Tiristoru komutācijas kondensatora (TSC) darbības princips un galvenās tehnoloģijas

Tiristora komutācijas kondensators (TSC)ir dinamiska reaktīvās jaudas kompensācijas ierīce, kuras pamatā ir tiristoru bezkontakta komutācijas raksturlielumi. Tās pamatprincips ir ātri un vienmērīgi pārslēgt kondensatoru blokus uz elektrotīklu vai iziet no tā, izmantojot precīzu tiristoru nulles-šķērsošanas spēju, realizējot tīkla reaktīvās jaudas dinamisku kompensāciju. Salīdzinājumā ar tradicionālajiem mehāniski ieslēdzamiem kondensatoriem, TSC ir būtiskas priekšrocības, piemēram, ilgs darbības laiks, bezkontakta pārslēgšana, spēcīga izturība pret mehānisko spriegumu un ātra dinamiskā reakcija. Turklāt, precīzi kontrolējot pārslēgšanas momentu, tas var efektīvi nomākt ieslēgšanas strāvu pārslēgšanas procesa laikā, nodrošinot stabilu elektrotīkla un aprīkojuma darbību.

1. TSC klasifikācija

1.1. Klasifikācija pēc sprieguma līmeņa

Atbilstoši izmantotajam sprieguma līmenim TSC var iedalīt zema-sprieguma kompensācijā un augsta-sprieguma kompensācijā saskaņā ar vispārīgajām specifikācijām reaktīvās jaudas kompensācijas ierīcēm enerģētikas nozarē:

Zema{0}}sprieguma kompensācija: galvenokārt piemērojams 0,4 kV (400 V) zemsprieguma sadales tīkliem, kas atbilst reaktīvās jaudas kompensācijas prasībām 1 kV un zemākam sprieguma līmenim, galvenokārt tiek izmantotas gala{4}}slodzes pusēs, piemēram, rūpnieciskajās darbnīcās un komerciālajās ēkās;

Augsta{0}}sprieguma kompensācija: kompensācijas sistēma ir tieši savienota ar augstsprieguma{0}}elektrības tīklu, galvenokārt 6kV, 10kV un 35kV sprieguma līmeņiem. Tas ir piemērots centralizētiem reaktīvās jaudas kompensācijas scenārijiem, piemēram, apakšstacijām un vispārējām nolaišanas stacijām industriālajos parkos, lai atrisinātu reaktīvās jaudas trūkumu augstsprieguma{6}}elektrotīklos.

1.2. Klasifikācija pēc pielietojuma jomas

Pamatojoties uz kompensācijas apjomu un objektiem, TSC var iedalīt slodzes kompensācijā un centralizētajā kompensācijā, kurām ir skaidrs sadalījums un papildu pielietojumi:

Slodzes kompensācija: nodrošina mērķtiecīgu dinamisku kompensāciju vienai vai specifisku mainīgu slodžu grupai (piemēram, elektriskās loka krāsnis, frekvences pārveidotāji, elektriskās metināšanas iekārtas), lai kompensētu reaktīvās jaudas ietekmi, ko rada slodzes reāllaikā, neļaujot reaktīvās jaudas svārstībām ietekmēt tīkla sprieguma kvalitāti;

Centralizēta kompensācija: Uzstāda elektrotīkla barošanas centrmezglos (piem., apakšstaciju kopņu malās), veic sistemātisku reaktīvās jaudas kompensāciju visā elektroapgādes zonā, risinot kopējo reaktīvās jaudas svārstību problēmu tīklā, uzlabojot tīkla jaudas koeficientu un samazinot līnijas zudumus.

2. TSC darbības stāvokļi un galvenās shēmas dizains

2.1. Darbības valstis

TSC ir tikai divi darbības stāvokļi: ieslēgts-stāvoklis un izslēgts-stāvoklis, ar skaidriem un vadāmiem darba mehānismiem abiem stāvokļiem:

● Pārslēgts{0}}stāvoklis: divvirzienu tiristoru (vai anti-paralēlā tiristoru grupa) vada, un kondensatora banka ir vienmērīgi savienota ar tīkla līniju. TSC izvada kapacitatīvo reaktīvo jaudu tīklā, kompensējot induktīvo reaktīvo jaudu tīklā un uzlabojot jaudas koeficientu;

● Izslēgts{0}}stāvoklis: divvirzienu tiristors (vai anti-paralēlā tiristoru grupa) ir bloķēts, atvienojot kondensatora bateriju no tīkla. Šajā laikā kondensatoru banka saglabā atlikušo spriegumu tuvu maksimālajam tīkla spriegumam, un TSC filiāle vairs neizvada reaktīvo jaudu tīklā. Lai nodrošinātu aprīkojuma drošību, atlikušā sprieguma atbrīvošanai jāizmanto īpaša izlādes ierīce.

