Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf

Значения коэффициентов Dx и D2для турбогенераторов приведены в табл. 11-1.

Использование генераторов местных электростанций только для компенсации, как и синхронных двигателей, допускается в редких случаях по специальному разреше­ нию энергосистемы.

11-6. СИНХРОННЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ

Синхронный компенсатор представляет собой специаль­ ную синхронную машину, предназначенную для выработки или потребления реактивной мощности и не несущую механической нагрузки, кроме покрытия механических потерь на вращение. При воздушном охлаждении компен­ саторы имеют марку КС и при водородном — КСВ. Син­ хронные компенсаторы в основном применяются в сетях энергосистем на районных подстанциях и служат для регу­ лирования напряжения. В часы малых реактивных'нагру­ зок они работают с отстающим коэффициентом мощности в качестве потребителей реактивной мощности, что необ­ ходимо для поддержания режима работы генераторов станций с нормальным возбуждением по условиям устой­ чивости. Основные технические данные синхронных ком­ пенсаторов приведены в табл. 11-2.

Таблица. 11-2

Синхронные компенсаторы с водородным охлаждением устанавливаются па открытом воздухе (рис. 11-5). Пуск реакторный или с помощью разгонного двигателя. Как видно из таблицы, удельные потери активной мощности

411

на 1 квар у них значительно выше, чем у конденса­ торов.

Основные достоинства синхронных компенсаторов:

1) широкое регулирование реактивной мощности с перехо­ дом в отстающую; 2) возможность быстродействующего регулирования в импульсном режиме; 3) более компактная установка по сравнению с конденсаторной батареей, не требующая закрытого помещения при водородном охлаждении.

К недостаткам синхронных компенсаторов следует отнести: 1) наличие вращающихся частей; 2) значительные

Рис. 11-5. Открытая установка синхронного компен­ сатора КСВ-50000.

потери активной мощности; 3) сложные условия пуска при больших мощностях.

На промпредприятиях применение синхронных компен­ саторов оправдывается лишь при значительных реактив­ ных нагрузках на напряжении 6—10 кВ, особенно при переменном графике нагрузки, включая резко переменный режим (прокатные станы, дуговые электропечи).

В отличие от синхронных двигателей и генераторов при определении затрат па использование предприятием реактивной мощности синхронного компенсатора необхо­ димо учитывать не только потери активной мощности, определяемые по выражению (11-4), и потери холостого хода, но и стоимости установки и эксплуатации синхрон­ ного компенсатора.

412

11-7. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Прогресс в области преобразовательной техники, выра­ зившийся в переходе от машинных преобразователей с синхронными двигателями к статическим ртутным и полупроводниковым, осложнил электроснабжение этих установок, которые из генераторов реактивной мощности превратились в потребителей ее. Поэтому возникла проб­ лема создания преобразователя, который бы не потреблял реактивной мощности. Идея такого преобразователя была

высказана еще в 1937 г. [Л. 11-7], но практическая реали­ зация его была выполнена позднее группой ученых Киев­ ского политехнического института. Эта работа, полу­ чившая название «Схемы КПП», была удостоена Ленин­ ской премии в 1962 г.

На рис. 11-6 представлена принципиальная схема компенсационного преобразователя. В отличие от обычной схемы здесь со стороны катодов вентилей имеется трех­ фазный уравнительный реактор УТРМ, к которому подклю­ чены соединенные в треугольник конденсаторы. Периоди­ чески заряжаясь и разряжаясь, эти конденсаторы создают дополнительное напряжение трансформатора, заставля­ ющее ток переходить на очередную фазу раньше, чем это

413

произошло бы при отсутствии конденсаторов. Ток конден­ саторов имеет двойную частоту, вследствие чего эту схему иногда называют «схемой двойной частоты».

При отсутствии конденсатора ток іг возникает в момент,

хорошо зарекомендовали себя конденсаторы для продоль­ ной компенсации типа КПМ-0,6-50-1, более устойчивые при перенапряжениях,чем обычные конденсаторы для повы­ шения коэффициента мощности. Компенсационный пре­ образователь может работать с коэффициентом мощности, близким к единице, и даже с опережающим.

Показателем эффективности описанной схемы служит коэффициент эффектив пости

А'оф= ^ - ^ 2 , 5 - ь З , 1 .

ѵконд

показывающий, что схема дает компенсирующую мощность,

414

в 2,5 —3,1 раза превыілающую номинальную мощность использованных в схеме конденсаторов.

Применение компенсационных преобразователей по схеме КПП целесообразно во всех случаях, однако такой преобразователь существенно отличается от обычного; необходимы повышенная изоляция вентилей от рамы, трехфазный уравнительный реактор и другое оборудова­ ние, требующее для размещения дополнительных площа­ дей. Поэтому при установке нескольких преобразователей компенсационным выполняется один (редко два), что

Рис. 11-8. Принципиальная схема компенсационного преобразо­ вателя с тройной частотой.

бывает достаточным для экономичной работы преобразова­ тельной подстанции.

