Увеличение активных нагрузок на промышленных предприятиях сопровождается соответствующим ростом потребления реактивной мощности. В связи с этим проблема компенсации и наиболее эффективного распределения реактивной мощности приобретает важное значение. Особое место здесь занимают установки, позволяющие практически безынерционно регулировать генерируемую реактивную мощность. Имеется в виду применение реакторов с подмагничиванием и вентилей с искусственной коммутацией, устройств с параллельным включением емкости и регулируемой индуктивности. Достоинствами таких компенсаторов являются отсутствие вращающихся частей и возможность плавного и практически безынерционного регулирования выдаваемой реактивной мощности.
Рис. 45. Принципиальная схема статического компенсатора реактивной мощности, состоящего из управляемого реактора и форсируемой конденсаторной установки.
На рис. 45 приведено управляемое ферромагнитное устройство, представляющее собой статический компенсатор реактивной мощности, состоящий из управляемого реактора с параллельно включенной форсируемой конденсаторной установкой. Управляемый реактор представляет собой электромагнитный аппарат, индуктивное сопротивление которого плавно регулируется путем подмагничивания ферромагнитного сердечника постоянным током аналогично магнитному усилителю. В одну из обмоток реактора подключается форсируемая конденсаторная установка, служащая одновременно для устранения высших гармоник.
Использование искусственной коммутации в схемах статических компенсирующих устройств, основанной на применении электронной техники, открывает новые возможности быстродействующего регулирования реактивной мощности и достижения высоких динамических показателей устройств компенсации реактивной мощности в энергетических системах.
В настоящее время становится актуальным определение областей наиболее целесообразного применения различных систем, регулируемых источников реактивной мощности (ИРМ) и их технико-экономическое сопоставление с синхронными компенсаторами и регулируемыми конденсаторными установками.
Создание таких быстрорегулируемых ИРМ позволит иметь установки, дающие возможность безынерционно изменять различные реактивные параметры электрических систем. Установки ИРМ могут явиться мощным средством обеспечения стабильного напряжения в сетях, питающих резкопеременные нагрузки на металлургических заводах с прокатными станами, наличие которых недопустимо снижает качество напряжения.
Статическое устройство ИРМ состоит из конденсаторной установки и специального регулирующего звена из индуктивности с полупроводниковыми вентилями. Суммарная реактивная мощность такой установки Qk меняется за счет переменной слагающей реактивной мощности индуктивностей которая вычитается из неизменной составляющей реактивной мощности конденсаторной установки Qc при неизменном линейном напряжении сети Uc:
Qк =Qc — QL.
Мощности конденсаторной установки и индуктивностей подбираются в каждом конкретном случае. При этом максимальная мощность, равная мощности конденсаторной установки, выдается в сеть при запертых вентилях. Мощность, потребляемая схемой, максимальна при отключенной конденсаторной установке и равна мощности реакторов (индуктивностей), когда вентили полностью открыты.
Рис. 46. Принципиальная схема управляемого статического источника реактивной мощности (ИРМ) с искусственной коммутацией вентилей.
На рис. 46 приведена принципиальная схема управляемого статического ИРМ, каждая фаза которого состоит из индуктивности и двух управляемых вентилей, включенных встречно-параллельно. Переход схемы из одного режима в другой осуществляется изменением величины напряжения управления, подаваемого автоматическим регулятором АР на вход электронной схемы управления вентилями.
Регулирование реактивной мощности при резкопеременных нагрузках с помощью ИРМ производится гораздо быстрее, чем синхронным компенсатором, поскольку как система возбуждения, так и сам силовой элемент оказываются практически безынерционными. При этом под воздействием ИРМ отклонения напряжения на шинах, с которых осуществляется питание этих нагрузок, снижается примерно до 2—2,5 % в то время как эти отклонения при отсутствии ИРМ могут составлять 15— 17%. Положительное влияние ИРМ сказывается также и на напряжении в других точках системы электроснабжения предприятия, доводя отклонения в этих точках до 1—2%.
Рис. 47. Схема электроснабжения металлургического завода с использованием статических регулируемых источников реактивной мощности (ИРМ).
На рис. 47 приведена схема электроснабжения металлургического завода, в состав которой входят конверторный цех с установкой непрерывной разливки стали, прокатные станы и др. Питание этих нагрузок осуществляется от двух трансформаторов мощностью по 100 MB-А с расщепленными обмотками напряжением 220/10/10 кВ. Распределительное устройство 10 кВ имеет четыре секции, на каждой из которых предусматривается компенсирующее устройство, дополняющее реактивную мощность, получаемую от крупных синхронных двигателей кислородной станции, и др.
Для получения наиболее эффективного результата от генерирования реактивной мощности и регулирования напряжения в сети 10 кВ, имеющей частые и большие колебания, применены новые автоматические регулируемые ИРМ, состоящие из нерегулируемой конденсаторной установки и регулирующего звена из индуктивности (реактора) с управляемыми полупроводниковыми вентилями.
Схемы с ИРМ могут быть использованы и для пофазного регулирования напряжения сети. Поскольку схема ИРМ фактически составлена из трех независимых фаз то при несимметрии фазных напряжений сети это устройство может быть использовано для выравнивания несимметрий путем пофазного автоматического регулирования реактивной мощности.
Имеются и другие схемы с вентилями и индуктивностями, позволяющими регулировать реактивную мощность и напряжение сети. Тиристорные компенсаторы реактивной мощности типа ТК-125-ЗвОУЗ предназначены для компенсации реактивной мощности с автоматическим плавным поддержанием коэффициента мощности или напряжения в сетях переменного тока напряжением до 0,4 кВ частотой 50 Гц в условиях умеренного климата. Тиристорные компенсаторы применяются на цеховых подстанциях и в промышленных сетях с резко- переменным (толчкообразным) характером нагрузки, в сетях с быстроизменяющимся непрограммируемым графиком нагрузки (например, в сети с одиночными и групповыми тиристорными электроприводами постоянного тока или со сварочными нагрузками).
Тиристорные компенсаторы могут применяться эффективно в сетях с любым графиком изменения реактивной нагрузки совместно с конденсаторными установками нерегулируемыми или со ступенчатым регулированием.
Тиристорные компенсаторы реактивной мощности обладают рядом преимуществ, в том числе автоматическим плавным поддержанием заданного значения коэффициента мощности; большим быстродействием; плавным регулированием реактивной мощности с ограничением выше номинального значения; возможностью (в связи с быстродействующей плавной автоматической компенсацией) поддержания стабильности питающего напряжения. Номинальная реактивная мощность компенсатора 125 кВАр, номинальный ток 190 А, напряжение сети 380 В, значение уставок коэффициента мощности 0,3—1, диапазон регулирования мощности 25— 125 кВАр.
Конструктивно тиристорный компенсатор выполнен в виде шкафа, остовом которого служит каркас из профилированной стали, закрытый металлической обшивкой, а снизу—сеткой с отверстиями для ввода подводящих кабелей или шин. Обслуживание компенсатора двустороннее со стороны передней и задней дверец. Для удобства обслуживания элементы автоматики расположены поблочно на панелях, которые по ламелям соединяются штепсельными разъемами с остальными элементами схемы компенсатора. Длина компенсатора 1000, высота 2000, глубина 820 мм. Масса — не более 900 кг.
