Оборудование станций для испытания трансформаторов - Применение силовых конденсаторов на испытательных установках

а) Общие сведения

Силовые конденсаторы нашли широкое применение в электрических сетях и на установках общепромышленного значения для увеличения коэффициента мощности cosφ (от 0,6—0,7 до 0,9—0,93) с целью снижения потерь и увеличения пропускной способности электрических сетей.
По сравнению с синхронными компенсаторами конденсаторные батареи более экономичны в эксплуатации, так как удельные потери в них (0,003—0,005 кВт/квар) на порядок меньше, чем в синхронных компенсаторах (0,02—0,05 кВт/квар), а при нерасщепленной от генератора первичном двигателе разница в удельных потерях еще больше [Л. 29].
Кроме того, стоимость установленной мощности и эксплуатационные расходы по обслуживанию у конденсаторных батарей меньше, чем у синхронных компенсаторов.
Реактивная мощность конденсатора
(6-32)
где С — емкость конденсатора, мкф·, U — напряжение, кВ.
Из выражения (6-32) следует, что мощность конденсатора изменяется пропорционально квадрату напряжения, т. е. довольно значительно при колебаниях напряжения сети. Из этого следует, что правильное использование мощности конденсатора будет при напряжении, близком к номинальному.
Согласно ГОСТ 1282-58 длительная эксплуатация силового конденсатора допускается при напряжении не выше 110% номинального и увеличенном токе до 1,3 номинального.
В табл. 6-12 приведены технические характеристики однофазных бумажно-масляных конденсаторов.
Конденсаторы серии КМ для внутренней установки и серии КМН для наружной установки изготовляются в соответствии с ГОСТ 1282-58 «Конденсаторы для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частотой 50 Гц».
По информации 0,4.0,1.0,3—64 Усть-Каменогорского конденсаторного завода конденсаторы бумажно-масляные серии КПМ повышенной надежности предназначены для продольной компенсации реактивного сопротивления линий электропередач переменного тока частотой 50 Гц с целью увеличения их пропускной способности. Они могут применяться и для поперечной компенсации с целью повышения коэффициента мощности (cos φ) при частоте тока 50 Гц в наружных установках высокого напряжения путем параллельно-последовательного или последовательного соединения отдельных конденсаторов.
Нормальная работа конденсаторов обеспечивается при работе в наружных установках на высоте не более 1 000 м над уровнем моря и температуре окружающего воздуха от —40 до +35° С.
Конденсаторы КПМ изготовляются в однофазном исполнении с одним или двумя изолированными от корпуса выводами.
Для компенсации индуктивной нагрузки испытательных генераторов 50 Гц предпочтительно применять конденсаторы серии КПМ.

б) Особенности компенсации индуктивной нагрузки при испытании трансформаторов

При опытах холостого хода и короткого замыкания трансформаторов большой мощности коэффициент мощности нагрузки (cos φ) весьма мал и может доходить до 0,02, что видно, например, из табл. 6-13. Поэтому для испытания трансформаторов применяют синхронные генераторы (типа синхронного компенсатора), рассчитанные для работы при cos φ≈0.

Таблица 6-12
Технические характеристики бумажно-масляных конденсаторов серии КМ, КМН и КПМ

Таблица 6-13
Значения коэффициентов мощности cos φ при опытах холостого хода и короткого замыкания для некоторых типов трансформаторов

На испытательных станциях конденсаторные батареи применяют не с целью повышения cos φ, а для частичной разгрузки испытательного генератора от индуктивной нагрузки испытываемого объекта, если она превышает номинальную мощность испытательного генератора. В этом заключается одна из основных особенностей применения конденсаторных батарей на испытательных станциях.
Установка конденсаторной батареи дает следующие преимущества:

1. увеличение реактивной мощности испытательного стенда без расширения машинного помещения для установки нового агрегата, так как конденсаторная батарея может быть установлена на открытом воздухе;
2. возможность использования всей установленной мощности конденсаторной батареи при испытании однофазных трансформаторов (или реакторов), тогда как от трехфазного синхронного генератора (компенсатора) можно получить в лучшем случае не более половины его номинальной мощности (см. § 6-2).

