Synchrone compensatoren in elektrische netwerken
De synchrone compensator is een lichtgewicht synchrone motor die is ontworpen voor stationair draaien.
De belangrijkste verbruikers van elektrische energie, naast actief vermogen, verbruiken van de generatoren van het systeem reactief vermogen... Het aantal gebruikers dat grote magnetiserende reactieve stromen nodig heeft om magnetische flux te creëren en te behouden, omvat asynchrone motoren, transformatoren, inductieovens en andere. Als gevolg hiervan worden distributienetwerken meestal met achterblijvende stroom geëxploiteerd.
Het blindvermogen dat door de generator wordt opgewekt, wordt verkregen tegen de laagste kosten. De overdracht van reactief vermogen van generatoren gaat echter gepaard met extra verliezen in transformatoren en transmissielijnen. Om reactief vermogen te verkrijgen, wordt het daarom economisch voordelig om synchrone compensatoren te gebruiken die zich op de knooppuntstations van het systeem of direct bij de verbruikers bevinden.
Synchrone motoren kunnen dankzij DC-excitatie werken met cos = 1 en verbruiken geen reactief vermogen van het netwerk, en tijdens bedrijf geven ze bij overexcitatie reactief vermogen aan het netwerk. Als gevolg hiervan wordt de arbeidsfactor van het netwerk verbeterd en worden de spanningsval en verliezen daarin verminderd, evenals de arbeidsfactor van de generatoren die in energiecentrales werken.
Synchrone compensatoren zijn ontworpen om de arbeidsfactor van het netwerk te compenseren en het normale spanningsniveau van het netwerk te handhaven in gebieden waar consumentenbelastingen geconcentreerd zijn.
Een synchrone compensator is een synchrone machine die in motormodus werkt zonder asbelasting met wisselstroom in het veld.
In de overexcitatiemodus loopt de stroom voor op de netspanning, dat wil zeggen, hij is capacitief ten opzichte van deze spanning, en in de onderexcitatiemodus blijft hij achter, inductief. In deze modus wordt de synchrone machine een compensator - een reactieve stroomgenerator.
De overbelaste werking van de synchrone compensator is normaal wanneer deze blindvermogen aan het net levert.
Synchrone compensatoren hebben geen aandrijfmotoren en zijn qua werking in wezen synchrone vrijloopmotoren.
Hiertoe is elke synchrone compensator uitgerust met een automatische excitatie- of spanningsregelaar, die de grootte van de excitatiestroom regelt zodat de spanning op de klemmen van de compensator constant blijft.
Om de vermogensfactor te verbeteren en dienovereenkomstig de offsethoek tussen de stroom en de spanning te verkleinen van de waarde van φw naar φc, is reactief vermogen vereist:
waarbij P het gemiddelde actieve vermogen is, kvar; φsv — faseverschuiving die overeenkomt met de gewogen gemiddelde vermogensfactor; φk — na compensatie te verkrijgen faseverschuiving; a — een factor gelijk aan ongeveer 0,9 ingevoerd in de berekeningen om rekening te houden met een mogelijke toename van de arbeidsfactor zonder compensatie-inrichtingen te installeren.
In aanvulling op blindstroomcompensatie inductieve industriële belastingen, synchrone lijncompensatoren zijn vereist. In lange transmissielijnen, bij lage belasting, heeft de lijncapaciteit de overhand en werken ze met voorstroom. Om deze stroom te compenseren, moet de synchrone compensator werken met achterblijvende stroom, d.w.z. met onvoldoende bekrachtiging.
Bij een aanzienlijke belasting van hoogspanningslijnen, wanneer de inductantie van elektriciteitsverbruikers de overhand heeft, werkt de hoogspanningslijn met een achterblijvende stroom. In dit geval moet de synchrone compensator werken met voorstroom, d.w.z. overbekrachtigd.
Een verandering in de belasting van de stroomlijn veroorzaakt een verandering in de blindvermogensstromen in grootte en fase en leidt tot aanzienlijke fluctuaties in de netspanning. In dit opzicht wordt het noodzakelijk om te reguleren.
Synchrone compensatoren worden meestal geïnstalleerd op regionale onderstations.
Om de spanning aan het einde of in het midden van de doorvoerleidingen te regelen, kunnen tussenstations worden gecreëerd met synchrone compensatoren, die de spanning moeten regelen of ongewijzigd moeten houden.
De werking van dergelijke synchrone compensatoren is geautomatiseerd, waardoor een soepele automatische regeling van het gegenereerde reactieve vermogen en spanning mogelijk wordt.
Om asynchrone start uit te voeren, zijn alle synchrone compensatoren voorzien van startspoelen in pooldelen of hun polen zijn massief. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de directe methode en eventueel de reactoropstartmethode.
In sommige gevallen worden ook krachtige compensatoren in werking gesteld met startfase-inductiemotoren die daarmee op dezelfde as zijn gemonteerd. Voor synchronisatie met het netwerk wordt meestal de zelfsynchronisatiemethode gebruikt.
Aangezien synchrone compensatoren geen actief vermogen ontwikkelen, verliest de kwestie van de statische stabiliteit van werk voor hen zijn urgentie. Hierdoor worden ze vervaardigd met een kleinere luchtspleet dan generatoren en motoren. Door de opening te verkleinen, wordt het wikkelen in het veld gemakkelijker en worden de machinekosten verlaagd.
Het nominale schijnbare vermogen van de synchrone compensator komt overeen met de werking ervan met overexcitatie, d.w.z. het nominale vermogen van de synchrone compensator is zijn blindvermogen bij voorstroom, dat hij in de bedrijfsmodus lange tijd kan dragen.
De hoogste onderbekrachtigingsstroom- en vermogenswaarden worden verkregen bij gebruik in de reactieve modus.
In de meeste gevallen vereist de onderbekrachtigingsmodus minder vermogen dan de overbekrachtigingsmodus, maar in sommige gevallen is meer vermogen vereist. Dit kan worden bereikt door de opening te vergroten, maar dit leidt tot hogere kosten van de machine en daarom is onlangs de kwestie van het gebruik van een negatieve excitatiestroommodus aan de orde gesteld. Omdat de synchrone compensator in termen van actief vermogen alleen met verliezen wordt belast, kan hij volgens hem stabiel en met weinig negatieve excitatie werken.
In sommige gevallen, in droge periodes, worden ze ook gebruikt voor gebruik in de compensatormodus hydro-elektrische generatoren.
Structureel verschillen compensatoren niet fundamenteel van synchrone generatoren. Ze hebben hetzelfde magneetsysteem, excitatiesysteem, koeling enz. Alle synchrone compensatoren met gemiddeld vermogen zijn luchtgekoeld en gemaakt met exciter en exciter.
Vanwege het feit dat synchrone compensatoren niet zijn ontworpen om mechanisch werk uit te voeren en geen actieve belasting op de as dragen, hebben ze een mechanisch lichte constructie. Compensatoren worden geproduceerd als machines met een relatief laag toerental (1000 - 600 tpm) met een horizontale as en een convexe poolrotor.
Als synchrone compensator kan een inactieve generator met geschikte excitatie worden gebruikt.In een overbelaste generator ontstaat een egalisatiestroom die zuiver inductief is ten opzichte van de generatorspanning en zuiver capacitief ten opzichte van het net.
Er moet rekening mee worden gehouden dat een overbelaste synchrone machine, of deze nu als een generator of als een motor werkt, ten opzichte van het net kan worden beschouwd als een capaciteit en een niet-bekrachtigde synchrone machine als een inductantie.
Om de netgekoppelde generator over te schakelen naar de synchrone compensatormodus, volstaat het om de toegang van stoom (of water) tot de turbine te sluiten. In deze modus begint de overbelaste turbine-generator een kleine hoeveelheid actief vermogen van het net te verbruiken om de rotatieverliezen (mechanisch en elektrisch) te dekken en brengt het blindvermogen over naar het net.
In de modus van synchrone compensator kan de generator lang werken en is alleen afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden van de turbine.
Indien nodig kan de turbinegenerator worden gebruikt als synchrone compensator, zowel bij draaiende turbine (samen met de turbine) als uitgeschakeld, d.w.z. met de koppeling gedemonteerd.
Door het draaien van de stoomturbine aan de kant van de generator die in aandrijfmodus is gegaan, kan het staartgedeelte van de turbine oververhit raken.