Принцип работы и ключевые моменты обслуживания устройства компенсации реактивной мощности высокого напряжения 10 кВ

Устройство компенсации реактивной мощности высокого напряжения 10 кВ является важным и незаменимым компонентом в современных энергетических системах. Обеспечивая или поглощая реактивную мощность, оно эффективно решает проблемы, такие как низкий коэффициент мощности, высокие потери на линии и колебания напряжения, вызванные потребностью в реактивной мощности, играя ключевую роль в улучшении экономичности, безопасности и качества электроэнергии при эксплуатации сети. Высоковольтная компенсация реактивной мощности 10 кВ является важным устройством для обеспечения безопасной и экономичной работы сети.

Понимание принципа его работы является основой для обслуживания, а строгое выполнение плана регулярного технического обслуживания, основанного на профилактических испытаниях и мониторинге состояния, с постоянным приоритетом безопасности, является фундаментальной гарантией обеспечения долгосрочной надежной работы. Работы по техническому обслуживанию должны выполняться квалифицированным и опытным персоналом в соответствии с установленными процедурами. Ниже приведено подробное объяснение принципа работы и основных моментов технического обслуживания системы компенсации реактивной мощности 10 кВ.

1. Принцип работы системы компенсации реактивной мощности 10 кВ

Основная цель: улучшение коэффициента мощности сети, снижение потерь на линии, стабилизация напряжения в системе и повышение качества электроснабжения.

1.1 Принцип компенсации

• Источник реактивной мощности: индуктивные нагрузки в энергосистеме (например, двигатели, трансформаторы) требуют создания магнитного поля во время работы, потребляя отстающую реактивную мощность (Q).

• Метод компенсации: конденсаторные батареи подключаются параллельно, генерируя опережающую емкостную реактивную мощность (Qc), чтобы компенсировать индуктивную реактивную мощность (Ql).

• Результат: общая реактивная мощность (Q), необходимая системе, уменьшается, коэффициент мощности (Cosφ = P / S) улучшается, и полная мощность (S) снижается.

1.2 Компоненты устройства компенсации

• Высоковольтная параллельная конденсаторная батарея: основной компонент, обеспечивающий емкостную реактивную мощность. Обычно состоит из нескольких конденсаторных элементов, соединенных последовательно и параллельно, чтобы удовлетворить требования к напряжению 10 кВ и необходимой емкости.

• Серийный реактор:

• Ограничительный реактор: ограничивает импульсный ток в момент включения конденсаторов (обычно 5–20 раз выше номинального тока), защищая конденсаторы и коммутирующее оборудование.

• Фильтрующий реактор: образует LC-настроенный контур с конденсатором (обычно настроен ниже 5-й, 7-й или определенной гармонической частоты), подавляя гармонические токи, входящие в конденсатор, предотвращая усиление гармоник и резонанс, тем самым защищая конденсатор.

• Высоковольтное коммутирующее оборудование:

• Вакуумный контактор или вакуумный выключатель: используется для включения и отключения конденсаторных батарей. Вакуумные контакторы более распространены и подходят для частых операций.

• Разъединитель / заземляющий выключатель: используется во время технического обслуживания для изоляции источника питания и обеспечения надежного заземления для безопасности.

• Устройство разрядки:

• Разрядная катушка или разрядный резистор: после отключения конденсаторной батареи быстро разряжает накопленный заряд на выводах конденсаторов (обычно требуется снизить остаточное напряжение до менее 50 В в течение 5 секунд), обеспечивая безопасность при техническом обслуживании. Разрядные катушки используются чаще.

• Защитные устройства:

• Предохранитель: защищает отдельные конденсаторы от внутренних неисправностей (выталкивающий предохранитель).

• Реле защиты: включает защиту от перегрузки по току (короткое замыкание между фазами), защиту от дисбаланса (разрушение внутреннего элемента конденсатора или срабатывание предохранителя), защиту от перенапряжения, защиту от понижения напряжения, защиту от превышения гармоник, защиту от открытия треугольника напряжения и т.д.

• Измерительные и управляющие устройства:

• Контроллер: непрерывно контролирует напряжение, ток, коэффициент мощности, гармонический ток, коэффициент искажения гармонического напряжения и другие параметры. Автоматически управляет включением и отключением конденсаторных батарей в соответствии с предустановленными стратегиями (например, целевой коэффициент мощности, целевое напряжение, защита от превышения гармоник, временные программы).

• Токовый трансформатор (CT), напряженческий трансформатор (PT): предоставляют сигналы для измерений и защиты.

