гармоник.

Чтобы снизить напряжение, с которым работают здесь тиристоры, применяют реактор-трансформатор либо включают и конденсаторную батарею и схему с тиристорами через понижающий трансформатор (автотрансформатор).

На рисунке приведена схема статического тиристорного компенсатора с реакторной группой, который управляется тиристорами и имеет фильтрокомпенсирующие цепи. В целом компенсатор включает в себя:

однофазную тиристорно-реакторную группу, позволяющую плавно регулировать реактивную мощность;

фильтрокомпенсирующую цепь, служащую фильтром высших гармоник и источником реактивной мощности;

ФНЧ, снижающий разрушительное для тиристорного компенсатора действие резонансных явлений.

Кроме того, в состав статического компенсатора входит система управления и защиты, состоящая из блоков управления тиристорами и релейной защиты, а также модуля охлаждения тиристоров.

Установки со ступенчатым регулированием

Установка со ступенчатой регулировкой включает в себя несколько секций, чтобы при необходимости отрегулировать ток, напряжение или реактивную мощность, можно было бы отключить или подключить ту или иную секцию. Установка содержит конденсаторную батарею, реактор, демпферную цепь и главный выключатель.

Самое главное при проектировании конденсаторной установки со ступенчатым регулированием — грамотно организовать ограничение перенапряжений и токов в моменты подключения и отключения секций. Переходные процессы — фактор пониженной надежности таких установок.

Продольная емкостная компенсация — УПК

Чтобы уменьшить влияние индуктивной составляющей тяговой сети и трансформатора на напряжение токоприемников электровозов, применяют установки продольной емкостной компенсации, то есть включают последовательно с ними емкости.

На тяговых подстанциях России установки продольной компенсации ставят в отсасывающие линии, где данные установки повышают напряжение, помогают устранить эффекты опережения или отставания фаз, способствуют симметрии напряжений при равных токах в плечах, понижают класс напряжения оборудования и вообще упрощают конструкцию установки.

На рисунке представлена одна из таких секций. Здесь через конденсаторы и резистор, через тиристорный ключ, напряжение подается на соединенные последовательно низковольтные обмотки двух трансформаторов. Высоковольтные обмотки этих трансформаторов соединены встречно. В момент короткого замыкания напряжение на конденсаторах установки нарастает. И как только напряжение достигнет уровня уставки, тиристорный ключ открывается, тут же зажигается дуга в разряднике, и продолжает гореть, пока через долю секунды не замкнется вакуумный контактор.

Читайте также:  Установка navitel на texet навигатор

Такие установки помогают снизить колебания напряжения на токоприемниках и сделать напряжения шин симметричными. К недостаткам относятся более тяжелые условия эксплуатации конденсаторов, в связи с чем установкам такого рода требуется сверхбыстродействующая защита. Лучше всего использовать УПК совместно с КУ.

источник

Установка продольной емкостной компенсации

Кроме компенсации реактивной мощности, которую иногда называют «поперечной компенсацией», в электрических сетях применяют также компенсацию реактивного сопротивления ЛЭП с помощью последовательного включения конденсаторов, которую чаще называют «продольной компенсацией».

Продольно-емкостная компенсация (ПЕК) применяется в дальних электропередачах для увеличения пропускной способности ЛЭП и в распределительных сетях среднего и низкого напряжения для снижения потерь напряжения.

а). Использование ПЕК для увеличения пропускной способности ЛЭП.

Известно, что в ЛЭП 110 кВ и выше преобладающим является реактивное сопротивление. Векторная диаграмма напряжений такой ЛЭП изображена на рис.1.

Рис.1. Векторная диаграмма ЛЭП с Х >> R.

На векторной диаграмме отрезок: ab = U1SinӨ = √3 I X Cos φ.

Умножим последнее равенство слева и справа на U2 и получим

U2 U1 SinӨ = √3 X I U2 Cos φ или U2 U1 SinӨ = P X, откуда

Максимальная пропускная способность: имеет место при минимальном Х.

б). Использование ПЕК для снижения потери напряжения в ЛЭП.

