Principi de funcionament i punts clau de manteniment del dispositiu de compensació de reactiva d'alta tensió de 10kV

El dispositiu de compensació de potència reactiva d'alta tensió de 10kV és un component essencial i indispensable en els sistemes elèctrics moderns. Proporcionant o absorbint potència reactiva, aborda eficàcament problemes com el baix factor de potència, les altes pèrdues en línia i les fluctuacions de tensió causades per la demanda de potència reactiva, jugant un paper clau en millorar l'economia, la seguretat i la qualitat de l'energia de la operació de la xarxa. La compensació reactiva d'alta tensió de 10kV és un dispositiu crític per assegurar una operació segura i econòmica de la xarxa.

Comprendre el seu principi de funcionament és la base per a la seva manteniment, mentre que implementar estrictament un pla de manteniment regular centrat en les proves preventives i la monitorització de l'estat, i sempre prioritzant la seguretat, és la garantia fonamental per assegurar una operació fiable a llarg termini. El treball de manteniment ha de ser dut a terme per personal qualificat i experimentat, conforme als procediments establerts. A continuació es presenta una explicació detallada del principi de funcionament i els elements essencials del manteniment dels sistemes de compensació de potència reactiva d'alta tensió de 10kV.

1. Principi de Funcionament de la Compensació de Potència Reactiva d'Alta Tensió de 10kV

Objectiu Central: Millorar el factor de potència de la xarxa, reduir les pèrdues en línia, estabilitzar la tensió del sistema i millorar la qualitat de l'abastament d'energia.

1.1 Principi de Compensació

• Font de Potència Reactiva: Les càrregues inductives a la xarxa elèctrica (per exemple, motors, transformadors) requereixen l'establiment d'un camp magnètic durant la seva operació, consumint potència reactiva retardada (Q).

• Mètode de Compensació: Es connecten bancs de condensadors en paral·lel, generant potència reactiva capacitiva avançada (Qc) per compensar la potència reactiva inductiva (Ql).

• Resultat: La potència reactiva total (Q) requerida pel sistema es redueix, s'impulsa el factor de potència (Cosφ = P / S) i es disminueix la potència aparent (S).

1.2 Components del Dispositiu de Compensació

• Banc de Condensadors de Alta Tensió en Paral·lel: El component central que proporciona potència reactiva capacitiva. Normalment consta de diversos elements de condensador connectats en sèrie i paral·lel per complir amb els requisits de tensió de 10kV i capacitat requerida.

• Reactança en Sèrie:

• Reactança Limitadora de Corrent: Limita la corrent d'entrada al moment de la commutació dels condensadors (normalment 5–20 vegades la corrent nominal), protegint els condensadors i l'equip de commutació.

• Reactança Filtre: Forma un circuit LC sintonitzat amb el condensador (normalment sintonitzat per sota de la 5a, 7a, o una freqüència harmònica específica), suprimint les corrents harmòniques d'entrada al condensador, prevenint l'amplificació harmònica i la resonància, així protegint el condensador.

• Equipament de Comutació de Alta Tensió:

• Contactador al Vacum o Interruptor de Circuit al Vacum: Utilitzat per connectar o desconectar els bancs de condensadors. Els contactadors al vacum són més comuns i adequats per a operacions freqüents.

• Interruptor de Desconnectar / Interruptor de Terra: Utilitzat durant la manteniment per aïllar la font d'alimentació i assegurar un terra fiable per a la seguretat.

• Dispositiu de Descàrrega:

• Bobina de Descàrrega o Resistor de Descàrrega: Després de desconnectar el banc de condensadors, descarrega ràpidament la càrrega emmagatzemada als terminals dels condensadors (normalment es requereix reduir la tensió residual a menys de 50V en 5 segons), assegurant la seguretat durant la manteniment. Les bobines de descàrrega són més comunes.

• Dispositius de Protecció:

• Fusible: Protegeix cada condensador contra falles internes (fusible expulsor).

• Protecció per Relé: Inclou protecció contra sobrecorrent (curto-circuit entre fases), protecció d'equilibrat (ruptura interna d'elements de condensador o fusible fundit), protecció contra sobretensió, protecció contra subtensió, protecció contra sobrelimit d'harmònics, protecció contra tensió oberta en delta, etc.

• Dispositius de Mesura i Control:

• Controlador: Monitoritza contínuament la tensió, la corrent, el factor de potència, la corrent harmònica, la distorsió de la tensió harmònica i altres paràmetres del sistema. Controla automàticament la commutació dels bancs de condensadors segons estratègies preestablertes (per exemple, factor de potència objectiu, tensió objectiva, protecció contra sobrelimit d'harmònics, programes basats en el temps).

• Transformador de Corrent (CT), Transformador de Tensió (PT): Proporcionen senyals per a mesura i protecció.

1.3 Processos Operatius

• Monitorització: El controlador monitoritza contínuament paràmetres com el factor de potència, la tensió i la demanda de potència reactiva de la xarxa.