2.2. Pamatprasības galvenās shēmas projektēšanai

TSC galvenās ķēdes konstrukcijai jāatbilst trim galvenajām prasībām: pakāpeniska ātra kompensācija, ieslēgšanas strāvas slāpēšana un harmonikas vadība. Galvenā tehnoloģija ir panākt nulles-ieslēgšanās strāvas pārslēgšanu, izvairoties no galvenajiem komponentiem, piemēram, tiristoru un kondensatoru bojājumiem, ko izraisa ieslēgšanas strāva pārslēgšanas laikā.

Rūpnieciskos lietojumos izplatītais TSC elektroinstalācijas režīms ir anti-paralēlais tiristoru vads (līdzvērtīgs divvirzienu tiristoram), kas nodrošina divvirzienu vadītspēju un bloķēšanu maiņstrāvas ķēdēs, pielāgojoties jaudas-frekvences maiņstrāvas jaudas darbības raksturlielumiem. Turpretim tiristora-diodes anti-paralēlās vadu režīms var kontrolēt strāvu tikai vienā virzienā, neatbilstot parastajām komutācijas prasībām maiņstrāvas scenārijos. Tā ir ne-galvenā struktūra, ko izmanto tikai īpašos labošanas un pārslēgšanas saliktos scenārijos, un tā nav ieteicama kā parastā TSC elektroinstalācijas shēma.

3. TSC galveno vadu režīmi un veiktspējas salīdzinājums

Parastajās TSC sistēmās anti-tiristoru vadu režīms ir vienīgā galvenā shēma, kuras veiktspējas raksturlielumi un piesardzības pasākumi ir šādi:

● Darba mehānisms: pārmaiņus tiek iedarbināti divi anti-paralēli tiristori, lai pievienotu un atvienotu kompensācijas ķēdi, pielāgojoties pozitīvā un negatīvā pus-puscikla darbības prasībām jaudas-frekvences maiņstrāvai;

● Uzticamība: Tam ir augsta vispārējā uzticamība. Tomēr jāņem vērā, ka, ja viens tiristors ir bojāts un īssavienojums, tas izraisīs kompensācijas atzara pusi-viļņu vadīšanu, ģenerējot līdzstrāvas komponentus un pārmērīgu ieslēgšanas strāvu, kas izdegs kondensatora banku un citas sastāvdaļas. Tāpēc praktiskos lietojumos ir jākonfigurē pilnīgas kļūdu noteikšanas un aizsardzības ierīces;

● Apgrieztā sprieguma izturības iespēja: Maksimālais reversais spriegums, ko sedz tiristora vārsts, ir vienāds ar maksimālo režģa spriegumu pēc kondensatora atlikušā sprieguma atbrīvošanas, kas atbilst tiristora komponentu nominālā sprieguma izvēles prasībām.

Ne--tiristora-diodes anti-paralēlā struktūra ir ekonomiska un vienkārša, taču tā nevar realizēt divvirzienu strāvas vadību, un tās reakcijas ātrums nevar apmierināt dinamiskās kompensācijas prasības. Turklāt maksimālais reversais spriegums, ko sedz tiristora vārsts, var sasniegt divreiz maksimālo tīkla spriegumu, tāpēc ir nepieciešama lielāka komponentu izvēle. Tas ir piemērojams tikai īpašiem scenārijiem ar zemām prasībām un mazu jaudu, un tas nav iekļauts parastā TSC dizaina kategorijā.

4. Sērijveida reaktoru izvēle un darbība

TSC galvenajā ķēdē sērijveida reaktori ir neaizstājami galvenie komponenti. To pamatfunkcijas ir ierobežot pārslēgšanas ieslēgšanas strāvu, slāpēt augstas-kārtības harmonikas un ierobežot īsslēguma-strāvu, nodrošinot sistēmas drošu un stabilu darbību.