Напряжение у потребителя зависит от величины потерь напряжения в сети, которая, в свою очередь, зависит от сопротивления сети. Например, фазная потеря напряжения (продольная составляющая падения напряжения) в линии (рис.2):

(2)

где: I – ток линии; r, х – ее активное и реактивное сопротивления.

В низковольтных распределительных сетях часто активное сопротивление больше реактивного: r > х. Поэтому там в ΔU12 основную роль играет первое слагаемое: I*r*Cos φ2.

Рис.2. Схема электропередачи.

В питающих сетях, наоборот, х > г, поэтому ΔU12 в значительной степени определяется реактивной мощностью (РМ) и реак­тивным сопротивлением линий, которое мало зависит от сечения. Снижение потерь напряжения достигается:

а) изменением передаваемой по сети РМ (поперечная компенсация),

б) изменением реактивного сопротивления сети — продольно-емкостная компенсация [2 — 4].

Потеря напряжения в ли­нии определяется выражением (2). Предположим, что она велика и напряжение в конце линии ниже допустимого: U2 = U1 – ΔU12

(4)

где Xк — сопротивление УПК.

Векторная диаграмма фазных напряжений до и после компенсации представ­лена на рис. 4.

Рис. 3. Электропередача с УПК.

Рис. 4. Векторные диаграммы.

Из векторной диаграммы (для одной фазы ЛЭП) следует:

Величину —I∙Xкможно рассматривать как отрица­тельное падение напряжения или как дополнительную ЭДС, вводимую в цепь.

Метод 1. При известных U1 и U2доп можно определить допустимую потерю напряжения ΔUдоп и необходимое для этого сопротивление УПК XК:

откуда:; (6)

Метод 2. Также расчет мощности QК и сопротивления УПК Хкможно сделать, зная напряжения по обе стороны УПК: на входе — U1 и на выходе — U2 , Cosφ2, Sinφ2 и активную мощность Р, проходящую через УПК (рис.5).

Рис. 5. Параметры на входе и выходе УПК.

Параметры на входе УПК: P, I, U1, Q1, Cosφ1.

Параметры на выходе УПК: P, I, U2, Q2, Cosφ2 (активная мощность и ток, проходя через УПК, остаются неизменными).

откуда мощность УПК: QК = Q2 — P * tg φ1 = P * (tg φ2 — tg φ1). (7)

Неизменная активная мощность:

P = U1 * I * Cosφ1 = U2 * I * Cosφ2, откуда:

;

;

. Выражения для tg φ1 и tg φ2 подставим в (7):

, где (8) U1 – напряжение на входе УПК,

U2 – желаемое напряжение на выходе УПК.

Мощность конденсатора в одной фазе: QК = I 2 * ХК , вар,

Сопротивление конденсатора: ХК = QК / I 2 , Ом,

Емкость конденсатора: С = 1 / ωХС , Фарад.

Напряжение на зажимах батареи: U = I XК, В.

Максимальное повышение напряжения на зажимах конденсаторов УПК, которое может привести к пробою их изоляции, происходит при КЗ на ЛЭП.

На практике применяют лишь частичную компенсацию реактивного сопротивления линии. Полная или избыточная компенсацияв распределительных сетях, непосредственно питающих нагрузку, обычно не при­меняется, так как это связано с возможностью появления в сети перенапряжений.

Читайте также:  Установка встроенных 3g модемов

Применение УПК позволяет улучшить режимы напряжения в сетях. Однако следует учитывать, что эффект повышения напряжения, зависит не только от величины, но и от фазы тока, проходящего через УПК.

Например, при чисто активной нагрузке (Cosφ2=1, Sinφ2=0) формула (2) перепишется:то есть снижение потери напряжения с помощью компенсации индуктивного сопротивления становится невозможным.

Наиболее эффективно применение УПК для снижения потерь напряжения в перегруженных радиальных линиях с большим Х (воздушные ЛЭП) и низким Cosφ.

