Тяговые подстанции городского транспорта - Синхронные компенсаторы

Современные электроэнергетические системы с многократной трансформацией содержат большое число промежуточных трансформаторов, а воздушные линии сетей высокого напряжения имеют большую протяженность. Это вызывает загрузку систем реактивной мощностью. Хотя реактивная мощность, вырабатываемая генераторами, и не требует дополнительной мощности от первичного двигателя, но увеличение потребления реактивной мощности вызывает увеличение тока в проводниках всех элементов электрической системы. Потери же мощности в энергосистеме, связанные с дополнительными потерями в проводниках, требуют некоторого увеличения генераторной мощности станций. Таким образом, повышение коэффициента мощности электрических установок является частью общей проблемы повышения к. п. д. электрической системы.
Повышение коэффициента мощности отдельных электротехнических установок часто производится с помощью батарей статических конденсаторов. К преимуществам их относятся малые собственные потери активной мощности, отсутствие вращающихся и изнашивающихся частей, простота при монтаже и в эксплуатации. Но компенсирующие устройства со статическими конденсаторами практически имеют ограниченную мощность и не позволяют осуществлять плавную регулировку реактивной мощности.
Выбор статических конденсаторов для повышения коэффициента мощности электротехнических установок обычно производится с учетом требований ПУЭ и эффекта, получаемого от уменьшения потребления реактивной мощности.
Для компенсации реактивной мощности применяют синхронные компенсаторы. Синхронный компенсатор — это синхронная машина, подключенная к сети и работающая без первичного двигателя и без нагрузки на валу, но с изменяющимся током возбуждения. Если такую машину перевозбудить, то ток будет опережать напряжение сети, т. е. он будет емкостным, и компенсировать отстающий ток, обусловленный индуктивностями элементов систем. В недовозбужденных машинах ток будет отстающим, т. е. индуктивным.
В разветвленных и длинных ЛЭП при относительно небольших нагрузка преобладает емкость линии, и ток в этих линиях опережающий. Для компенсации опережающего реактивного тока компенсаторы, установленные на ЛЭП, в этом случае работают в режиме недовозбуждения. При увеличении нагрузки с преобладанием индуктивности компенсатор переходит в режим работы с перевозбуждением.
Синхронные компенсаторы устанавливаются на районных подстанциях и на специальных промежуточных подстанциях. Работа синхронных компенсаторов происходит автоматически и, таким образом, поддерживаются заданный угол φ сдвига и напряжение.
Номинальной мощностью синхронного компенсатора считается его длительная реактивная мощность при опережающем токе.
По устройству синхронные компенсаторы принципиально схожи с синхронными генераторами. Их мощность бывает от 1000 до 100 тыс. квар, охлаждение — как воздушное, так и водородное, система возбуждения аналогична синхронным генераторам. Но поскольку синхронные компенсаторы не выполняют механическую работу и не несут активной нагрузки на валу, то в конструктивном отношении они проще. Компенсаторы выполняются тихоходными (100—600 об/мин) с горизонтальным валом и явнополюсным ротором.
На теплоэлектрических станциях роль синхронных компенсаторов может выполнять турбогенератор с отсоединенной от его вала турбиной.
На гидроэлектростанциях свободные от активных нагрузок гидрогенераторы могут быть использованы в качестве синхронных компенсаторов, при этом перевод машины в новый режим производится без ее остановки, необходимо лишь прекратить поток воды в камеру, гидротурбины.