Синхронные компенсаторы

Синхронные компенсаторы являются генераторами и потребителями реактивной мощности. Они включаются в систему вблизи мощных узлов нагрузки (рис. 5.50).

Синхронные компенсаторы позволяют разгружать линии электропередачи от реактивных токов, повышая их использование и поддерживая заданный уровень напряжения в системе. Последнее имеет важное значение не только в отношении качества электроэнергии у потребителей, но и с точки зрения повышения устойчивости работы энергосистемы.

Затраты, связанные с установкой и эксплуатацией синхронных компенсаторов окупаются, если их мощность составляет полной мощности линии электропередачи.

Конструктивно синхронные компенсаторы выполняются так же, как синхронные двигатели. Отличие состоит лишь в том, что они не имеют выходного конца вала. Мощность синхронных компенсаторов при напряжении . Частота вращения , исполнение - горизонтальное с явнополюсным ротором.

Включение синхронных компенсаторов в сеть производится методом асинхронного пуска, подобно синхронным двигателям. Рабочий процесс синхронного компенсатора описывается U-образной характеристикой (рис. 5.51). Эта характеристика ничем не отличается от соответствующей характеристики синхронного двигателя при .

Важным свойством синхронного компенсатора является его способность к стабилизации напряжения сети. При уменьшении напряжения сети (рис. 5.52, а) реактивная мощность, отдаваемая компенсатором в сеть, увеличивается, а при увеличении напряжения (рис. 5.52, б) компенсатор переходит в режим потребления реактивной мощности. Благодаря такой реакции компенсатора происходит стабилизация реактивного тока в линии электропередачи и, следовательно, стабилизация напряжения.

При автоматическом регулировании возбуждения стабилизирующие свойства синхронного компенсатора улучшаются.

Наиболее тяжелым в тепловом отношении режимом работы компенсатора является режим перевозбуждения. В этом режиме при номинальном (допустимом по условию нагрева обмотки возбуждения) токе возбуждения ток якоря достигает наибольшего значения,

.

По мере уменьшения тока возбуждения ток якоря сначала снижается почти до нуля при (рис. 5.51), а затем вновь возрастает, принимая при значение

.

Отношение токов

.

Следовательно, синхронные компенсаторы могут потреблять реактивную мощность в раза меньшую, чем выдаваемуя в сеть мощность в режиме перевозбуждения.

Для увеличения мощности необходимо выполнять компенсаторы с малым , что связано с увеличением стоимости машины. Другой путь увеличения мощности - это использование режимов отрицательного возбуждения (пунктирная линия на рис. 5.51). Однако при реализации этого режима возникают трудности обеспечения устойчивой работы синхронного компенсатора.

При отрицательном возбуждении, согласно уравнению угловой характеристики

,

знак первого слагаемого становится положительным (, ), а знак второго не меняется, поэтому величина максимальной мощности , а следовательно, и вращающего момента существенно снижаются (рис. 5.53). Предельным по условию устойчивости является режим, при котором максимальная мощность снижается до величины механических потерь в компенсаторе .

Из рис. 5.53 видно, что допустимая величина отрицательного тока возбуждения будет тем больше, чем больше реактивный момент, зависящий от отношения . Применение отрицательного возбуждения позволяет увеличить потребляемую реактивную мощность на 40-50% по сравнению с режимом при .