4.1. Sērijveida reaktoru mehānisms

Neparasti apstākļi, piemēram, tiristora nepareiza palaišana un tīkla kļūmes, var izraisīt momentānu ieslēgšanas strāvu, kad ir ieslēgta kondensatora banka. Sērijas reaktori var ierobežot ieslēgšanas strāvas amplitūdu, izmantojot induktīvo pretestību. Tikmēr reaktori un kondensatoru bloki veido LC filtra ķēdi, kas var efektīvi nomākt augstas -kārtības harmonikas tīklā (īpaši 3. un 5. harmonikas), izvairoties no komponentu bojājumiem, ko izraisa harmoniku pastiprināšana.

Piezīme: Pēc sērijveida reaktoru pievienošanas spriegums pāri kondensatoram palielināsies pamata sprieguma krituma un harmonikas pastiprināšanas efektu dēļ. Tāpēc kondensatora nominālajam spriegumam jābūt augstākam par tīkla spriegumu. Piemēram, 0,4 kV režģiem parasti izvēlas kondensatorus ar nominālo spriegumu 450 V, bet 10 kV režģiem – kondensatorus ar nominālo spriegumu 11/√3 kV.

4.2. Reaktoru veidi un izvēles principi

TSC sistēmās tiek izmantoti divi izplatīti reaktoru veidi: gaisa-aktīvās zonas reaktori un dzelzs-aktīvās zonas reaktori. Tiem ir acīmredzamas veiktspējas atšķirības, un izvēle ir visaptveroši jānosaka, pamatojoties uz ekonomiskajām izmaksām un tehniskajām prasībām:

● Gaisa{0}}kodolu reaktori: Tiem ir lielisks strāvu ierobežojošs efekts, augsta linearitāte, tos nav viegli piesātināt vai radīt siltumu harmoniskos apstākļos, un tiem ir spēcīga darbības stabilitāte, bet ar augstām izmaksām. Tie ir piemēroti augstsprieguma -lielas-jaudas TSC sistēmām un scenārijiem ar augstām prasībām attiecībā uz kompensācijas precizitāti un stabilitāti;

● Dzelzs{0}}kodolu reaktori: Tiem ir zemas izmaksas un tie atbilst parastajām strāvas ierobežošanas prasībām, bet vāja linearitāte. Tie ir pakļauti piesātinājumam un karsēšanai harmonisko efektu ietekmē, un to pašreizējo ierobežojošo efektu lielā mērā ietekmē darba apstākļi. Tie ir piemēroti zema-sprieguma, nelielas-jaudas TSC sistēmām un scenārijiem ar stingru izmaksu kontroli.

5. TSC galvenās ķēdes vadu režīmi

Atbilstoši savienojuma režīmam starp tiristoru vārstiem un kondensatoru bankām TSC galvenās ķēdes vadu režīmi galvenokārt ietver trīs{0}}fāzu kontrolētu trīsstūra savienojumu un zvaigznes savienojumu, katrs ar piemērojamiem scenārijiem. Nav vispārēja "delta-zvaigznes kombinētā savienojuma" (šis kombinētais savienojums ir tikai teorētisks atvasinājums un netiek izmantots rūpnieciskajā praksē):

● Delta savienojums: galvenokārt izmanto zemsprieguma TSC sistēmās (piem., 0,4 kV), kas izmanto trīs-fāžu kopējo kompensācijas režīmu. Tam ir augsta kompensācijas efektivitāte un vienkārša elektroinstalācija, tā var efektīvi kompensēt trīs-fāzu nelīdzsvarotu reaktīvo jaudu un ir piemērota reaktīvās jaudas kompensācijai pie gala slodzēm;

● Star Connection: galvenokārt izmanto augstsprieguma -TSC sistēmās (piem., 6kV, 10kV, 35kV), parasti ar neiezemētu neitrālu punktu. Tas var novērst vienas-fāzes kļūdu izplatīšanos, tam ir augsta ekspluatācijas drošība, un tas ir piemērots apakšstaciju centralizētas kompensācijas scenārijiem.

6. Ieslēgšanas strāvas kontrole TSC pārslēgšanai

Pamatojoties uz kondensatoru galveno raksturlielumu, ka "spriegums nevar strauji mainīties", liela atšķirība starp tīkla spriegumu un kondensatora atlikušo spriegumu (ieskaitot amplitūdu un fāzi) TSC pārslēgšanas laikā radīs momentānu ieslēgšanas strāvu, apdraudot komponentu drošību. Tādējādi ieslēgšanas strāvas vadība ir TSC pārslēgšanas vadības pamatā.