• Decisió: Quan el factor de potència caigui per sota d'un límit inferior establert (per exemple, 0,9 retardat), o quan el sistema necessiti potència reactiva addicional, el controlador emet una ordre d'energització.

• Energització: El circuit de control impulsa el contactador al vacum per tancar-se, connectant el banc de condensadors (normalment a través d'una reactança en sèrie) en paral·lel a la barra de 10kV.

• Compensació: El banc de condensadors proporciona potència reactiva capacitiva al sistema, compensant part de la potència reactiva inductiva, millorant el factor de potència i suportant la tensió.

• Desenergització: Quan el factor de potència superi un límit superior establert (per exemple, 0,98 avançat, que podria causar sobrecompensació), o quan la tensió del sistema sigui massa alta, o quan la reducció de la càrrega conduïsca a una disminució de la demanda de potència reactiva, el controlador emet una ordre de desenergització, el contactador al vacum s'obre i el banc de condensadors es retira del servei.

• Descàrrega: Després de desconnectar el banc de condensadors, el dispositiu de descàrrega (bobina de descàrrega) opera automàticament, descarregant ràpidament l'energia emmagatzemada.

2. Manteniment dels Dispositius de Compensació de Potència Reactiva d'Alta Tensió de 10kV

Objectiu Central: Assegurar una operació segura, fiable i eficient, i prolongar la vida útil de l'equipament.

2.1 Inspecció Diària

• Inspecció Visual: Revisar la carcassa dels condensadors per a deformacions, fugues d'oli, oxidació o descascament de pintura; revisar les cames per a creixaments, contaminació o traces de flashover; revisar els punts de connexió per a alliberament, sobrecalentament (termografia infraroja) o canvi de color.

• So de Funcionament: Escutar per vibracions o sorolls anormals dels reactors, les bobines de descàrrega o els condensadors (per exemple, un augment anormal del so "zumbant" pot indicar alliberament intern).

• Indicacions dels Instruments: Revisar si les indicacions dels voltmetres, ampermetres, medidors de factor de potència i medidors de potència reactiva són normals, i comparar amb els valors mostrats pel controlador.

• Verificació Ambiental: Revisar la ventilació interior, la temperatura ambiental i l'humitat per assegurar-se que estan dins dels límits permessos; revisar per a acumulació de pols o signes d'intrusió d'animals petits; revisar si els cercles i etiquetes estan íntegres.

• Senyals de Protecció: Revisar si hi ha alarmes o senyals de trip dels dispositius de protecció.

2.2 Manteniment Periòdic (Normalment Cada Mitjany a Un Any)

• Neteja Amb Baixa de Tensió: Elimina tot el pols i la suciedad de les superfícies de les carcasses dels condensadors, les cames, els aïllants, les barres de distribució, els marcs, els reactors i l'equip de comutació (utilitzant paño seco y sin pelusa o herramientas especiales, evitando dañar la aislación). (¡Importante! La limpieza del equipo de alta tensión debe realizarse después de cortar la alimentación, realizar la prueba de tensión y conectar a tierra!)

• Apriete de Conexiones: Revisar y apretar todos los tornillos de conexión eléctrica (conexiones de barras, conexiones de bornes de condensadores, cables de tierra, etc.) para asegurar un buen contacto y evitar sobrecalentamientos. Operar según el par especificado.

• Pruebas de Condensadores:

• Medición de Capacitancia: Usar un puente de capacitancia dedicado para medir la capacitancia total de cada fase o rama (si aplica), y comparar con los valores de la placa de datos o los datos históricos. Si la desviación excede ±5% o muestra un cambio significativo (especialmente una disminución), se requiere atención cercana, posiblemente indicando daño interno. El valor de capacitancia de un solo condensador no debe desviarse del valor nominal más de -5% a +10%.

• Prueba de Resistencia de Aislamiento: Medir la resistencia de aislamiento entre polos y entre polo y carcasa (usando un megohmmetro de 2500V), que debe cumplir con los requisitos reglamentarios (típicamente, la resistencia de aislamiento entre polos debe ser muy alta, la resistencia de aislamiento polo-carcasa > 1000MΩ). ¡Debe estar completamente descargado antes y después de la prueba!

• Medición del Factor de Disipación (tanδ): Puede realizarse si las condiciones lo permiten, lo cual es más sensible para reflejar la humedad o deterioro del aislamiento interno del condensador. No debe mostrar un aumento significativo en comparación con los valores de fábrica o de mediciones anteriores.

• Inspección del Reactor:

• Revisar la apariencia de la bobina para detectar sobrecalentamiento, decoloración, envejecimiento del aislamiento o daños.

• Revisar si los sujetadores del núcleo (si está presente) están sueltos.

• Medir la resistencia DC del viento, que no debe mostrar una diferencia significativa en comparación con los valores de fábrica o anteriores (considerando la influencia de la temperatura).

• Medir la resistencia de aislamiento.

• Revisión del Dispositivo de Descarga:

• Revisar la apariencia y el cableado de la bobina de descarga.

• Verificar el rendimiento de descarga (bajo permiso de regulación de seguridad, simular la operación para verificar la velocidad de caída de la tensión residual).

• Mantenimiento del Equipamiento de Comutación:

• Revisar la apariencia del interruptor al vacío.

• Revisar si el mecanismo de operación funciona de manera flexible y confiable; aplicar lubricante apropiado a los puntos de lubricación.

• Medir la resistencia de contacto del circuito principal.

• Realizar pruebas de características mecánicas (tiempo de apertura/cierre, sincronización, rebote, recorrido, etc.).

• Calibración de Dispositivos de Protección: Ajustar configuraciones y realizar pruebas de transmisión para sobrecorriente, desequilibrio, sobretensión, subtensión, etc., según las normativas para asegurar una operación precisa y confiable. Revisar la apariencia de los fusibles y el estado de los indicadores.

• Revisión del Controlador: Revisar si la pantalla, los botones y la comunicación son normales; verificar la precisión de muestreo (comparar tensión, corriente, factor de potencia, etc., con el medidor estándar); revisar si la lógica de conmutación es correcta.

2.3 Mantenimiento Especial

• Entorno Armónico: Si el sistema tiene armónicos graves, intensificar la monitorización de la subida de temperatura de los condensadores y los reactors (termografía infrarroja), realizar pruebas de armónicos regulares, asegurar que las configuraciones de sintonización sean razonables para evitar la resonancia. Agregar dispositivos de filtrado si es necesario.

• Conmutación Frecuente: Intensificar la inspección del desgaste de los contactos de los contactores/interruptores al vacío, acortar su ciclo de mantenimiento.

• Tras Fallos: Tras la operación de protección (especialmente la fusión de fusibles o la operación de la protección de desequilibrio), se debe identificar exhaustivamente la causa, reemplazar los componentes dañados y completar una inspección y prueba integral antes de volver a energizar.

2.4 Precauciones de Seguridad (¡Más Importantes!)

• Cumplir estrictamente con los "Dos Tickets y Tres Sistemas": Ticket de Trabajo, Ticket de Operación; Sistema de Entrega de Turno, Sistema de Inspección de Ronda, Sistema de Pruebas y Rotación Periódicas de Equipo.

• Corte de Energía, Prueba de Tensión, Tierra: Antes de cualquier trabajo de mantenimiento, la fuente de alimentación debe estar desconectada de manera confiable (incluyendo posibles retroalimentaciones desde el lado secundario del PT), usar un probador de tensión calificado para confirmar la ausencia de tensión, e instalar cables de tierra en ambos extremos del lugar de trabajo. El banco de condensadores debe estar completamente descargado usando un varilla de tierra dedicada y conectado a tierra antes de tocarlo.

• Supervisor Dedicado: La operación y mantenimiento de equipos de alta tensión deben tener un supervisor dedicado.

• Uso de Herramientas y Protección Calificadas: Usar herramientas con clasificación de aislamiento calificada, usar guantes y botas aislantes, y otros equipos de protección de seguridad.

• Conciencia de la Tensión Residual: Incluso después de la descarga, usar una varilla de tierra para cortocircuitar nuevamente los terminales de los condensadores antes de tocarlos.

2.5 Registro y Análisis

• Registrar detalladamente los datos de cada inspección, mantenimiento y prueba (valor de capacitancia, resistencia de aislamiento, temperatura, información de acción de protección, etc.).

• Establecer archivos de equipos, realizar análisis de tendencias y detectar oportunamente defectos potenciales.

• Registrar condiciones anormales y procesos de manejo.

3. Referencia para Intervalos Clave de Mantenimiento

• Inspección Diaria: Diaria o semanal (dependiendo de la importancia y el entorno de operación).

• Limpieza y Inspección Periódica (sin corte de energía): Mensual o trimestral.

• Mantenimiento Periódico (con corte de energía): Una a dos veces al año (combinado con pruebas preventivas).

• Medición de Capacitancia/Resistencia de Aislamiento de Condensadores: Realizada durante el mantenimiento con corte de energía; una vez dentro de un año de la puesta en servicio, luego una vez cada 1-2 años.

• Calibración de Dispositivos de Protección: Una vez al año.

• Prueba de Características de Equipos de Comutación: Combinada con el mantenimiento con corte de energía, una vez cada 1-2 años o cuando el conteo de operaciones alcance un cierto valor.

4. Notas

• Temperatura Ambiental: La temperatura de operación ambiente de los condensadores no debe superar el límite superior especificado (típicamente -40°C ~ +45°C), evitar la exposición directa al sol.

• Sobretensión: Los condensadores pueden operar a largo plazo a 1,1 veces la tensión nominal; evitar la operación prolongada con sobretensión.

• Sobrecorriente: Los condensadores pueden operar a largo plazo a 1,3 veces la corriente nominal (considerando los efectos de armónicos y sobretensión).

• Armónicos: Los armónicos son una de las principales causas de daño a los condensadores. Se debe considerar el fondo armónico del sistema durante el diseño y configurar adecuadamente la relación de reactor. Intensificar la monitorización de armónicos durante la operación.