1.3 Операционный процесс

• Мониторинг: контроллер непрерывно контролирует параметры, такие как коэффициент мощности, напряжение и потребность в реактивной мощности сети.

• Решение: когда коэффициент мощности падает ниже установленного нижнего предела (например, 0,9 запаздывающий), или когда система нуждается в дополнительной реактивной мощности, контроллер выдает команду на включение.

• Включение: управляющая цепь включает вакуумный контактор, который подключает конденсаторную батарею (обычно через серийный реактор) параллельно шине 10 кВ.

• Компенсация: конденсаторная батарея подает емкостную реактивную мощность в систему, компенсируя часть индуктивной реактивной мощности, улучшая коэффициент мощности и поддерживая напряжение.

• Отключение: когда коэффициент мощности превышает установленный верхний предел (например, 0,98 опережающий, что может привести к перекомпенсации), или когда напряжение в системе слишком высоко, или когда снижение нагрузки приводит к уменьшению потребности в реактивной мощности, контроллер выдает команду на отключение, вакуумный контактор открывается, и конденсаторная батарея выводится из работы.

• Разрядка: после отключения конденсаторной батареи устройство разрядки (разрядная катушка) автоматически включается, быстро разряжая накопленную энергию.

2. Техническое обслуживание устройств компенсации реактивной мощности 10 кВ

Основная цель: обеспечение безопасной, надежной и эффективной работы, а также продление срока службы оборудования.

2.1 Ежедневный осмотр

• Визуальный осмотр: проверка корпуса конденсаторов на вздутие, утечки масла, коррозию или облупившуюся краску; проверка изоляторов на трещины, загрязнения или следы пробоя; проверка точек соединения на ослабление, перегрев (инфракрасная термография) или изменение цвета.

• Звук работы: прослушивание реакторов, разрядных катушек или конденсаторов на наличие аномальных вибраций или шума (например, аномально увеличенный "гул" может указывать на внутреннее ослабление).

• Показания приборов: проверка нормальности показаний вольтметров, амперметров, приборов коэффициента мощности и реактивной мощности, а также сравнение с показаниями на дисплее контроллера.

• Проверка окружающей среды: проверка вентиляции, температуры и влажности воздуха, чтобы они находились в допустимых пределах; проверка наличия пыли или признаков проникновения мелких животных; проверка целостности ограждений и маркировок.

• Сигналы защиты: проверка наличия сигналов тревоги или отключения от защитных устройств.

2.2 Периодическое техническое обслуживание (обычно каждые 6 месяцев до 1 года)

• Очистка после отключения питания: тщательная очистка поверхности корпусов конденсаторов, изоляторов, шин, рам, реакторов и коммутационного оборудования (используя сухие безворсовые тряпки или специальные инструменты, избегая повреждения изоляции). (Важно! Очистка высоковольтного оборудования должна проводиться после отключения питания, проверки напряжения и заземления!)

• Затяжка соединений: проверка и затяжка всех электрических болтовых соединений (соединения шин, соединения выводов конденсаторов, заземляющие провода и т.д.) для обеспечения хорошего контакта и предотвращения перегрева. Работайте в соответствии с заданным крутящим моментом.

• Испытание конденсаторов:

• Измерение емкости: использование специального моста для измерения общей емкости каждой фазы или каждого ответвления (если применимо), и сравнение с значениями на табличке или историческими данными. Если отклонение превышает ±5% или показывает значительное изменение (особенно уменьшение), это требует пристального внимания, возможно, указывая на повреждение внутренних компонентов. Значение емкости одного конденсатора не должно отклоняться от номинального значения более чем на -5% до +10%.

• Измерение сопротивления изоляции: измерение сопротивления изоляции между полюсами и между полюсом и корпусом (используя мегомметр 2500 В), которое должно соответствовать регуляторным требованиям (обычно, сопротивление изоляции между полюсами должно быть очень высоким, сопротивление изоляции между полюсом и корпусом > 1000 МΩ). Перед и после испытания необходимо полностью разрядить!

• Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tanδ): может быть выполнено, если условия позволяют, что более чувствительно отражает влагу или ухудшение внутренней изоляции конденсатора. Не должно показывать значительного увеличения по сравнению с заводскими или предыдущими измеренными значениями.

• Проверка реакторов:

• Проверка внешнего вида обмотки на наличие перегрева, изменения цвета, старения или повреждения изоляции.

• Проверка креплений сердечника (если есть).

• Измерение постоянного сопротивления обмотки, которое не должно значительно отличаться от заводских или предыдущих значений (учитывая влияние температуры).

• Измерение сопротивления изоляции.

• Проверка устройства разрядки:

• Проверка внешнего вида и подключения разрядной катушки.

