Principio de funcionamento e puntos clave de manutención do dispositivo de compensación de potencia reactiva de alta tensión de 10kV

O dispositivo de compensación de potencia reactiva de alta tensión de 10kV é un compoñente esencial e indispensable nos sistemas eléctricos modernos. Ao proporcionar ou absorber potencia reactiva, resolve eficazmente problemas como o factor de potencia baixo, as altas perdas na liña e as fluctuacións de voltaxe causadas pola demanda de potencia reactiva, xogando un papel clave na mellora da economía, seguridade e calidade do suministro eléctrico. A compensación de potencia reactiva de alta tensión de 10kV é un dispositivo crítico para asegurar a operación segura e económica da rede.

Comprender o seu principio de funcionamento é a base para a manutención, mentres que a implementación estrita dun plan de manutención regular centrado na proba preventiva e no control de estado, e sempre priorizando a seguridade, é a garantía fundamental para asegurar a operación fiable a longo prazo. O traballo de manutención debe realizarse por persoal cualificado e experimentado de acordo coas proceduras estabelecidas. A continuación, presenta unha explicación detallada do principio de funcionamento e os aspectos esenciais da manutención dos sistemas de compensación de potencia reactiva de alta tensión de 10kV.

1. Principio de Funcionamento da Compensación de Potencia Reactiva de Alta Tensión de 10kV

Obxectivo Central: Melorar o factor de potencia da rede, reducir as perdas na liña, estabilizar a voltaxe do sistema e mellorar a calidade do suministro eléctrico.

1.1 Principio de Compensación

• Orixe da Potencia Reactiva: As cargas inductivas na rede eléctrica (por exemplo, motores, transformadores) requiren establecer un campo magnético durante a súa operación, consumindo potencia reactiva atrasada (Q).

• Método de Compensación: Os bancos de condensadores están conectados en paralelo, xerando potencia reactiva capacitiva adiantada (Qc) para compensar a potencia reactiva inductiva (Ql).

• Resultado: A potencia reactiva total (Q) necesaria polo sistema diminúe, o factor de potencia (Cosφ = P / S) mellora e a potencia aparente (S) diminúe.

1.2 Compoñentes do Dispositivo de Compensación

• Banco de Condensadores de Alta Tensión en Paralelo: O compoñente central que proporciona potencia reactiva capacitiva. Xeralmente consiste en múltiples unidades de condensador conectadas en serie e en paralelo para cumprir os requisitos de voltaxe de 10kV e capacidade necesaria.

• Reactancia en Serie:

• Reactancia Limitadora de Corrente: Limita a corrente de arranque no momento de conmutar os condensadores (xeralmente 5-20 veces a corrente nominal), protexendo os condensadores e o equipo de conmutación.

• Reactancia Filtro: Forma un circuito LC sintonizado co condensador (xeralmente sintonizado abaixo da 5ª, 7ª, ou unha frecuencia harmónica específica), suprimindo as correntes harmónicas que entran no condensador, evitando a amplificación e ressonancia harmónica, protexendo así o condensador.

• Equipo de Conmutación de Alta Tensión:

• Contactor de Vacío ou Interruptor de Circuito de Vacío: Usado para conmutar os bancos de condensadores. Os contactores de vacío son máis comúns e adecuados para operacións frecuentes.

• Interruptor de Secuestración / Interruptor de Terra: Usado durante a manutención para aislar a fonte de enerxía e asegurar un terra confiábel para a seguridade.

• Dispositivo de Descarga:

• Bobina de Descarga ou Resistencia de Descarga: Despois de desconectar o banco de condensadores, descarga rapidamente a carga almacenada nos terminais do condensador (xeralmente se require reducir a voltaxe residual a menos de 50V en 5 segundos), asegurando a seguridade durante a manutención. As bobinas de descarga son máis comúns.

• Dispositivos de Protección:

• Fusible: Protexe os condensadores individuais contra fallos internos (fusible de expulsión).

• Protección por Relé: Inclúe protección contra sobrecorrente (curto-circuíto entre fases), protección contra desequilibrio (rotura de elementos internos do condensador ou fusible fundido), protección contra sobretensión, protección contra subtensión, protección contra límite de harmónicos, protección de voltaxe en triángulo aberto, etc.

• Dispositivos de Medición e Control:

• Controlador: Monitoriza continuamente a voltaxe, corrente, factor de potencia, corriente harmónica, taxa de distorsión de voltaxe harmónico, e outros parámetros. Controla automaticamente a conmutación dos bancos de condensadores segundo estratexias predefinidas (por exemplo, factor de potencia obxetivo, voltaxe obxetivo, protección contra límite de harmónicos, programas basados no tempo).

• Transformador de Corrente (TC), Transformador de Voltaxe (TV): Proporcionan sinais para medición e protección.

1.3 Proceso Operativo

• Monitorización: O controlador monitoriza continuamente parámetros como o factor de potencia, voltaxe e demanda de potencia reactiva da rede.