Пример схемы включения батареи ПЕК 6 – 10 кВ приведен на рис.6:

QS1 – QS3 – разъединители или выключатели нагрузки;

F – разрядник для защиты изоляции конденсаторов от опасного повышения напряжения при протекании тока КЗ;

R – ограничительное сопротивление;

ТН – трансформатор напряжения для измерения напряжения на конденсаторах и для их разряда после отключения.

По сравнению с поперечной, устройства продольной компенсации, используемые для регулирования напряжения, имеют как преимущества, так и недостатки:

— Для достижения одинакового эффекта снижения потери напряжения требуется в несколько раз меньшая мощность КБ;

— При изменении нагрузки вырабатываемая в КБ мощность меняется мгновенно, что позволяет использовать ПЕК для снижения колебаний напряжения при питании резкопеременной нагрузки.

-Увеличение тока КЗ в ЛЭП, обусловленное снижением ее сопротивления;

-Опасность пробоя изоляции конденсаторов при КЗ в линии;

— Низкая эффективность ПЕК при высоком Cos φ потребителя.

4.11. Линейные регуляторы ЛР (вольтодобавочные трансформаторы, последовательные регулировочные трансформаторы).

Предназначены для регулирования напряжения на отдельных ЛЭП или на шинах ЦП. Принцип действия ЛР основан на получении дополнительной ЭДС, складываемой с вектором напряжения сети.

Конструктивно вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) состоит из двух трансформаторов:

— регулировочный (питающий) трансформатор.

В зависимости от способа подключения питающего трансформатора различают:

— Продольное регулирование – включение обмоток питающего трансформатора на одноимённые фазные напряжения; коэффициент трансформации– действительная величина.

— Поперечное регулирование – включение обмоток питающего трансформатора на линейное напряжение двух других фаз; коэффициент трансформации – комплексная величина.

— Продольно – поперечное регулирование – включение обмоток питающего трансформатора на линейное напряжение своей и соседней фазы.

У продольного ВДТ первичная обмотка питающего трансформатора включена на фазное напряжение (например, С), в рассечку той же фазы включена и вторичная обмотка последовательного трансформатора (рис.7). Угол сдвига ЭДС ΔЕ, наводимой во вторичной обмотке последовательного трансформатора может принимать значения 0 или 180 градусов, в зависимости от положения (слева или справа от средней точки) переключателя отпаек питающего трансформатора. Напряжение на выходе ВДТ может быть выше (угол = 0, ΔЕ > 0) или ниже (угол = 180°, ΔЕ

источник

Продольная компенсация реактивной мощности — физический смысл и техническая реализация

С целью повышения эффективности работы уже существующих линий электропередач, а так же для улучшения их пропускной способности, применяют устройства продольной компенсации реактивной мощности. На сегодняшний день обилие разнообразных генерирующих источников различной мощности, как и высоковольтных линий, особенно тех, что передают электроэнергию на большие расстояния, приводит к возрастающему спросу на повышение не только надежности энергосистем в целом, но и на улучшение их экономичности.

Есть два пути, позволяющих увеличить пропускную способность линий электропередач, первый из которых — увеличение непосредственно сечений линий, а второй — использование схем продольной компенсации реактивной мощности. Второй путь — продольная компенсация реактивной мощности, — оказывается более экономичным способом достижения поставленной цели как для межсистемных, так и для внутрисистемных связей.

Известно, что при передаче по проводам реактивной мощности, имеют место значительные падения напряжения и возрастания тока в участках электрических сетей, и это создает ограничения для передачи полезной, активной мощности.

Продольная компенсация реактивной мощности предполагает дополнительное включение конденсаторов последовательно с нагрузкой через вольтодобавочный или разделительный трансформаторы, что позволяет достичь автоматического регулирования напряжения в зависимости от текущей величины тока нагрузки.

Читайте также:  Установка и настройка сервера exchange 2010

Конечно, при продольной компенсации неизбежны и аварийные режимы, причинами которых могут стать:

расшунтирование конденсаторов, могущее вызвать перенапряжение;

повреждения конденсаторов изнутри.

Чтобы избежать повреждений от резкого повышения напряжения конденсаторы в такие моменты должны автоматически шунтироваться высоковольтным выключателем или мгновенно разряжаться через искровой промежуток.