• Проверка производительности разрядки (с разрешения правил безопасности, моделирование работы для проверки скорости падения остаточного напряжения).

• Обслуживание коммутационного оборудования:

• Проверка внешнего вида вакуумного прерывателя.

• Проверка того, работает ли механизм управления гибко и надежно; нанесение подходящей смазки на точки смазки.

• Измерение контактного сопротивления главной цепи.

• Проведение механических характеристик (время открытия/закрытия, синхронизация, отскок, ход и т.д.).

• Калибровка защитных устройств: калибровка настроек и проведение передаточных испытаний для защиты от перегрузки по току, дисбаланса, перенапряжения, понижения напряжения и т.д., в соответствии с регламентом, чтобы обеспечить точную и надежную работу. Проверка внешнего вида и состояния индикаторов предохранителей.

• Проверка контроллера: проверка нормальности дисплея, кнопок и связи; проверка точности измерений (сравнение напряжения, тока, коэффициента мощности и т.д. со стандартным измерителем); проверка правильности логики переключения.

2.3 Специальное техническое обслуживание

• Гармоническая среда: если в системе имеются серьезные гармоники, усилите контроль за повышением температуры конденсаторов и реакторов (инфракрасная термография), проведите регулярные гармонические испытания, убедитесь, что настройки точек настройки являются разумными, чтобы избежать резонанса. При необходимости добавьте фильтрующие устройства.

• Частое переключение: усилите контроль за износом контактов вакуумных контакторов/выключателей, сократите их цикл технического обслуживания.

• После отказов: после срабатывания защиты (особенно срабатывания предохранителя или защиты от дисбаланса) причина должна быть тщательно установлена, поврежденные компоненты заменены, и выполнена всесторонняя проверка и испытания перед повторным включением.

2.4 Меры безопасности (самые важные!)

• Строгое соблюдение "Двух билетов и трех систем": рабочий билет, операционный билет; система сдачи смен, система обходов, система периодических испытаний и ротации оборудования.

• Отключение питания, проверка напряжения, заземление: перед любыми работами по техническому обслуживанию источник питания должен быть надежно отключен (включая возможное обратное питание от вторичной стороны PT), используйте квалифицированный вольтметр для подтверждения отсутствия напряжения, и установите заземляющие провода на обоих концах места работы. Конденсаторная батарея должна быть полностью разряжена с помощью специального заземляющего стержня и заземлена перед контактированием!

• Назначенный наблюдатель: работа и техническое обслуживание высоковольтного оборудования должны выполняться под наблюдением назначенного лица.

• Использование квалифицированных инструментов и средств защиты: используйте инструменты с квалифицированным классом изоляции, надевайте диэлектрические перчатки, диэлектрические ботинки и другое защитное оборудование.

• Сознание остаточного напряжения: даже после разрядки, используйте заземляющий стержень, чтобы еще раз коротнуть выводы конденсаторов перед контактированием.

2.5 Ведение записей и анализ

• Подробно записывайте данные от каждого осмотра, технического обслуживания и испытания (значение емкости, сопротивление изоляции, температура, информация о действиях защиты и т.д.).

• Создавайте файлы оборудования, проводите анализ трендов и своевременно выявляйте потенциальные дефекты.

• Записывайте аномальные состояния и процессы их устранения.

3. Справочные интервалы для ключевых видов технического обслуживания

• Ежедневный осмотр: ежедневно или еженедельно (в зависимости от важности и условий эксплуатации).

• Периодическая чистка и осмотр (без отключения питания): ежемесячно или ежеквартально.

• Периодическое техническое обслуживание (с отключением питания): один-два раза в год (в сочетании с профилактическими испытаниями).

• Измерение емкости/сопротивления изоляции конденсаторов: проводится во время технического обслуживания с отключением питания; один раз в течение первого года эксплуатации, затем один раз каждые 1-2 года.

• Калибровка защитных устройств: один раз в год.

• Испытание характеристик коммутационного оборудования: в сочетании с техническим обслуживанием с отключением питания, один раз каждые 1-2 года или когда количество операций достигнет определенного значения.

4. Примечания

• Температура окружающей среды: температура окружающей среды, при которой эксплуатируются конденсаторы, не должна превышать установленного верхнего предела (обычно -40°C ~ +45°C), избегайте прямого попадания солнечных лучей.

• Перенапряжение: конденсаторы могут длительное время работать при 1,1 номинального напряжения; избегайте длительной работы при перенапряжении.

• Перегрузка по току: конденсаторы могут длительное время работать при 1,3 номинального тока (с учетом влияния гармоник и перенапряжения).