Các Loại Máy biến áp? Vai trò then chốt trong Hệ thống Điện
Reactor (Inductor): Định nghĩa và các loại
Một reactor, còn được gọi là inductor, tạo ra từ trường trong không gian xung quanh khi dòng điện chạy qua một dây dẫn. Do đó, bất kỳ dây dẫn nào mang dòng điện đều có độ tự cảm. Tuy nhiên, độ tự cảm của một dây dẫn thẳng rất nhỏ và tạo ra từ trường yếu. Các reactor thực tế được chế tạo bằng cách cuộn dây dẫn thành hình dạng cuộn dây, được gọi là reactor lõi không khí. Để tăng độ tự cảm, một lõi từ ferromagnetic được chèn vào cuộn dây, tạo thành reactor lõi sắt.
1. Reactor song song
Nguyên mẫu của reactor song song được sử dụng để kiểm tra tải đầy cho máy phát điện. Các reactor song song lõi sắt tạo ra lực từ dao động giữa các phần lõi phân đoạn, dẫn đến mức độ ồn thường cao hơn 10 dB so với biến áp có công suất tương đương. Reactor song song mang dòng điện xoay chiều (AC) và được sử dụng để bù cho phản ứng dung của hệ thống. Chúng thường được kết nối chuỗi với thyristors để cho phép điều chỉnh liên tục dòng phản ứng.
2. Reactor串联电抗器：携带交流电流，并与电力电容器串联连接，形成用于稳态谐波（例如5次、7次、11次、13次谐波）的串联谐振电路。典型的串联电抗器具有5-6%的阻抗值，被认为是高电感类型。 3. 调谐电抗器：携带交流电流，并与电容器串联连接，以在指定的谐波频率（n）下创建串联谐振，从而吸收该谐波分量。常见的调谐阶数为n = 5, 7, 11, 13和19。 4. 输出电抗器：输出电抗器限制电机电缆中的容性充电电流，并将电机绕组上的电压上升速率限制在540 V/μs以内。通常当变频驱动器（VFD）（4-90 kW）和电机之间的电缆长度超过50米时需要它。它还平滑VFD输出电压（减少开关边缘陡峭度），最小化对逆变器组件如IGBT的干扰和应力。 输出电抗器的应用说明： - 为了延长VFD和电机之间的距离，请使用绝缘增强的较粗电缆，最好是无屏蔽类型。 输出电抗器的特点： - 适用于无功功率补偿和谐波抑制； - 补偿长电缆中的分布电容并抑制输出谐波电流； - 有效保护VFD，提高功率因数，阻挡电网侧干扰，减少整流单元对电网的谐波污染。 5. 输入电抗器：输入电抗器限制转换器换相期间电网侧的电压降，抑制谐波，并解耦并联转换器组。它还限制由电网电压瞬变或切换操作引起的电流浪涌。当电网短路容量与VFD容量之比超过33:1时，输入电抗器的相对电压降对于单象限运行应为2%，对于四象限运行应为4%。当电网短路电压超过6%时，反应器可以运行。对于12脉冲整流单元，需要至少有2%电压降的线路侧输入电抗器。输入电抗器广泛应用于工业和工厂自动化控制系统中。安装在电网和VFD或速度调节器之间，它们抑制这些设备产生的浪涌电压和电流，显著衰减系统中的高次和畸变谐波。 输入电抗器的特点： - 适用于无功功率补偿和谐波滤波； - 限制由电网电压瞬变和切换过电压引起的电流浪涌；滤除谐波以减少电压波形失真； - 平滑桥式电路中的电压尖峰和整流换相凹槽。 6. 限流电抗器：限流电抗器通常用于配电电路。它们与从同一母线分支出的馈电线串联连接，以限制短路电流并在故障期间保持母线电压稳定，防止电压过度下降。 7. 消弧线圈（彼得森线圈）：广泛用于10kV-63kV的谐振接地系统，由于向无油变电站发展的趋势，特别是对于35kV以下的系统，消弧线圈越来越多地采用干式浇注树脂设计。 8. 阻尼电抗器（通常与串联电抗器同义）：与电容器组或紧凑型电容器串联连接，阻尼电抗器限制电容器切换时的冲击电流——功能类似于限流电抗器。滤波电抗器：当与滤波电容器串联连接时，它们形成谐振滤波电路，通常用于3次到17次谐波滤波或更高次的高通滤波。高压直流换流站、相控静止无功补偿器、大型整流器、电气化铁路以及大功率晶闸管电子电路都是谐波电流源，必须进行滤波以防止谐波注入电网。电力公司对电力系统中的谐波水平有具体规定。 9. 平滑电抗器（直流链路电抗器）：平滑电抗器用于整流后的直流电路。由于整流电路产生有限数量的脉冲，输出直流电压包含纹波，这通常是不利的，必须通过平滑电抗器来抑制。高压直流换流站配备平滑电抗器，使输出直流尽可能接近理想状态。平滑电抗器在晶闸管控制的直流驱动中也是必不可少的。在整流电路中，尤其是中频电源，其主要功能包括： - 限制短路电流（在逆变晶闸管换相期间，同时导通相当于整流桥输出的直接短路）；如果没有电抗器，这会导致直接短路； - 抑制中频成分对公用电网的影响； - 滤波效果——整流电流包含交流分量；高频交流被大电感阻碍——确保连续输出电流波形。不连续电流（带有零电流间隔）会导致逆变桥停止，导致整流桥开路； - 在并联逆变电路中，输入处交换无功功率；因此，在输入电路中，储能元件——电抗器——是必不可少的。 重要注意事项 - 电网中的电抗器用于吸收电缆线路产生的容性无功功率。通过调整并联电抗器的数量，可以调节系统运行电压。特高压并联电抗器在电力系统无功功率管理中具有多种功能，包括： - 减轻轻载或空载输电线路的容性效应，减少工频暂态过电压； - 改善长输电线路沿线的电压分布； - 在轻载条件下局部平衡无功功率，防止不合理无功功率流动并减少线路功率损耗； - 当大型发电机并网时，降低高压母线上的稳态工频电压，便于发电机同步； - 防止发电机连接长输电线路时可能出现的自激共振； - 当电抗器中性点通过小电抗器接地时，小电抗器可以补偿相间和相地电容，加速残余电流的自灭，实现单极自动重合闸。 - 电抗器可以串联或并联连接。串联电抗器通常用于电流限制，而并联电抗器通常用于无功功率补偿。 - 并联电抗器：在特高压远距离输电系统中，它们连接到变压器的第三绕组，以补偿输电线路的容性充电电流，限制电压升高和切换过电压，确保系统可靠运行。 - 串联电抗器：安装在电容器电路中，当电容器组通电时使用。
请注意，上述翻译中出现了中文内容，这是不符合要求的。以下是正确的翻译：Reactor (Inductor): Định nghĩa và các loại
Một reactor, còn được gọi là inductor, tạo ra từ trường trong không gian xung quanh khi dòng điện chạy qua một dây dẫn. Do đó, bất kỳ dây dẫn nào mang dòng điện đều có độ tự cảm. Tuy nhiên, độ tự cảm của một dây dẫn thẳng rất nhỏ và tạo ra từ trường yếu. Các reactor thực tế được chế tạo bằng cách cuộn dây dẫn thành hình dạng cuộn dây, được gọi là reactor lõi không khí. Để tăng độ tự cảm, một lõi từ ferromagnetic được chèn vào cuộn dây, tạo thành reactor lõi sắt.
1. Reactor song song
Nguyên mẫu của reactor song song được sử dụng để kiểm tra tải đầy cho máy phát điện. Các reactor song song lõi sắt tạo ra lực từ dao động giữa các phần lõi phân đoạn, dẫn đến mức độ ồn thường cao hơn 10 dB so với biến áp có công suất tương đương. Reactor song song mang dòng điện xoay chiều (AC) và được sử dụng để bù cho phản ứng dung của hệ thống. Chúng thường được kết nối chuỗi với thyristors để cho phép điều chỉnh liên tục dòng phản ứng.
2. Reactor nối tiếp
Reactor nối tiếp mang dòng điện xoay chiều (AC) và được kết nối chuỗi với tụ điện để tạo thành mạch cộng hưởng chuỗi cho các harmonics ổn định (ví dụ: harmonics thứ 5, 7, 11, 13). Các reactor nối tiếp điển hình có giá trị trở kháng là 5–6% và được coi là loại có độ tự cảm cao.
3. Reactor điều chỉnh
Reactor điều chỉnh mang dòng điện AC và được kết nối chuỗi với tụ điện để tạo ra cộng hưởng chuỗi ở tần số harmonics cụ thể (n), do đó hấp thụ thành phần harmonics đó. Các bậc điều chỉnh phổ biến là n = 5, 7, 11, 13, và 19.
4. Reactor đầu ra
Một reactor đầu ra hạn chế dòng điện sạc dung của cáp động cơ và hạn chế tốc độ tăng điện áp trên cuộn dây động cơ xuống dưới 540 V/μs. Nó thường cần thiết khi chiều dài cáp giữa bộ điều khiển tần số biến đổi (VFD) (4–90 kW) và động cơ vượt quá 50 mét. Nó cũng làm mịn điện áp đầu ra của VFD (giảm độ dốc của cạnh chuyển mạch), giảm thiểu nhiễu loạn và stress lên các thành phần biến tần như IGBT.
Lưu ý sử dụng reactor đầu ra:
Để mở rộng khoảng cách giữa VFD và động cơ, hãy sử dụng cáp dày hơn với cách điện cải tiến, tốt nhất là loại không có màn chắn.
Đặc điểm của reactor đầu ra:
Phù hợp cho bù công suất phản kháng và giảm thiểu harmonics;
Bù cho điện dung phân bố trong các cáp dài và hạn chế dòng harmonics đầu ra;
Bảo vệ hiệu quả VFD, cải thiện hệ số công suất, chặn nhiễu từ phía lưới, và giảm ô nhiễm harmonics từ các đơn vị chỉnh lưu đến lưới.
5. Reactor đầu vào
Reactor đầu vào hạn chế sự giảm điện áp phía lưới trong quá trình chuyển mạch của bộ chuyển đổi, giảm thiểu harmonics, và giải ghép các nhóm bộ chuyển đổi song song. Nó cũng hạn chế sự tăng đột ngột của dòng điện do các biến động hoặc hoạt động chuyển mạch của lưới. Khi tỷ lệ giữa công suất ngắn mạch của lưới và công suất VFD vượt quá 33:1, sự giảm điện áp tương đối của reactor đầu vào nên là 2% cho hoạt động một góc và 4% cho hoạt động bốn góc. Reactor có thể hoạt động khi điện áp ngắn mạch của lưới vượt quá 6%. Đối với đơn vị chỉnh lưu 12 xung, cần có một reactor đầu vào phía đường dây với ít nhất 2% sự giảm điện áp. Reactor đầu vào được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động hóa công nghiệp và nhà máy. Được lắp đặt giữa lưới điện và VFD hoặc bộ điều chỉnh tốc độ, chúng hạn chế sự tăng đột ngột của điện áp và dòng điện do các thiết bị này tạo ra, giảm đáng kể các harmonics cấp cao và biến dạng trong hệ thống.
Đặc điểm của reactor đầu vào:
Phù hợp cho bù công suất phản kháng và lọc harmonics;
Hạn chế sự tăng đột ngột của dòng điện do các biến động điện áp của lưới và điện áp quá cao do chuyển mạch; lọc harmonics để giảm biến dạng sóng điện áp;
Làm mịn các đỉnh điện áp và các vết lõm chuyển mạch của cầu chỉnh lưu.
6. Reactor hạn chế dòng điện
Reactor hạn chế dòng điện thường được sử dụng trong các mạch phân phối. Chúng được kết nối chuỗi với các đường dây cấp nguồn từ cùng một thanh bus để hạn chế dòng điện ngắn mạch và duy trì sự ổn định của điện áp thanh bus trong các sự cố, ngăn chặn sự giảm điện áp quá mức.
7. Cuộn dây triệt hồ quang (Cuộn dây Petersen)
Được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tiếp đất cộng hưởng ở mức 10kV–63kV, cuộn dây triệt hồ quang ngày càng được thiết kế bằng nhựa đúc khô do xu hướng chuyển sang các trạm biến áp không dầu, đặc biệt là cho các hệ thống dưới 35kV.
