Материал: Лекция №17 2-я редакция

17.2.2. Включение в качестве компенсирующего устройства батарей конденсаторов

Включение в качестве компенсирующего устройства батарей конденсаторов позволяет только повышать напряжение, так как конденсаторы могут лишь вырабатывать реактивную мощность. Конденсаторы, подключенные параллельно к сети (рис.17.3,г), обеспечивают поперечную компенсацию. В этом случае БК, генерируя реактивную мощность, повышает коэффициент мощности сети и одновременно регулирует напряжение, поскольку уменьшаются потери напряжения в сети. В период малых нагрузок, когда напряжение в сети повышено, должно быть предусмотрено отключение части БК, чтобы уровни напряжений не превышали допустимых значений[2].

Векторная диаграмма при поперечной компенсации с помощью БК та же, что и для СК в режиме перевозбуждения (рис.17.3,б), где вместо тока следует говорить о токе . В этом случае, как и при использовании СК, уменьшается потеря напряжения в сети и увеличивается напряжение , а также угол сдвига между напряжениями в конце и в начале линии.

Реактивная мощность , генерируемая БК, определяется по выражению (17.16), которое преобразуется к виду

(17.21)

В последнем выражении относительное повышение напряжения при регулировании, то есть при поперечной компенсации, равно

(17.22)

17.2.3. Реакторы

Реакторы служат для потребления излишней реактивной мощности и относятся к шунтирующим (в отличие от токоограничивающих и заземляющих, здесь не рассматриваемых). Шунтирующие реакторы выполняются в виде трехфазных и однофазных катушек без ответвлений с ненасыщенным магнитопроводом. Номинальные мощности реакторов , которые в силу малых потерь активной мощности (< 1%) можно принять равными , задаются для номинального напряжения.

Изменяя баланс реактивной мощности, реакторы стабилизируют напряжение [4]. Стабилизации последнего способствует и положительный регулирующий эффект реактора. При увеличении напряжения увеличиваются потребляемая реактором мощность и падение напряжения в сети, а напряжение в точке установки реактора имеет тенденцию к снижению, то есть к стабилизации. При уменьшении напряжения картина обратная. Статические характеристики узла нагрузки с показаны на рис.17.4 (кривая 1 - без реактора, кривая 2 - с реактором, который при снижении отключается в точке а). Нерегулируемый шунтирующий реактор можно включать в режиме минимальных нагрузок и отключать в режиме максимума - в этом смысле он является регулирующим устройством. Включая и отключая реактор, удается выдержать допустимые отклонения напряжения в большем диапазоне суточного графика нагрузки ( на рис.17.4 соответствует характеристике без реактора и меньше при включении и отключении реактора). Однако такое регулирование является ступенчатым и достаточно грубым.

Ш унтирующие нерегулируемые реакторы применяются в основном на конечных и промежуточных подстанциях мощных электропередач, их включение и отключение производится эксплуатационным персоналом по распоряжению диспетчера ЭЭС.

Прогресс в области реакторостроения привел к созданию управляемых средств потребления реактивной мощности, однако их применение пока еще ограничено. Это, в частности, реакторно – тиристорные блоки, которые представляют комбинацию неуправляемых реакторов и тиристоров, управляемых по определенному закону с помощью устройства управления. Тиристоры могут работать в ключевом режиме, осуществляя ступенчатое изменение мощности группы реакторов либо в режиме плавного регулирования.

17.2.4. Статические компенсаторы

Статические компенсаторы (СТК) — комплексные устройства, не содержащие движущихся частей и пригодные как для потребления, так и для выработки реактивной мощности. Схемы СТК отличаются большим разнообразием, однако обязательно наличие накопительных элементов (индуктивности, емкости) и регулирующих элементов на основе тиристорных преобразователей. В ряде случаев основу СТК составляют упомянутые выше реакторно-тиристорные и конденсаторно-тиристорные блоки.

Устройство управления тиристорами совместно с локальной CAP СТК могут обеспечить изменение реактивной мощности от потребления до выработки (в пределах диапазона регулирования) при практически неизменном напряжении СТК, которое может изменяться в допустимых пределах от до , поэтому статические характеристики узла нагрузки с СТК (рис.17.5) аналогичны приведенным ранее для генератора.

Р егулирование СТК от минимума до максимума может быть осуществлено очень быстро – за 1 – 2 периода промышленной частоты. Поэтому СТК могут быть использованы для стабилизации переходных процессов в ЭЭС аналогично синхронным компенсаторам. Как и СК, СТК устанавливаются на промежуточных и конечных подстанциях мощных электропередач. Разработаны СТК для установки в узлах нагрузки для стабилизации режима сети при резкопеременном потреблении.

17.2.5. Установки продольной компенсации

Установки продольной компенсации (УПК) как средство изменения суммарного реактивного сопротивления линии и, следовательно, напряжения на ее приемном конце можно отнести к линейным регулирующим устройствам. Однако надо иметь в виду следующее.

В сетях высших номинальных напряжений и мощных электропередачах УПК применяется в первую очередь для повышения пропускной способности. Это дорогие устройства, во-первых, из-за изоляции – они изолируются от земли на полное напряжение линии; во-вторых, из-за необходимости защиты конденсаторов от перенапряжений при близких КЗ и при их включении - отключении; в-третьих, из-за коммутационной аппаратуры рассчитанной на высокие напряжения и большие токи. Как средства регулирования напряжения в таких сетях они не выдерживают конкуренции с СК, СТК, реакторами.

Конкурентоспособными с другими регулирующими устройствами УПК могут быть, по-видимому, в радиальных воздушных линиях сетей 6 – 20 кВ или же отдельных питающих линиях среднего напряжения (35, 110 кВ).

В связи с этим рассмотрим особенности регулирования напряжения с помощью УПК [4]. Схема замещения компенсированной УПК линии и векторные диаграммы приведены на рис.17.6. Как и ранее, считаем, что нагрузка питается по линии от мощной системы, то есть = const.

В том случае, если УПК отсутствует, падение напряжения будет:

(17.23)

а после включения УПК соответственно:

(17.24)

В результате включения УПК падение напряжения уменьшается на величину .

Случай недокомпенсации реактивного сопротивления линии показан на векторной диаграмме рис.17.6,б. При полной компенсации падение напряжения оказывается нулевым.

Перекомпенсация линии (рис.17.6,в), может привести к перенапряжениям на приемном конце линии и на УПК. Такие режимы с перенапряжениями возникают, в частности, при пуске мощных двигателей, при резкопеременной нагрузке. Поэтому для практических целей емкость УПК следует выбирать из условий недокомпенсации.