Меню Рубрики

Установка продольной компенсации реактивной мощности

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.

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.

Читайте также:  Установок для приготовления и сжигания пылевидного топлива

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

Дать понятие поперечной и продольной компенсации реактивной мощности. Достоинства и недостатки.

Поперечная компенсация конденсаторами (рис.а). Установка конденсаторов с параллельным включением в сеть называется поперечной компенсацией. При этой компенсации конденсаторы, генерируя реактивную мощность, повышают коэффициент мощности и одновременно регулируют напряжение, так как уменьшают потери напряжения в сети. В периоды малых нагрузок, когда напряжение максимально, должно быть предусмотрено отключение части батарей конденсаторов БК. Реактивная мощность зависит от квадрата напряжения сети и даже при незначительном уменьшении напряжения значительно снижается, что приводит к дальнейшему понижению напряжения в сети. Мощность конденсаторов определяется номинальным напряжением сети и её реактивным сопротивлением, при этом с уменьшением сопротивления сети возрастает необходимая для регулирования мощность конденсаторов.

Продольная компенсация (рис.б). Установка конденсаторов с последовательным включением в сеть называется продольной компенсацией. Она позволяет снизить индуктивное сопротивление и потерю напряжения в линии U1. Величину I1Xс можно рассматривать как отрицательное падение напряжения или как дополнительную ЭДС, вводимую в цепь. Отношение емкостного сопротивления конденсаторов Xс к индуктивному сопротивлению линии ХL, выраженное в процентах называется процентом компенсации, т.е. с=(Xc/XL)*100. Последовательное включение конденсаторов улучшает режимы работы в сетях. Однако следует учитывать, что надбавка напряжения, создаваемая такими конденсаторами, не может регулироваться, так как она зависит от величины и фазы тока, проходящего через установку.

В отличие от продольной компенсации, при которой надбавка напряжения, создаваемая последовательными конденсаторами, прямо пропорциональна току нагрузки линии, повышение напряжения в сети, создаваемое поперечной компенсацией, не зависит от тока нагрузки и определяется параметрами сети и величиной емкостного тока, т.к. снижение потери напряжения в сети пропорционально IкXL.

Перечислите основные потребители реактивной мощности. Опишите конструкцию и правила установки конденсаторных батарей.

Реактивная мощность пропорциональна среднему значению мощности за ¼ периода, Q

Sср. за ¼ Т, которая передается от источника э/э к приёмнику и предназначена для создания

составляющей э/магнитных полей. Это мощность, которой обменивается источник и потребитель.

Осн . потребители реактивной мощности: АД 60%-62%, силовые трансформаторы 20-25%, силовые преобразователи, ЛЭП, многоразрядные источники света.

Средства компенсации реактивной мощности (способы повышения cosφ): 1)Мероприятия, связанные с применением компенсирующих устройств (КУ). 2)Мероприятия, не требующие применения КУ. 3)Мероприятия, допускающие в виде исключения.

КБ подключаются параллельно сети (поперечная компенсация)

Преимущества КБ: 1)малые потери Р на 1 кВар реактивной. 2)простота эксплуатации, монтажа. Имеется возможность регулировки реактивной мощности в зависимости от потребления. Можно подключить в любой точке сети непосредственно у потребителя.

Недостатки КБ: 1)Qген.

Uo². 2)Регулировка реактивной мощности осуществляется ступенчато.

220, 380, 660, 3100, 6300, 10500 (В). КБ могут иметь масляное или совтоловое заполнения. Работа при t не ниже 40 градусов

Секции КБ имеют встроенные пл. вставки предохранителей. Сейчас исп-ся комплектные конденсаторные установки ККУ, которые включают в себя сами КБ и средства их защиты. При эксплуатации КБ необходимо иметь разрядное устройство (до1кВ – омическое сопротивление).

Опишите назначение распределительных устройств (РУ), виды, дайте характеристику.

РУ предназначены для приема электрической энергии и её распределения.

Каждая подстанция имеет РУ, содержащие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины и вспомогательные устройства. По конструктивному выполнению все РУ делятся на открытые и закрытые. Открытые и закрытые РУ могут быть комплектными или сборными.

Открытым РУ (ОРУ) называется РУ, все или основное оборудование которого расположено на открытом воздухе, закрытым РУ (ЗРУ) – устройство, оборудование которого расположено в здании.

Комплектным РУ (КРУ) называется РУ, состоящее из шкафов, закрытых полностью или частично, или блоков с встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде и предназначенное для внутренней установки.

Комплектным РУ наружной установки (КРУН) называется КРУ, предназначенное для наружной установки.

Комплектной трансформаторной (преобразовательной) подстанцией (КТП) называется подстанция, состоящая из трансформаторов (преобразователей) и блоков КРУ или КРУН, поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.

Читайте также:  Установка кондиционера по решению общего собрания

Распределительным переключательным пунктом (РП) называется РУ, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.

Каждая подстанция имеет 3 основных узла: РУ высшего напряжения (110-35/10кВ), трансформатор, РУ низшего напряжения (3,6,10кВ).

Дата добавления: 2019-02-13 ; просмотров: 503 ;

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:

  • параллельная (или поперечная) компенсация реактивной мощности, при которой генерируемая параллельно подключенным в сеть устройством компенсации реактивной мощности не зависит от напряжения в точке присоединения.

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:

  • независимость генерируемой реактивной мощности от напряжения в точке присоединения;
  • возможность плавного регулирования потока реактивной мощности для компенсации;
  • эффективная стабилизация сетевого напряжения.

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

  • последовательная (продольная) компенсация реактивной мощности, при которой генерирующее (или потребляющее при коррекции перенапряжения) реактивную энергию устройство подключено в сеть последовательно и балансирует реактанс передающей линии.

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.

Читайте также:  Установка биксенона на славуту

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:

  • дорогие управляемые тиристорные генераторы, построенные по трех-, шести и более импульсной топологии.

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.

  • комбинированные установки компенсации реактивной мощности TSC-TCR с управлением тиристорным переключением ступеней батарей статических конденсаторов и реакторов.

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

  • тиристорно-управляемые установки последовательной (продольной) компенсации TCSC (ThyristorControlledSeriesCompensator).

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).

Рис. Моделируемый ток и формы волны напряжения само коммутируемого преобразователядля компенсации реактивной мощности, где a — топология установки, b — моделируемый ток иформа волны напряжения (VMOD> VCOMP ); с — моделируемый ток и форма волны напряжения (VMOD

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector