Máy bù đồng bộ trong mạng điện
Bộ bù đồng bộ là một động cơ đồng bộ nhẹ được thiết kế để hoạt động không tải.
Người tiêu dùng chính của năng lượng điện, ngoài năng lượng hoạt động, tiêu thụ từ các máy phát điện của hệ thống công suất phản kháng… Số lượng người dùng yêu cầu dòng phản kháng từ hóa lớn để tạo và duy trì từ thông bao gồm động cơ không đồng bộ, máy biến áp, lò nung cảm ứng, v.v. Kết quả là, các mạng lưới phân phối thường được vận hành với dòng điện trễ.
Công suất phản kháng do máy phát tạo ra thu được với chi phí thấp nhất. Tuy nhiên, việc chuyển công suất phản kháng từ máy phát đi kèm với tổn thất bổ sung trong máy biến áp và đường dây truyền tải. Do đó, để có được công suất phản kháng, sẽ có lợi về mặt kinh tế khi sử dụng các bộ bù đồng bộ đặt tại các trạm biến áp nút của hệ thống hoặc trực tiếp tại các hộ tiêu thụ.
Động cơ đồng bộ, nhờ kích thích DC, chúng có thể hoạt động với cos = 1 và không tiêu thụ công suất phản kháng từ mạng, đồng thời trong quá trình vận hành, khi quá kích từ, chúng sẽ cung cấp công suất phản kháng cho mạng. Do đó, hệ số công suất của mạng được cải thiện và giảm điện áp rơi và tổn thất trong đó, cũng như hệ số công suất của các máy phát điện hoạt động trong các nhà máy điện.
Máy bù đồng bộ được thiết kế để bù hệ số công suất của mạng và duy trì mức điện áp bình thường của mạng ở những nơi tập trung phụ tải tiêu dùng.
Máy bù đồng bộ là máy điện đồng bộ làm việc ở chế độ động cơ không tải trục có dòng điện xoay chiều ở từ trường.
Ở chế độ quá kích thích, dòng điện dẫn điện áp nguồn, nghĩa là nó có tính điện dung đối với điện áp này và ở chế độ quá kích thích, nó tụt lại phía sau, mang tính cảm ứng. Trong chế độ này, máy đồng bộ trở thành bộ bù - bộ tạo dòng phản kháng.
Chế độ vận hành quá kích của máy bù đồng bộ là bình thường khi nó cung cấp công suất phản kháng lên lưới.
Máy bù đồng bộ không có động cơ dẫn động và về cơ bản hoạt động của chúng là động cơ chạy không tải đồng bộ.
Với mục đích này, mỗi bộ bù đồng bộ được trang bị một bộ điều chỉnh điện áp hoặc kích thích tự động, điều chỉnh cường độ của dòng điện kích thích sao cho điện áp ở các cực của bộ bù không đổi.
Để cải thiện hệ số công suất và theo đó giảm góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp từ giá trị φw xuống φc, cần có công suất phản kháng:
trong đó P là công suất tác dụng trung bình, kvar; φsv — độ lệch pha tương ứng với hệ số công suất trung bình trọng số; φk - độ lệch pha thu được sau khi bù; a — hệ số bằng khoảng 0,9 được đưa vào tính toán để tính đến khả năng tăng hệ số công suất mà không cần lắp đặt thiết bị bù.
Ngoài ra bù dòng điện phản kháng tải công nghiệp cảm ứng, cần phải có máy bù đường dây đồng bộ. Trong các đường dây truyền tải dài, ở mức tải thấp, công suất đường dây chiếm ưu thế và chúng hoạt động với dòng điện dẫn. Để bù cho dòng điện này, bộ bù đồng bộ phải hoạt động với dòng điện trễ, tức là không đủ kích thích.
Với tải trọng đáng kể trên đường dây điện, khi độ tự cảm của người tiêu dùng điện chiếm ưu thế, đường dây điện hoạt động với dòng điện trễ. Trong trường hợp này, bộ bù đồng bộ phải hoạt động với dòng điện dẫn, tức là quá kích thích.
Sự thay đổi tải trên đường dây điện gây ra sự thay đổi cường độ và pha của dòng công suất phản kháng và dẫn đến những dao động đáng kể trong điện áp đường dây. Về vấn đề này, nó trở nên cần thiết để điều chỉnh.
Máy bù đồng bộ thường được lắp đặt tại các trạm biến áp khu vực.
Để điều chỉnh điện áp ở đầu hoặc ở giữa các đường dây chuyển tải có thể tạo ra các trạm biến áp trung gian có đặt máy bù đồng bộ để điều chỉnh hoặc giữ nguyên điện áp.