• Decisión: Cando o factor de potencia desce por debaixo dun límite inferior definido (por exemplo, 0,9 atrasado), ou cando o sistema necesita potencia reactiva adicional, o controlador emite unha orde de energización.

• Energización: O circuito de control acciona o contactor de vacío para cerrar, conectando o banco de condensadores (xeralmente a través dunha reactancia en serie) en paralelo coa barra de 10kV.

• Compensación: O banco de condensadores fornece potencia reactiva capacitiva ao sistema, compensando parte da potencia reactiva inductiva, mellorando o factor de potencia e apoiando a voltaxe.

• Desenergización: Cando o factor de potencia supera un límite superior definido (por exemplo, 0,98 adiantado, que pode causar sobrecompensación), ou cando a voltaxe do sistema é demasiado alta, ou cando a diminución da carga leva a unha menor demanda de potencia reactiva, o controlador emite unha orde de desenergización, o contactor de vacío abre, e o banco de condensadores queda sen servizo.

• Descarga: Despois de desconectar o banco de condensadores, o dispositivo de descarga (bobina de descarga) opera automaticamente, descargando rapidamente a enerxía almacenada.

2. Manutención de Dispositivos de Compensación de Potencia Reactiva de Alta Tensión de 10kV

Obxectivo Central: Asegurar a operación segura, fiable e eficiente, e prolongar a vida útil do equipo.

2.1 Inspección Diaria

• Inspección Visual: Verifica se o envolvente do condensador está hinchado, si hai fuga de óleo, oxidación ou descascado de pintura; verifica se as boquillas teñen rachaduras, contaminación ou trazas de flashover; verifica se os puntos de conexión están sueltos, sobrecalentados (termografía infravermella) ou decolorados.

• Sonido de Operación: Escucha por vibracións ou ruidos anormais nos reactores, bobinas de descarga ou condensadores (por exemplo, un aumento anormal do "zumbido" pode indicar afrouxamento interno).

• Indicación de Instrumentos: Verifica se as lecturas dos voltímetros, amperímetros, medidores de factor de potencia e medidores de potencia reactiva son normais, e compáralas cos valores mostrados polo controlador.

• Chequeo Ambiental: Verifica a ventilación interior, a temperatura e a humidade ambiental para asegurar que están dentro dos límites permitidos; verifica a acumulación de polvo ou signos de intrusión de animais pequenos; verifica se as vallas e etiquetas están intactas.

• Señales de Protección: Verifica se hai señales de alarma ou disparo dos dispositivos de protección.

2.2 Manutención Periódica (Xeralmente Cada Seis Meses a Un Ano)

• Limpieza con Desconexión: Elimina completamente o polvo e a suciedade das superficies dos envolventes de condensadores, boquillas, aisladores, barras, armazón, reactores e equipo de conmutación (usando panos secos e sin pelusa ou ferramentas especiais, evitando danos na aislación). (Importante! A limpeza do equipo de alta tensión debe realizarse despois de desconectar, probar a voltaxe e terra!)

• Ajuste de Conexións: Verifica e aperta todos os parafusos de conexión eléctrica (conexións de barras, conexiones de terminais de condensadores, cables de terra, etc.) para asegurar un buen contacto e evitar o sobrecalentamiento. Opera de acordo co par de torsión especificado.

• Probado de Condensadores:

• Medición de Capacitancia: Usa un puente de capacitancia dedicado para medir a capacitancia total de cada fase ou cada rama (se aplicable), e compárala cos valores de placa ou datos históricos. Se a desviación supera ±5% ou mostra un cambio significativo (especialmente unha diminución), require atención cercana, posiblemente indicando danos nos componentes internos. O valor de capacitancia dun condensador individual non debe desviar do valor nominal máis do -5% a +10%.

• Prueba de Resistencia de Aislamento: Mede a resistencia de aislamento entre polos e entre polo y carcasa (usando un megohmímetro de 2500V), que debe cumprir os requisitos reguladores (xeralmente, a resistencia de aislamento entre polos debe ser moi alta, a resistencia de aislamento polo-carcasa > 1000MΩ). Debe estar completamente descargado antes e despois da proba!

• Medición do Factor de Desecho (tanδ): Pode realizarse se as condicións o permiten, sendo máis sensible para reflejar a humedad ou deterioro do aislamento interno do condensador. Non debe mostrar un aumento significativo en comparación co valor de fábrica ou anteriores medidas.

• Inspección de Reactores:

• Verifica a aparición do bobinado para detectar sobrecalentamiento, decoloración, envejecimiento do aislamento ou danos.

• Verifica se os fixadores do núcleo (se presentes) están afrouxados.

• Mede a resistencia DC do bobinado, que non debe mostrar unha diferenza significativa en comparación co valor de fábrica ou anteriores (tenendo en conta a influencia da temperatura).

• Mede a resistencia de aislamento.

• Chequeo do Dispositivo de Descarga:

• Verifica a aparición e a ligazón da bobina de descarga.