К недостаткам конденсаторной батареи в условиях испытательной станции можно отнести:

1. Ограниченные возможности применения вследствие:
2. возможного появления резонансных перенапряжений в испытательных схемах с нелинейными нагрузками;
3. самовозбуждения питающего генератора, если при включении конденсаторной батареи преобладает емкостная нагрузка, превышающая мощность короткого замыкания испытательной установки (см. § 6-3,в).
4. Уменьшение реактивной мощности конденсаторной батареи при понижении испытательного напряжения пропорционально квадрату напряжения, тогда как синхронный генератор может работать при пониженном напряжении и номинальном токе, т. е. с уменьшением мощности пропорционально напряжению.
5. Сложность схемы коммутации конденсаторной батареи по сравнению с испытательным генератором, так как при каждом существенном изменении испытательной нагрузки требуется изменять параметры схемы испытания путем переключений на конденсаторной батарее.

Несмотря на указанные недостатки, силовые конденсаторные батареи находят все большее применение на испытательных станциях зарубежных фирм в связи с ростом мощностей выпускаемых трансформаторов и реакторов.
При этом установленная мощность конденсаторной батареи превышает в 3 и более раз номинальную мощность питающего генератора [Л. 28, 30].
Конденсаторные батареи целесообразно применять в следующих случаях:

1. На существующих испытательных установках, когда требуемая для испытаний индуктивная нагрузка превышает номинальную мощность установленных генераторов, а установка нового генератора или замена существующего на более мощный невозможна или нецелесообразна по технико-экономическим соображениям.
2. На новых установках, предназначенных для типовых испытаний (на нагрев и др.) предельных по мощности трансформаторов (реакторов), в частности однофазных, когда даже при совместной работе двух испытательных генераторов предельной мощности (например, 2·30000 кВА) нельзя обеспечить проведение типовых испытаний (см. § 6-3,б).

в) Расчет мощности конденсаторной батареи

Реактивную мощность конденсаторной батареи Qc, требуемую для компенсации индуктивной нагрузки испытываемого объекта Ql до величины, не превышающей номинальную мощность испытательного генератора Sн, можно определить аналогично (6-17) по формуле

в) Схемы включения конденсаторной батареи

Силовые конденсаторные батареи на испытательных установках обычно включаются по схеме резонанса токов, т. е. параллельно индуктивной нагрузке.
На рис. 6-14,а показана принципиальная схема однофазного включения конденсаторной батареи КБ на стороне питающего генератора Г. Схема коммутации батареи (не показана на схеме) должна предусматривать включение батареи по частям или полностью в зависимости от величины индуктивной нагрузки испытываемого объекта, а также включение батареи по трехфазной схеме при испытании трехфазных трансформаторов.
На. рис. 6-14,б показано включение конденсаторной батареи на стороне ВН промежуточного трансформатора ПТ. В этом случае батарея изолируется от земли, на наибольшее напряжение секционированной обмотки ВН промежуточного трансформатора. Кроме того, батарея секционируется для параллельного, смешанного и последовательного соединения секций аналогично обмотке ВН промежуточного трансформатора. Требования к схеме коммутации батареи остаются теми же, что и для схемы на рис. 6-14,а.
На рис. 6-14,в показано включение конденсаторной батареи на обмотку ΒΗ1 промежуточного трехобмоточного трансформатора. Схема коммутации батареи для этой схемы такая же, как и для батареи по схеме на рис. 6-14,а. Однако батарея выбирается на более высокое номинальное напряжение, что облегчает распределительное устройство батареи и упрощает ее эксплуатацию.
Промежуточный трансформатор выбирается с обмотками НН и ΒΗ1, рассчитанными соответственно на номинальные мощности питающего генератора и конденсаторной батареи.
На рис. 6-14,г показано однофазное включение конденсаторной батареи по схеме резонанса напряжений, т. е. последовательно с индуктивностью испытываемого объекта. Эта схема может применяться при испытании шунтирующих реакторов для линии передач 500 и 750 кВ.
Преимущество этой схемы по сравнению со схемой на рис. 6-14,6 заключается в том, что для испытания не требуется промежуточного трансформатора с обмоткой ВН на иликВ, но конденсаторная батарея должна быть изолирована от земли на наибольшие напряжения обмотки ВН промежуточного трансформатора ПТ. Для батареи выбирают конденсаторы типа КПМ, применяемые для продольной компенсации.

Рис. 6-14. Принципиальные схемы включения конденсаторной батареи для компенсации индуктивной нагрузки при испытании трансформаторов (реакторов) большой мощности.