Так как конденсаторы для продольной компенсации реактивной мощности включаются последовательно в цепь переменного тока, то через них течет полный ток линии, и следовательно, ток короткого замыкания, в случае возникновения такового, тоже потечет через них.

Для увеличения пропускной способности, продольная компенсация применяется в высоковольтных линиях, чем обеспечивает устойчивость энергосистем, которые включают в себя эти линии.

При продольной компенсации ток конденсатора равен текущему через него полному току нагрузки I, и мощность батареи конденсаторов Q является величиной переменной, зависящей от нагрузки в каждый конкретный момент времени. Эту реактивную мощность можно вычислить по формуле:

И поскольку мощность на конденсаторах в процессе продольной компенсации не остается постоянной, то и напряжение повышается на величину, которая оказывается пропорциональна изменению реактивной нагрузки данной линии, то есть напряжение на конденсаторах так же отнюдь не постоянно, как это имеет место при поперечной компенсации реактивной мощности.

Сегодня пользуются большой популярностью переключаемые установки емкостной продольной компенсации. Такие установки применяются с целью снижения влияния индуктивной составляющей реактивного сопротивления трансформаторов тяговых сетей и тяговых подстанций на напряжение, прикладываемое к токоприемнику электровоза. Здесь, как говорилось выше, последовательно с токоприемником включается емкость.

На российских тяговых подстанциях монтируют данные установки в отсасывающую линию, в которой установка продольной компенсации служит для повышения напряжения, предотвращения эффекта опережения или отставания фаз, получаются симметричные напряжения с равными токами в плечах питания, снижается общий класс напряжения для рабочего оборудования, а конструкция установки упрощается.

На приведенном рисунке показана схема, где изображена лишь одна секция конденсаторов продольной компенсации, которых на самом деле несколько, подключенных параллельно между собой.

Напряжение на низковольтные обмотки трансформаторов Т1 и Т2, соединенных последовательно, подается от одного ряда конденсаторов через тиристорный ключ и ограничительный резистор. При этом высоковольтные обмотки данных трансформаторов соединены встречно, и при сквозном коротком замыкании напряжение на конденсаторах растет.

В момент, когда напряжение достигает уставки, тиристорный ключ срабатывает, и тут же зажигается дуга трехэлектродного разрядника. Когда вакуумный контактор включается, дуга в разряднике гаснет.

К достоинствам таких установок продольной компенсации относятся:

симметричное напряжение на шинах;

снижение колебаний напряжения и повышение его уровня на электроприемниках.

тяжелые рабочие условия для конденсаторов установки в сравнении с поперечной компенсацией, поскольку ток короткого замыкания тяговой сети протекает через конденсаторы, и здесь нужна надежная сверхбыстродействующая защита;

перегрузка конденсаторов в опасных режимах: вынужденном, аварийном, послеаварийном.

Чтобы достичь лучшего эффекта от компенсации реактивной мощности, следует применять регулируемые установки с совместной работой продольной и поперечной компенсации.

К преимуществам применения установок продольной компенсации в целом относятся:

увеличение передаваемой по линии мощности;

повышение стабильности работы энергосистем при пиковых нагрузках;

значительное снижение потерь активной мощности;

повышение качества электроэнергии в сетях;

высокая экономичность распределения мощности в параллельных линиях;

исчезает необходимость возведения генерирующих источников на удаленных территориях;

межсистемные сечения и технические параметры линий не нуждаются в увеличении.

Главное экономическое достоинство применения устройств продольной компенсации заключается в энергосбережении. Мало того, что повышается качество электроэнергии, так еще и количество линий электропередач может быть снижено, если применяется продольная компенсация реактивной мощности. Защита окружающей среды становится естественным следствием внедрения данной технологии, особенно в крупных масштабах.

Стоимостные показатели установок таковы, что новая линия электропередач обходится в 10 раз дороже, чем устройство продольной компенсации, дающее ту же пропускную способность. В итоге окупаемость такой системы составляет лишь несколько лет, по сравнению с традиционными ЛЭП.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector