Принцип роботи та ключові моменти обслуговування пристрою високого напруги 10 кВ для компенсації реактивної потужності

Високовольтне пристрій компенсації реактивної потужності на 10 кВ є важливим та необхідним компонентом сучасних електроенергетичних систем. Надаючи або поглинаючи реактивну потужність, він ефективно вирішує проблеми, такі як низький коефіцієнт потужності, великі втрати в лініях та коливання напруги, спричинені потребою у реактивній потужності, іграючи ключову роль у покращенні економічності, безпеки та якості електроенергії при роботі мережі. Високовольтна компенсація реактивної потужності на 10 кВ є важливим пристроєм для забезпечення безпечного та економічного функціонування мережі.

Розуміння принципу його роботи є основою для обслуговування, а строге дотримання регулярного плану обслуговування, заснованого на профілактичних випробуваннях та моніторингу стану, — це фундаментальна гарантія довготривалої надійної роботи. Роботи з обслуговування повинні проводитися кваліфікованими та досвідченими працівниками відповідно до встановлених процедур. Нижче подана детальна пояснення принципу роботи та ключових аспектів обслуговування високовольтних пристроїв компенсації реактивної потужності на 10 кВ.

1. Принцип роботи високовольтного пристрою компенсації реактивної потужності на 10 кВ

Основна мета: покращення коефіцієнта потужності мережі, зменшення втрат в лініях, стабілізація системної напруги та підвищення якості електропостачання.

1.1 Принцип компенсації

• Джерело реактивної потужності: індуктивні навантаження в електроенергетичній мережі (наприклад, двигуни, трансформатори) під час роботи потребують створення магнітного поля, споживаючи запізнювану реактивну потужність (Q).

• Метод компенсації: конденсаторні банки підключаються паралельно, генеруючи опережаючу ємнісну реактивну потужність (Qc) для компенсації індуктивної реактивної потужності (Ql).

• Результат: загальна реактивна потужність (Q), необхідна системі, зменшується, коефіцієнт потужності (Cosφ = P / S) покращується, а очевидна потужність (S) знижується.

1.2 Компоненти компенсаційного пристрою

• Високовольтна паралельна конденсаторна банка: ключовий компонент, який забезпечує ємнісну реактивну потужність. Зазвичай складається з кількох конденсаторних модулів, підключених послідовно та паралельно, для задоволення вимог до напруги 10 кВ та необхідної потужності.

• Серійний реактор:

• Токозмінний реактор: обмежує штуршний струм в момент увімкнення конденсаторів (звичайно 5–20 разів більше номінального струму), захищаючи конденсатори та комутаційне обладнання.

• Фільтрувальний реактор: утворює LC-настроєний контур з конденсатором (звичайно налаштований нижче 5-го, 7-го або конкретної гармонічної частоти), пригнічує гармонічні струми, що входять у конденсатор, запобігає гармонічному підсиленню та резонансу, таким чином захищаючи конденсатор.

• Високовольтне комутаційне обладнання:

• Вакуумний контактор або вакуумний вимикач: використовується для підключення та відключення конденсаторних банок. Вакуумні контактори є більш поширеними та придатними для частих операцій.

• Відключаючий вимикач / заземлювальний вимикач: використовується під час обслуговування для ізоляції джерела живлення та забезпечення надійного заземлення для безпеки.

• Пристрій розряду:

• Розрядна катушка або розрядний резистор: після відключення конденсаторної банки швидко розряджає збережений заряд на клемах конденсаторів (звичайно, потрібно знизити залишкову напругу до менше 50 В протягом 5 секунд), забезпечуючи безпеку під час обслуговування. Розрядні катушки є більш поширеними.

• Захисні пристрої:

• Перехідник: захищає окремі конденсатори від внутрішніх аварій (вибухозахисний перехідник).

• Реле захисту: включає захист від надмірного струму (коротке замикання між фазами), захист від невідповідності (внутрішній злам елементів конденсатора або вибух перехідника), захист від наднапруги, захист від недостатньої напруги, захист від перевищення гармонік, захист від відкритого трикутника напруги тощо.

• Пристрої вимірювання та контролю:

• Контролер: безперервно моніторить параметри системи, такі як напруга, струм, коефіцієнт потужності, гармонічні струми, ступінь деформації гармонічних напруг та ін. Автоматично керує підключенням та відключенням конденсаторних банок відповідно до передвизначених стратегій (наприклад, цільовий коефіцієнт потужності, цільова напруга, захист від перевищення гармонік, програми за часом).

• Струмовий перетворювач (CT), напівпровідниковий перетворювач (PT): надають сигнали для вимірювання та захисту.

1.3 Операційний процес

• Моніторинг: контролер безперервно моніторить параметри, такі як коефіцієнт потужності, напруга та потреба в реактивній потужності мережі.

• Рішення: коли коефіцієнт потужності опускається нижче заданого нижнього порогу (наприклад, 0,9 запізнювання), або коли система потребує додаткової реактивної потужності, контролер видаває команду на підключення.

• Підключення: контрольна схема приводить до закриття вакуумного контактора, підключаючи конденсаторну банку (звичайно через серійний реактор) паралельно до шини 10 кВ.

• Компенсація: Банк конденсаторів поставляє системі ємнісну реактивну потужність, компенсуючи частину індуктивної реактивної потужності, покращуючи коефіцієнт ефективності та підтримуючи напругу.

• Відключення: Коли коефіцієнт ефективності перевищує заданий верхній ліміт (наприклад, 0,98 згідно з переднім режимом, що може призвести до перекомпенсації), або коли напруга системи занадто висока, або коли зменшення навантаження призводить до зменшення потреби в реактивній потужності, контролер виділяє команду на відключення, вакуумний контактор відкривається, і банк конденсаторів виводиться з роботи.

• Розрядка: Після відключення банку конденсаторів, пристрій розрядки (розрядний діод) автоматично працює, швидко розряджуючи збережену енергію.

2. Обслуговування високовольтних пристроїв реактивної компенсації 10 кВ

Основна мета: Забезпечити безпечне, надійне та ефективне функціонування, а також продовження строку служби обладнання.

2.1 Щоденний огляд

• Візуальний огляд: Перевірити корпус конденсатора на набряклість, витікання масла, корозію або шарування фарби; перевірити изоляторы на тріщини, забруднення або сліди пробою; перевірити точки з'єднання на люфт, перегрівання (інфрачервона термографія) або зміну кольору.

• Робочий звук: Прислухатися до неправильного вібраційного шуму від реакторів, розрядних діодів або конденсаторів (наприклад, значно збільшений "гукаючий" звук може свідчити про внутрішній люфт).

• Показання приладів: Перевірити, чи нормальні показання вольтметрів, амперметрів, ваттметрів коефіцієнта ефективності та реактивних ваттметрів, та порівняти їх з показаннями на дисплеї контролера.

• Перевірка середовища: Перевірити провітрювання приміщення, температуру та вологість, щоб вони були в допустимих межах; перевірити наявність пилу або ознак вторгнення малих тварин; перевірити цілісність загороджень та позначок.

• Сигнали захисту: Перевірити, чи є будь-які сигналізаційні або відключальні сигнали від пристроїв захисту.

2.2 Періодичне обслуговування (зазвичай кожні 6 місяців до одного року)

• Очистка під час відключення живлення: Тщательно видалити пил та бруд з поверхонь корпусів конденсаторів, изоляторов, ізоляторів, шин, рам, реакторів та комутаційного обладнання (використовуючи сухі, безворсинні рушники або спеціальні інструменти, уникайте пошкодження ізоляції). (Важливо! Очистка високовольтного обладнання повинна проводитися після відключення живлення, перевірки напруги та заземлення!)

• Затягування з'єднань: Перевірити та затягнути всі електричні болти з'єднання (з'єднання шин, з'єднання клем конденсаторів, заземлюючі дроти тощо) для забезпечення добреї контактности та запобігання перегріву. Діяти відповідно до вказаного моменту затягування.

• Тестування конденсаторів:

• Вимірювання ємності: Використовуйте спеціальний міст для вимірювання загальної ємності кожного фази або кожного гілки (якщо застосовується) та порівняйте з номінальними значеннями або історичними даними. Якщо відхилення перевищує ±5% або показує значне змінення (особливо зменшення), це потребує уваги, можливо, це свідчить про пошкодження внутрішніх компонентів. Значення ємності окремого конденсатора не повинно відрізнятися від номінального значення більше, ніж -5% до +10%.

• Вимірювання опору ізоляції: Виміряти опір ізоляції між полюсами та між полюсом та корпусом (використовуючи мегометр 2500 В), який повинен відповідати регуляторним вимогам (зазвичай, опір ізоляції між полюсами повинен бути дуже високим, опір ізоляції між полюсом та корпусом > 1000 МОм). Необхідно повністю розрядити перед та після тестування!

• Вимірювання коефіцієнту дисипації (tanδ): Можна провести, якщо дозволяють умови, що є більш чутливим до відображення внутрішньої вологості або старіння ізоляції конденсатора. Не повинен показувати значне збільшення у порівнянні з заводськими або попередніми значеннями вимірювання.

• Перевірка реактора:

• Перевірити зовнішній вигляд катушки на перегрів, зміну кольору, старіння або пошкодження ізоляції.

• Перевірити, чи не послаблені кріплення сердечника (якщо він є).

• Виміряти опір обмотки постійного струму, який не повинен показувати значне відхилення від заводських або попередніх значень (з урахуванням впливу температури).

• Виміряти опір ізоляції.

• Перевірка пристрою розрядки:

• Перевірити зовнішній вигляд та з'єднання розрядного діода.

