Назначение и режимы работы синхронных компенсаторов

Передача реактивной мощности потребителям от генераторов электростанций сопряжена с потерями энергии в линиях электропередачи, трансформаторах и распределительных сетях. Поэтому считается выгодным снижение реактивной мощности, получаемой от электростанций, и выработка ее вблизи потребителей. Это позволяет уменьшить потери энергии и напряжения в сетях, увеличить пропускную способность линий электропередачи и одновременно повысить уровни напряжений на шинах приемных подстанций. Таким образом, синхронные компенсаторы являются экономичным регулируемым источником реактивной мощности в электрических системах.

Важное значение имеет установка синхронных компенсаторов на подстанциях линий дальних электропередач сверхвысоких напряжений. При изменениях нагрузок (по значению и направлению), передаваемых по этим линиям, с помощью синхронных компенсаторов регулируют напряжение на шинах приемной и промежуточных подстанций, компенсируют потоки реактивной мощности по линиям и обеспечивают существенное повышение их пропускной способности; они поддерживают также электродинамическую стойкость работы электростанций при КЗ.

Синхронный компенсатор представляет собой ненагруженный синхронный электродвигатель с широким диапазоном регулирования тока возбуждения.

При токе возбуждения, равном току холостого хода, он потребляет из сети небольшую активную мощность, определяемую потерями в синхронном компенсаторе. Если ток возбуждения уменьшать (режим недовозбуждения), то в токе, потребляемом синхронным компенсатором от сборных шин подстанции, появится и будет увеличиваться индуктивная составляющая, что соответствует потреблению из сети реактивной мощности, при этом возрастают потери в сети. В режиме перевозбуждения ток возбуждения превышает ток холостого хода, синхронный компенсатор потребляет из сети опережающий ток, что соответствует выдаче реактивной мощности. Таким образом, но отношению к сети синхронный компенсатор ведет себя в зависимости от значения тока возбуждения как индуктивность или емкость, выполняя соответственно роль потребителя или источника реактивной мощности.

Рис. 2.3. Семейство V-образных нагрузочных характеристик синхронного компенсатора

На рис. 2.3 показана зависимость силы тока статора синхронного компенсатора от силы тока ротора для различных постоянных значений напряжения на его выводах. Правые ветви нагрузочных характеристик соответствуют работе синхронного компенсатора в емкостном квадранте, левые - в индуктивном. В реальных условиях с увеличением тока ротора напряжение на выводах статора не остается постоянным, а увеличивается. Поэтому ветви эксплуатационной нагрузочной характеристики не совпадают с V-образными характеристиками для постоянных значений напряжения, а идут более полого, как это показано на том же рисунке жирной линией.

Рассмотрим влияние регулируемой реактивной мощности синхронного компенсатора на уровень напряжения на шинах подстанции и потери мощности в сети.

Зависимость напряжения на выводах статорной обмотки, а следовательно, и на сборных шинах подстанций от нагрузки синхронного компенсатора можно пояснить при помощи векторной диаграммы (рис. 2.4, б). Примем за исходные параметры схемы напряжение на шинах НН подстанции U₂ и суммарный ток нагрузки I_Л. При разгруженном синхронном компенсаторе СК (режим холостого хода) ток нагрузки I_л равен току в трансформаторе I_т. Если теперь нагрузить синхронный компенсатор и к току I_л прибавить его реактивный ток Iс в емкостном квадранте илиI₁ в индуктивном, то результирующий ток в трансформаторе станет соответственно равным I'_T или I"_T. Таким образом, в результате регулирования тока синхронного компенсатора изменяются значение и фаза тока в трансформаторе. Наименьшим ток в трансформаторе I'''_T будет при полной компенсации угла сдвига фаз (cosj=1). В этом случае потери в сети активной и реактивной мощности (пропорциональные квадрату тока) будут минимальными.

Рис. 2.4. Изменение напряжения на шинах подстанции регулированием тока возбуждения синхронного компенсатора при неизменной нагрузке потребителей:

а - схема подстанции; б- векторная диаграмма

Рис. 2.5. Поддержание неизменного уровня напряжения на шинах подстанции при изменении тока нагрузки потребителей

Из векторной диаграммы видно, что при изменении тока в трансформаторе изменяются значение и фаза вектора падения напряжения в индуктивности трансформатора DU_Т от значения DU'_T до DU''_T.При неизменном напряжении U₁ со стороны системы это приводит к изменению вторичного напряжения U₂ от значения U'₂ до U"₂, равному напряжению на выводах синхронного компенсатора. Фаза вторичного напряжения при этом не изменяется.

Регулирование тока синхронного компенсатора в основном производится в целях поддержания напряжения на сборных шинах НН. На рис. 2.5 показано, как при увеличении тока нагрузки потребителей от I_Л до I'_Л удастся сохранять постоянным по значению напряжение U₂, загружая синхронный компенсатор реактивным емкостным током I_СК. Из векторной диаграммы видно также, что при фаза вторичного напряжения изменяется от значения j до j '.