● Ieslēgt pašreizējo spriedumu standartu: Vispārējais inženiertehniskais standarts ir tāds, ka, ja kondensatora ieslēgšanas strāvas attiecība pret parasto līdzsvara stāvokļa -darbības strāvu ir mazāka par 1,2–1,5 reizēm, tas tiek uzskatīts par nekaitīgu tiristoriem, kondensatoriem un citām sastāvdaļām. Ja attiecība pārsniedz šo diapazonu, ir jāoptimizē pārslēgšanas vadības stratēģija vai jāpievieno strāvas ierobežojošie pasākumi;

● Nulles{0}}iestrādes pārslēgšanas ieviešana: Ideāls pārslēgšanās stāvoklis ir "nulles{0}}šķērsošanas aktivizēšana". Pēc pārslēgšanas apstāšanās kondensators saglabā maksimālo tīkla spriegumu. Tiristoru iedarbina un vada nulles -šķērsošanas punktā, kur tīkla spriegumam un kondensatora atlikušajam spriegumam ir vienāda amplitūda un fāze, ar gandrīz -nulles ieslēgšanas strāvu. Izslēgšanas laikā tiristors tiek bloķēts pašreizējā nulles{6}}šķērsošanas punktā, lai izvairītos no pārsprieguma.

7. TSC noteikšanas un kontroles sistēma

TSC noteikšanas sistēmas galvenā funkcija ir reāllaikā apkopot attiecīgos elektrotīkla un slodzes sistēmas elektriskos parametrus, nodrošinot precīzu pamatu pārslēgšanas kontrolei. Tas galvenokārt sastāv no fāzes paraugu ņemšanas moduļa, sprieguma un strāvas RMS aprēķina moduļa un reaktīvās jaudas pieprasījuma un reaktīvās jaudas aprēķina moduļa.

Uzlabotās vadības tehnoloģijas pašreizējās rūpnieciskajās lietojumprogrammās izmanto mikrodatoru{0}}sinhronās fāzes vadības tehnoloģiju un adaptīvo tiristoru palaišanas tehnoloģiju. Darba mehānisms ir šāds: noteikšanas sistēma reāllaikā uztver kondensatora sprieguma un tīkla sprieguma amplitūdas un fāzes informāciju. Kad abiem ir vienāda amplitūda un konsekventa fāze, tiristors tiek iedarbināts uzreiz, lai panāktu kondensatora nulles -ieslēgšanās pārslēgšanu. Izslēgšanas laikā tiristors tiek automātiski bloķēts pašreizējā nulles{5}}šķērsošanas punktā, iepriekš{6}}neuzlādējot kondensatoru.

Svarīga piezīme: sērijveida reaktori un īpašas izlādes ierīces (izlādes spoles vai izlādes rezistori) ir būtiskas sastāvdaļas TSC sistēmās, un tos nevar izlaist. Sērijas reaktori tiek izmantoti strāvas ierobežošanai un harmonikas slāpēšanai, un izlādes ierīces pēc pārslēgšanas atbrīvo kondensatora atlikušo spriegumu, lai izvairītos no iespējamiem drošības apdraudējumiem, ko izraisa atlikušais spriegums. Tikai nelielas-jaudas zemsprieguma-TSC var vienkāršot izlādes ierīci noteiktos darba apstākļos, savukārt augsta-sprieguma un lielas-jaudas TSC ir jāaprīko ar pilnībāem strāvas ierobežošanas un izlādes komponentiem.

8. Secinājums

Kā efektīvai un ātrai dinamiskai reaktīvās jaudas kompensācijas ierīcei TSC ir tādas galvenās priekšrocības kā bezkontakta pārslēgšana, ātrs reakcijas ātrums un uzticama darbība. Tas var efektīvi atrisināt tīkla reaktīvās jaudas svārstību problēmu, uzlabot tīkla sprieguma kvalitāti un samazināt līnijas zudumus. Tās galvenie tehniskie punkti ir nulles-krustošanās palaišanas kontrole, ieslēgšanas strāvas slāpēšana, reaktora izvēle un vadu režīma pielāgošana. Praktiskajā projektēšanā un pielietošanā ir stingri jāievēro enerģētikas nozares standarti, jāizvairās no pārpratumiem komponentu izvēlē un vadības stratēģijās un jānodrošina droša, stabila un efektīva sistēmas darbība.

Sazinieties tagad