• Verifica o rendemento de descarga (baixo permiso de regulación de seguridade, simula a operación para verificar a velocidade de caída da voltaxe residual).

• Manutención do Equipo de Conmutación:

• Verifica a aparición do interruptor de vacío.

• Verifica se o mecanismo de operación funciona con flexibilidade e fiabilidade; aplique o lubrificante adecuado aos puntos de lubricación.

• Mede a resistencia de contacto do circuito principal.

• Realiza probas de características mecánicas (tempo de apertura/cierre, sincronización, rebote, curso, etc.).

• Calibración de Dispositivos de Protección: Calibra as configuracións e realiza probas de transmisión para sobrecorrente, desequilibrio, sobretensión, subtensión, etc., de acordo coas regulacións para asegurar un funcionamento exacto e fiable. Verifica a aparición do fusible e o estado do indicador.

• Chequeo do Controlador: Verifica se a visualización, botóns e comunicación son normais; verifica a precisión de muestreo (compara a voltaxe, corrente, factor de potencia, etc., co medidor estándar); verifica se a lóxica de conmutación é correcta.

2.3 Manutención Especial

• Ambiente Harmónico: Se o sistema ten harmónicos graves, intensifica a monitorización do aumento de temperatura dos condensadores e reactores (termografía infravermella), realiza probas harmónicas regulares, asegura que as configuracións de sintonía son razonables para evitar a ressonancia. Agrega dispositivos de filtrado se necesario.

• Conmutación Frexuente: Intensifica a inspección do desgaste de contacto dos contactores/circuitos de vacío, acorta o seu ciclo de manutención.

• Despois de Fallos: Despois da operación de protección (especialmente fundido de fusible ou operación de protección de desequilibrio), debe identificarse completamente a causa, substituír os compoñentes danados e completar unha inspección e proba comprehensiva antes de re-energizar.

2.4 Precaucións de Seguridade (¡Mais Importantes!)

• Aplica estritamente os "Dous Billetes e Tres Sistemas": Billete de Traballo, Billete de Operación; Sistema de Entrega de Turno, Sistema de Inspección de Ronda, Sistema de Probas Periódicas e Rotación de Equipos.

• Desconexión, Prueba de Voltaxe, Terra: Antes de realizar calquera traballo de manutención, a fonte de enerxía debe estar desconectada de forma confiábel (incluíndo posible alimentación desde o lado secundario do TV), usa un probador de voltaxe calificado para confirmar a ausencia de voltaxe, e instala terras nos dous extremos do lugar de traballo. O banco de condensadores debe ser descargado completamente usando unha vara de terra dedicada e terra antes de tocar!

• Supervisor Dedicado: A operación e manutención de equipos de alta tensión deben ter un supervisor dedicado.

• Uso de Ferramentas e Protección Calificadas: Usa ferramentas con calificación de aislamento adecuada, usa guantes e botas de aislamento, e outras equipamentos de protección de seguridade.

• Consciencia de Voltaxe Residual: Aínda despois da descarga, usa unha vara de terra para volver a cortocircuitar os terminais do condensador antes de tocar.

2.5 Rexistro e Análise

• Rexistra detalladamente os datos de cada inspección, manutención e proba (valor de capacitancia, resistencia de aislamento, temperatura, información de acción de protección, etc.).

• Establece arquivos de equipos, realiza un análise de tendencias, e identifica oportunamente defectos potenciais.

• Rexistra as condicións anormais e os procesos de manejo.

3. Referencia para Intervalos Clave de Manutención

• Inspección Diaria: Diaria ou semanal (segundo a importancia e o ambiente de operación).

• Limpieza e Inspección Periódica (sen desconexión): Mensual ou trimestral.

• Manutención Periódica (con desconexión): Una a dúas veces por ano (combinada con probas preventivas).

• Medición de Capacitancia/Resistencia de Aislamento de Condensadores: Realizada durante a manutención con desconexión; unha vez dentro do primeiro ano de entrada en servizo, e despois unha vez cada 1-2 anos.

• Calibración de Dispositivos de Protección: Unha vez por ano.

• Prueba de Características de Equipos de Conmutación: Combinada con a manutención con desconexión, unha vez cada 1-2 anos ou cando o número de operacións alcanza un valor determinado.

4. Notas

• Temperatura Ambiental: A temperatura de operación ambiental dos condensadores non debe superar o límite superior especificado (xeralmente -40°C ~ +45°C), evita a exposición directa ao sol.

• Sobretensión: Os condensadores poden operar a longo prazo a 1,1 veces a voltaxe nominal; evita a operación de sobretensión prolongada.

• Sobrecorrente: Os condensadores poden operar a longo prazo a 1,3 veces a corrente nominal (considerando os efectos de harmónicos e sobretensión).

• Harmónicos: Os harmónicos son unha das principais causas de danos nos condensadores. O fondo harmónico do sistema debe considerarse durante o deseño, e a relación do reactor debe configurarse de forma razonable. Intensifica a monitorización de harmónicos durante a operación.