Кроме описанной схемы с двойной частотой, разрабо­ тана схема с тройной частотой тока конденсаторов (Л. 11-7]. В этом случае конденсаторы подключаются к нулевым точкам прямой и обратной звезды, что наиболее удобно в старых установках и с отдельно стоящим уравнительным реактором КРОМ и трансформатором типа ТМР (рис. 11-8). Имеются примеры успешной эксплуатации компенсаци­ онных преобразователей в подобных установках, в которых ртутные вентили заменены кремниевыми. В этой схеме необходимо иметь первичную обмотку трансформатора ТМРУ по схеме треугольника, так как при схеме звезды

415

возникает однофазный ноток вынужденного намагничива­ ния, вызывающий перегрев стали магиитоп ровода. Рабо­ чее напряжение конденсаторов в этой схеме должно быть в 1,5 раза ниже номинального.

Схема с тройной частотой при переменной нагрузке может работать с повторными зажиганиями., или удвоением

кремниевыми вентилями. При мостовых схемах выпрямле­ ния компенсационные преобразователи пока не приме­ няются, но исследования в этой области продолжаются.

11-8. СТАТИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (ИРМ)

Принцип работы ИРМ состоит в том, что выпрямленным током преобразователя индуктивность (реактор или дрос­ сель с железом) заряжается магнитной энергией, которая инвертируется в сеть переменного тока с опережающим коэффициентом мощности. Имеется ряд схем ИРМ, разрабо­ танных в Московском энергетическом институте [Л. 11-111. На рис. 11-9 приводится блок-схема ИРМ на тиристорах, разработанного в Горьковском политехническом инсти­ туте и принятого к серийному производству па заводе «Электровыпрямитель» [Л.11-8].

Для получения 12-фазной пульсации выпрямленного тока напряжение сети подается через согласующий транс­ форматор СТ (рис. 11-9, а) и два мостовых управляемых тиристорных выпрямителя на обмотку дросселя или через фазосдвигающий трансформатор ФСТ на два таких выпря­ мителя, работающие на две независимые обмотки дросселя (рис. 11-9, б) Отпирание тиристоров происходит левее естественной точки коммутации на угол а, близкий к 90°, и ИРМ выдает в сеть реактивную мощность

<?„PM = K3H/sin'op,

где U — линейное напряжение, кВ; I — ток основной гармоники; <р = а — | я« 90° эл.

Мощность может регулироваться в пределах 30:1 с временем переходного процесса один период, т. е. регу-

416

<

лирование весьма быстродействующее. Мощность ИРМ зависит от допускаемого тока тиристоров и напряжения сети. Опытный образец из типовых тиристоров при напря­ жении в сети 380 В имел мощность 250квар. Потери х.х.

Рис. 11-9. Принципиальная схема ИРМ на тиристорах при 12-фазных пульсациях.

г' и і" — токи мостов; — ток первичной обмотки фазосдвигаю­ щего трансформатора; і 12 — линейный ток первичной обмотки фазосдвигающего трансформатора; г — общий ток.

составляют 1 кВт, а при нагрузке 3 кВт, или 12 Вт/квар, т. е. 1,2%. К недостаткам данного ИРМ относится иска­ жение кривой тока, величина которого получается в допус­ тимых пределах при 12-фазной схеме выпрямления; коэф­ фициент искажения ѵ = 0,985.

11-9. ПЕРЕДАЧА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПО СЕТИ

Передача реактивной мощности по сети (линия, транс­ форматор) сопровождается потерями. Если по сети, имею­ щей реактивную нагрузку (?др, необходимо передать дополнительно реактивную мощность Q, то дополнитель­ ные активные потери в сети, кВт

где Un — номинальное напряжение сети (линии, трансфор­ матора), кВ; rß — активное сопротивление сети, Ом.

Если реактивная нагрузка сети Q (линии, трансформа­ тора) за счет компенсации уменьшится па величину QK, то уменьшение активных потерь, кВт,

При установках конденсаторов в сети напряжением до 1 000 В удобно общее активное сопротивление отнести к сопротивлению соответствующего трансформатора, Ом,

гс = гт+ гэс = к тгт,

где гт — сопротивление трансформатора, приведенное к вторичному напряжению, Ом; гэ с — эквивалентное сопро­ тивление сети за трансформатором, Ом; кт— (гт + гэ_с)/лг— отношение суммы сопротивлений трансформатора и сети к сопротивлению трансформатора.

Изменение потерь реактивной мощности определяется по аналогичным формулам, в которых активные сопротив­ ления заменяются реактивными.

При передаче реактивной мощности необходимо учиты­ вать потери реактивной мощности в сети, реакторах и трансформаторах, так что источник должен генерировать

мощность уQ, где у — 1 .+ (АQ — дополнительные

потери реактивной мощности в сети, равные приблизи­ тельно 5%).

11-10. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКИ

Реактивную мощность потребляют электроприемники напряжением выше 1 000 В (<?вн) и электроприемники напряжением до 1 000 В (<?нн)- Общая реактивная нагрузка предприятия, требующая компенсации,

в особенности реактивной нагрузки электроприемников напряжением выше 1 000 В.

Условия выбора способа компенсации реактивных нагрузок электроприемников напряжением до 1 000 В и выше различны, так что его целесообразно рассматривать раздельно. При этом возникают следующие варианты:

413