Компенсация реактивной мощности, достигаемая при помощи дополнительной емкостной нагрузки, называется емкостной компенсацией. Данный тип компенсации является традиционным для тяговых подстанций переменного тока в РФ, где таким способом удается существенно повысить эффективность работы оборудования и снизить потери.
К примеру, пропускная способность железнодорожного электротранспорта значительно повышается благодаря именно емкостной компенсации реактивной мощности, то есть путем применения конденсаторных установок. А поскольку напряжение сети так или иначе изменяется, то и конденсаторные установки должны быть регулируемыми. Емкостная компенсация бывает продольной, поперечной и продольно-поперечной, что подробно раскроем далее по тексту.
Поперечная емкостная компенсация - КУ
Под поперечной емкостной компенсацией понимают уменьшение реактивной компоненты тока благодаря подключению непосредственно рядом с нагрузкой дополнительного источника реактивной мощности. Настраиваемые конденсаторные установки включают в себя не только конденсаторы, но еще и реакторы, включенные последовательно или параллельно с конденсаторами. Установки со ступенчатым регулированием позволяют отключать и включать отдельные ступени конденсаторов или вообще изменять схему соединения установки.
Регулируемые конденсаторные установки с реакторами
Если параллельно конденсаторной батарее подключен регулируемый реактор, то общая реактивная мощность такой конденсаторной установки будет равна разности реактивных мощностей реактора и емкости. В частности, если реактивная мощность батареи конденсаторов равна реактивной мощности реактора, то установка в целом вообще не будет вырабатывать реактивной мощности.
Регулируя параметры реактора, уменьшая его мощность, повышают соответственно реактивную мощность, генерируемую всей конденсаторной установкой. Настройка состояния реактора осуществляется за счет регулировки насыщения стали магнитопровода, когда он поперечно или продольно подмагничивается постоянным током. Сегодня поперечное подмагничивание реакторов уже не применяют в силу нерентабельности такого подхода.
На сегодняшний день почти везде в сетях, начиная от 35кВ, регулирование реакторов производят тиристорами. Величину тока реактора от ноля до номинала задают в таких схемах через угол отпирания тиристоров. Данный способ управления реакторами является достаточно надежным, хотя и сопряжен с наличием высших гармоник, которые приходится устранять фильтрами нечетных гармоник.
Чтобы снизить напряжение, с которым работают здесь тиристоры, применяют реактор-трансформатор либо включают и конденсаторную батарею и схему с тиристорами через понижающий трансформатор (автотрансформатор).
На рисунке приведена схема статического тиристорного компенсатора с реакторной группой, который управляется тиристорами и имеет фильтрокомпенсирующие цепи. В целом компенсатор включает в себя:
-
однофазную тиристорно-реакторную группу, позволяющую плавно регулировать реактивную мощность;
-
фильтрокомпенсирующую цепь, служащую фильтром высших гармоник и источником реактивной мощности;
-
ФНЧ, снижающий разрушительное для тиристорного компенсатора действие резонансных явлений.
Кроме того, в состав статического компенсатора входит система управления и защиты, состоящая из блоков управления тиристорами и релейной защиты, а также модуля охлаждения тиристоров.
Установки со ступенчатым регулированием
Установка со ступенчатой регулировкой включает в себя несколько секций, чтобы при необходимости отрегулировать ток, напряжение или реактивную мощность, можно было бы отключить или подключить ту или иную секцию. Установка содержит конденсаторную батарею, реактор, демпферную цепь и главный выключатель.
Самое главное при проектировании конденсаторной установки со ступенчатым регулированием — грамотно организовать ограничение перенапряжений и токов в моменты подключения и отключения секций. Переходные процессы — фактор пониженной надежности таких установок.
Продольная емкостная компенсация - УПК
Чтобы уменьшить влияние индуктивной составляющей тяговой сети и трансформатора на напряжение токоприемников электровозов, применяют установки продольной емкостной компенсации, то есть включают последовательно с ними емкости.
На тяговых подстанциях России установки продольной компенсации ставят в отсасывающие линии, где данные установки повышают напряжение, помогают устранить эффекты опережения или отставания фаз, способствуют симметрии напряжений при равных токах в плечах, понижают класс напряжения оборудования и вообще упрощают конструкцию установки.
На рисунке представлена одна из таких секций. Здесь через конденсаторы и резистор, через тиристорный ключ, напряжение подается на соединенные последовательно низковольтные обмотки двух трансформаторов. Высоковольтные обмотки этих трансформаторов соединены встречно. В момент короткого замыкания напряжение на конденсаторах установки нарастает. И как только напряжение достигнет уровня уставки, тиристорный ключ открывается, тут же зажигается дуга в разряднике, и продолжает гореть, пока через долю секунды не замкнется вакуумный контактор.
Такие установки помогают снизить колебания напряжения на токоприемниках и сделать напряжения шин симметричными. К недостаткам относятся более тяжелые условия эксплуатации конденсаторов, в связи с чем установкам такого рода требуется сверхбыстродействующая защита. Лучше всего использовать УПК совместно с КУ.