Hoạt động của các bộ bù đồng bộ như vậy được tự động hóa, tạo ra khả năng điều khiển tự động trơn tru công suất phản kháng và điện áp được tạo ra.
Để thực hiện khởi động không đồng bộ, tất cả các bộ bù đồng bộ đều được cung cấp cuộn dây khởi động ở các phần cực hoặc các cực của chúng có khối lượng lớn. Trong trường hợp này, phương pháp trực tiếp và nếu cần, phương pháp khởi động lò phản ứng được sử dụng.
Trong một số trường hợp, các bộ bù mạnh mẽ cũng được đưa vào hoạt động bằng cách sử dụng động cơ cảm ứng pha khởi động được gắn với chúng trên cùng một trục. Để đồng bộ hóa với mạng, phương pháp tự đồng bộ hóa thường được sử dụng.
Vì các bộ bù đồng bộ không phát triển công suất hoạt động, nên câu hỏi về tính ổn định tĩnh của công việc đối với chúng mất đi tính cấp thiết. Do đó, chúng được sản xuất với khe hở không khí nhỏ hơn so với máy phát điện và động cơ. Giảm khoảng cách giúp cuộn dây trường dễ dàng hơn và giảm chi phí máy móc.
Công suất biểu kiến danh định của bộ bù đồng bộ tương ứng với hoạt động của nó với quá kích, nghĩa là công suất định mức của bộ bù đồng bộ là công suất phản kháng của nó ở dòng điện dẫn mà nó có thể mang trong thời gian dài ở chế độ vận hành.
Các giá trị công suất và dòng điện thiếu kích thích cao nhất thu được khi hoạt động ở chế độ phản kháng.
Trong hầu hết các trường hợp, chế độ thiếu kích thích yêu cầu ít năng lượng hơn chế độ kích thích quá mức, nhưng trong một số trường hợp, cần nhiều năng lượng hơn. Điều này có thể đạt được bằng cách tăng khoảng cách, nhưng điều này dẫn đến tăng giá thành của máy, và do đó, câu hỏi về việc sử dụng chế độ dòng kích thích âm gần đây đã được đặt ra. Vì máy bù đồng bộ xét về mặt công suất tác dụng chỉ bị tổn hao phụ tải nên theo anh nó có thể hoạt động ổn định và ít kích từ âm.
Trong một số trường hợp, trong thời kỳ khô hạn, để vận hành ở chế độ bù, chúng cũng được sử dụng máy phát điện thủy điện.
Về mặt cấu trúc, máy bù về cơ bản không khác biệt so với máy phát điện đồng bộ. Chúng có cùng hệ thống nam châm, hệ thống kích thích, làm mát, v.v. Tất cả các máy bù đồng bộ công suất trung bình đều được làm mát bằng không khí và được chế tạo bằng bộ kích thích và bộ kích thích.
Do bộ bù đồng bộ không được thiết kế để thực hiện công cơ học và không mang tải trọng hoạt động lên trục nên chúng có cấu tạo nhẹ về mặt cơ học. Máy bù được sản xuất dưới dạng máy tốc độ tương đối thấp (1000 - 600 vòng / phút) với trục nằm ngang và rôto cực lồi.
Có thể sử dụng máy phát không tải có kích thích phù hợp làm bộ bù đồng bộ.Trong một máy phát quá kích thích, một dòng điện cân bằng xuất hiện hoàn toàn là cảm ứng đối với điện áp máy phát và hoàn toàn là điện dung đối với lưới điện.
Cần lưu ý rằng một máy điện đồng bộ quá kích thích, dù hoạt động như một máy phát điện hay một động cơ, có thể được coi so với lưới điện là một điện dung và một máy điện đồng bộ không bị kích thích là một điện cảm.
Để chuyển máy phát điện nối lưới sang chế độ bù đồng bộ, chỉ cần đóng đường dẫn hơi nước (hoặc nước) vào tuabin là đủ. Ở chế độ này, máy phát tua-bin quá kích thích bắt đầu tiêu thụ một lượng nhỏ công suất tác dụng từ lưới chỉ để bù cho tổn thất quay (cơ và điện) và chuyển công suất phản kháng lên lưới.
Ở chế độ bù đồng bộ, máy phát có thể làm việc trong thời gian dài và chỉ phụ thuộc vào điều kiện làm việc của tuabin.
Nếu cần, máy phát tua-bin có thể được sử dụng làm bộ bù đồng bộ cả khi tua-bin quay (cùng với tua-bin) và khi tắt, tức là. với ly hợp được tháo rời.
Quay tuabin hơi ở phía bên của máy phát điện đã chuyển sang chế độ truyền động có thể khiến phần đuôi của tuabin bị quá nóng.