• Перевірити характеристики розрядки (з дозволу правил безпеки, симулювати роботу, щоб перевірити швидкість спаду залишкового напруги).

• Обслуговування комутаційного обладнання:

• Перевірити зовнішній вигляд вакуумного переривача.

• Перевірити, чи працює механізм управління легко та надійно; застосувати відповідну смазку до точок смазки.

• Виміряти опір контактів головної цепи.

• Провести механічні характеристичні випробування (час відкриття/закриття, синхронізація, відскок, хід тощо).

• Калібрування захисних пристроїв: Виконайте калібрування налаштувань та проводьте випробування передачі для надмірного струму, невідповідності, наднапруги, піднапруги тощо згідно з регламентом, щоб забезпечити точну та надійну роботу. Перевірте зовнішній вигляд предохранителів та стан індикаторів.

• Перевірка контролера: Перевірте, чи є нормальними дисплей, кнопки та зв'язок; перевірте точність вибірки (порівняйте напругу, струм, коефіцієнт потужності тощо зі стандартним лічильником); перевірте, чи правильна логіка переключення.

2.3 Спеціальне обслуговування

• Гармонічне середовище: Якщо система має серйозні гармоніки, посилийте моніторинг підвищення температури конденсаторів та реакторів (інфрачервона термографія), проводьте регулярні випробування гармонік, забезпечте раціональність налаштувань точки налаштування, щоб уникнути резонансу. При необхідності додайте фільтруючі пристрої.

• Часте переключення: Посягайте перевірку зношення контактів вакуумних контакторів/автоматів, скорочуйте їхній цикл обслуговування.

• Після аварій: Після операції захисту (особливо при виведенні предохранителя або операції захисту від невідповідності) причина повинна бути детально визначена, пошкоджені компоненти замінені, і завершено комплексну перевірку та випробування перед повторним підключенням.

2.4 Міри безпеки (Найважливіше!)

• Суворо дотримуйте «Дві картки та три системи»: Робоча картка, Карта операцій; Система передачі зміни, Система обходу, Система регулярного випробування та чергування обладнання.

• Відключення живлення, випробування напруги, заземлення: Перед будь-якими ремонтними роботами джерело живлення повинно бути надійно відключено (включаючи можливий зворотний підхід зі сторони вторинної частини PT), використовуйте якісний випробувач напруги для підтвердження відсутності напруги, і встановіть заземлюючі дроти на обох кінцях робочого місця. Конденсаторний банк повинен бути повністю розряджений за допомогою спеціального заземлювального прута та заземлений перед контактами!

• Спеціальний наглядач: Операції та обслуговування високовольтного обладнання повинні мати спеціального наглядача.

• Використання якісних інструментів та захисту: Використовуйте інструменти з якісним класом ізоляції, носіть ізоляційні рукавики, ізоляційні чоботи та інший захисний одяг.

• Увага до залишкової напруги: Навіть після розрядки, короткозамкніть кінці конденсаторів знову за допомогою заземлювального прута перед контактами.

2.5 Запис та аналіз

• Детально запишіть дані з кожного огляду, обслуговування та випробування (значення ємності, опір ізоляції, температура, інформація про дії захисту тощо).

• Створіть файли обладнання, проведіть аналіз трендів, і своєчасно виявляйте потенційні дефекти.

• Запишіть аномальні умови та процеси вирішення.

3. Посилання на ключові інтервали обслуговування

• Щоденний огляд: Щоденно або щотижня (залежно від важливості та умов експлуатації).

• Періодичне очищення та огляд (без відключення живлення): Щомісяця або щокварталу.

• Періодичне обслуговування (з відключенням живлення): Раз-двічі на рік (поєднано з профілактичними випробуваннями).

• Вимірювання ємності/опору ізоляції конденсаторів: Проводиться під час обслуговування з відключенням живлення; раз протягом одного року після введення в експлуатацію, потім раз на 1–2 роки.

• Калібрування захисних пристроїв: Раз на рік.

• Випробування характеристик комутаційного обладнання: Поєднано з обслуговуванням з відключенням живлення, раз на 1–2 роки або коли кількість операцій досягає певного значення.

4. Примітки

• Температура оточуючого середовища: Температура оточуючого середовища, в якому працюють конденсатори, не повинна перевищувати заданий верхній ліміт (звичайно -40°C ~ +45°C), уникайте безпосереднього сонячного світла.

• Наднапруга: Конденсатори можуть працювати довгий час при 1,1 разів від номінальної напруги; уникайте довготривалої роботи при наднапрузі.

• Надмірний струм: Конденсатори можуть працювати довгий час при 1,3 разів від номінального струму ( враховуючи вплив гармонік та наднапруги).

• Гармоніки: Гармоніки є одним з основних факторів пошкодження конденсаторів. Під час проектування повинен братися до уваги фон гармонік системи, і раціонально налаштовувати співвідношення реакторів. Посягайте моніторинг гармонік під час експлуатації.