Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок - Форсировка мощности конденсаторных установок

Применение конденсаторов для повышения коэффициентов мощности в некоторых случаях может привести к снижению запаса устойчивости системы электроснабжения, так как известно, что понижение напряжения в сети вызывает снижение реактивной мощности, выдаваемой в сеть конденсаторными установками, поскольку мощность конденсаторной установки уменьшается пропорционально квадрату напряжения. Для устранения этого недостатка применяют форсировку мощности конденсаторной установки путем автоматического изменения схемы соединения конденсаторов в установке. При этом обеспечивается на определенное время неизменная или даже повышенная выдача реактивной мощности при снижении напряжения до определенной величины. В результате форсировки мощности конденсаторной установки изменяются как напряжение, так и емкость фазы, приходящиеся на каждый отдельный конденсатор.
По назначению форсировка может быть кратковременной — для поддержания устойчивости энергетической системы в моменты резкого снижения напряжения, при коротком замыкании либо других аварийных режимах и длительной — для уменьшения дефицита реактивной мощности в нормальных режимах в связи с увеличением выдачи ее в часы максимума нагрузки или для резервирования при выходе из строя или вывода в ремонт других источников реактивной мощности и т. п.
Схемы форсировки предусматривают параллельно-последовательное подключение конденсаторов к установке на повышенное по отношению к номинальному напряжение. Автоматическое переключение конденсаторных установок осуществляется высоковольтными выключателями от пусковых органов схемы форсировки, реагирующих на скорость изменения напряжения во времени, что обеспечивает включение основного выключателя и переключающего или шунтирующего переключателя.
Простейший вид форсировки может быть осуществлен при наличии нескольких регулируемых конденсаторных установок, обычно управляемых по определенному графику нагрузки предприятия, а при резком изменении напряжения или реактивной мощности все могут одновременно включиться или отключиться автоматически от специального реле форсировки. В этом случае представляется возможным поддерживать напряжение до необходимой величины и не допускать, например, отключения пускателей электродвигателей и т. п. Форсированное одновременное включение всех секций
Конденсаторных установок без выдержки времени и с выдержкой времени в пределах от 3 до 10 с обеспечивает регулятор АРКОН.
Из схем длительной форсировки конденсаторной установки наиболее рациональной является схема с переключением из треугольника на двойную звезду (рис. 43, а) для сетей с изолированной нейтралью трансформатора. Включением выключателя 2В половины секций двух фаз установки, примыкающие к одному углу треугольника, соединяются параллельно и напряжение на каждой из них возрастает с половины линейного до фазного напряжения. Кратность форсировки при этом достигает: по напряжению 1,15 номинального напряжения, по мощности 1,33 номинальной мощности. Такие перегрузки в течение нескольких часов могут выдержать конденсаторы, предназначенные для этой цели [6].

Рис. 43. Принципиальные схемы форсировки мощности конденсаторных установок.
IB — главный выключатель; 2В, ЗВ — выключатели форсировки: АР — автоматическое регулирование.
Из кратковременных форсировок конденсаторной установки схема с переключением со звезды на треугольник (рис. 43,6) дает трехкратное форсирование мощности:

Где ω — угловая частота; С — суммарная емкость трех фаз конденсаторной установки, мкФ; U — линейное напряжение сети, кВ.
Очередность работы выключателей схемы форсировки от действия автоматического регулирования по какому-либо параметру происходит следующим образом: например, при резком понижении напряжения отключается выключатель ЗВ и включается 2В; после восстановления нормального напряжения может произойти обратное переключение этих выключателей. При переключении внутренней схемы соединения конденсаторной установки (рис. 43, в) с треугольника на двойной треугольник при замыкании вершин с серединой треугольника происходит четырехкратное форсирование мощности конденсаторной установки. От действия автоматического регулирования, например при понижении напряжения, включается выключатель форсировки 2В, соединяя вершины с серединой противоположной стороны треугольника конденсаторной установки. Переключение выключателя 2В может произойти обратно, если напряжение снова восстановилось.
Могут быть и другие варианты схем форсировки мощности конденсаторных установок.
Переключение в схемах форсировки приводит к перезарядке емкостей конденсаторов через небольшие индуктивности, что обусловливает большие толчки тока и перенапряжения, могущие представлять опасность для самих конденсаторов и коммутационной аппаратуры. Поэтому при проектировании схем форсировки эти вопросы должны подробно исследоваться и в каждом отдельном случае согласовываться с заводом-изготовителем конденсаторов и коммутационной аппаратуры.
Следует также при форсировке учитывать необходимость обеспечения разряда конденсаторов в связи со сложными переключениями в схеме конденсаторной установки. Поэтому трансформаторы напряжения для разряда необходимо устанавливать параллельно переключаемым частям в каждой фазе конденсаторной установки. При применении конденсаторов со встроенными разрядными сопротивлениями опасность разрядки конденсаторов исключается, так как каждый конденсатор независимо от схемы переключения при форсировке разряжается через свое встроенное разрядное сопротивление и нет необходимости в установке трансформаторов напряжения для разряда.
Наряду с достоинством, получаемым от регулирующего эффекта при форсировке мощности конденсаторных установок, имеется и существенный недостаток в связи с перегрузкой конденсаторов. Эта перегрузка при значительном повышении напряжения приводит к повышению температуры диэлектрика, а следовательно, и сокращению срока службы конденсаторов.

Рис. 44. Схема ступенчатого регулирования мощности конденсаторной установки снижением рабочего напряжения.
Для повышения эксплуатационной надежности конденсаторов может быть использована схема ступенчатого регулирования мощности конденсаторных установок без их отключения, но с изменением схемы и соответствующим снижением рабочего напряжения конденсаторов по сравнению с номинальным.
На рис. 44,с; приведена схема соединения конденсаторной установки, в которой, не меняя общего количества конденсаторов, можно изменять схему их соединений для получения различной мощности при различном напряжении на конденсаторах (табл. 4). Схема ступенчатого переключения может выполняться только из однофазных конденсаторов. Кроме того, в схеме предусмотрено отключение половины конденсаторов для уменьшения мощности всей установки в 2 раза в случае необходимости отключения части конденсаторов для аварийных и ремонтных работ. Выбор схемы зависит от
графика реактивной нагрузки предприятия. Изменение схемы соединения конденсаторов осуществляется четырьмя одинаковыми или различными по мощности ступенями, а число выключателей не превышает их количества при регулировании по обычным схемам.
Таблица4
Соотношения напряжений на конденсаторах и мощности конденсаторной установки

Повышение надежности конденсаторов объясняется тем, что конденсаторная установка на полную мощность будет работать только в течение нескольких часов при максимальной нагрузке, а остальное время она будет находиться при пониженном напряжении и не будет испытывать перегрузки. Независимо от уменьшения мощности конденсаторной установки либо снижения напряжения на ее элементах до необходимой величины потери мощности при изменении схемы соединения остаются практически постоянными. В зависимости от параметров и схемы регулирования включение или отключение выключателей соответствующих ступеней регулирования конденсаторной установки может производиться как при отключении ее от сети с разрядом конденсаторов, т. е. с перерывом в выработке реактивной мощности, так и при отключении без разряда, т. е. без перерыва.
Кроме схемы, указанной на рис. 44, возможны и другие комбинации соединения конденсаторов в установке для получения от нее различной мощности.