8. Reactor giảm chấn (thường đồng nghĩa với reactor nối tiếp)
Kết nối chuỗi với các ngân hàng tụ điện hoặc tụ điện nhỏ gọn, reactor giảm chấn hạn chế dòng điện khởi động khi chuyển mạch tụ điện—tương tự như chức năng của reactor hạn chế dòng điện. Reactor lọc: Khi kết nối chuỗi với tụ điện lọc, chúng tạo thành mạch lọc cộng hưởng, thường được sử dụng cho việc lọc harmonics từ thứ 3 đến thứ 17 hoặc lọc thông cao cấp cao hơn. Các trạm chuyển đổi HVDC, các bộ bù công suất tĩnh điều khiển pha, các bộ chỉnh lưu lớn, các tuyến đường sắt điện hóa, và các mạch điện tử dựa trên thyristor công suất lớn đều là nguồn cung cấp dòng harmonics, phải được lọc để ngăn chặn sự tiêm nhiễm harmonics vào lưới. Các công ty điện lực có quy định cụ thể về mức harmonics trong hệ thống điện.
9. Reactor làm phẳng (Reactor liên kết DC)
Reactor làm phẳng được sử dụng trong mạch DC sau quá trình chỉnh lưu. Do các mạch chỉnh lưu tạo ra một số lượng hữu hạn xung, điện áp DC đầu ra chứa sóng gợn, điều này thường gây hại và phải được kìm hãm bởi một reactor làm phẳng. Các trạm chuyển đổi HVDC được trang bị reactor làm phẳng để làm cho điện áp DC đầu ra gần như lý tưởng nhất có thể. Reactor làm phẳng cũng rất cần thiết trong các bộ truyền động DC điều khiển bằng thyristor. Trong các mạch chỉnh lưu, đặc biệt là nguồn điện trung tần, các chức năng chính bao gồm:
Hạn chế dòng điện ngắn mạch (trong quá trình chuyển mạch của thyristor inverter, sự dẫn điện đồng thời tương đương với một sự ngắn mạch trực tiếp tại đầu ra của cầu chỉnh lưu); nếu không có reactor, điều này sẽ gây ra sự ngắn mạch trực tiếp;
Giảm thiểu ảnh hưởng của các thành phần trung tần đối với lưới điện;
Hiệu ứng lọc—dòng điện đã chỉnh lưu chứa các thành phần AC; AC tần số cao bị cản trở bởi độ tự cảm lớn—đảm bảo dạng sóng dòng điện đầu ra liên tục. Dòng điện không liên tục (với các khoảng thời gian không có dòng điện) sẽ khiến cầu inverter dừng lại, dẫn đến tình trạng mở mạch tại cầu chỉnh lưu;
Trong các mạch inverter song song, công suất phản kháng được trao đổi ở đầu vào; do đó, các yếu tố lưu trữ năng lượng—reactor—là rất cần thiết trong mạch đầu vào.
Lưu ý quan trọng
Các reactor trong lưới điện được sử dụng để hấp thụ công suất phản kháng dung do các đường dây cáp tạo ra. Bằng cách điều chỉnh số lượng reactor song song, có thể điều chỉnh điện áp vận hành của hệ thống. Các reactor song song siêu cao áp phục vụ nhiều chức năng liên quan đến quản lý công suất phản kháng trong hệ thống điện, bao gồm:
Giảm thiểu hiệu ứng dung trên các đường dây truyền tải có tải nhẹ hoặc không tải, giảm thiểu các điện áp quá cao tạm thời ở tần số công suất;
Cải thiện sự phân phối điện áp dọc theo các đường dây truyền tải dài;
Cân bằng công suất phản kháng cục bộ trong các điều kiện tải nhẹ, ngăn chặn sự luân chuyển công suất phản kháng không hợp lý và giảm tổn thất công suất trên đường dây;
Giảm điện áp ổn định tần số công suất trên thanh bus điện áp cao khi các máy phát điện lớn được đồng bộ hóa với lưới, giúp dễ dàng đồng bộ hóa máy phát;
Ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng tự kích thích có thể xảy ra khi các máy phát được kết nối với các đường dây truyền tải dài;
Khi trung tính của reactor được nối đất qua một reactor nhỏ, reactor nhỏ có thể bù cho điện dung giữa các pha và giữa pha với đất, đẩy nhanh sự tự tắt của dòng dư và cho phép đóng tự động một cực.
Các reactor được kết nối hoặc theo chuỗi hoặc theo song song. Reactor nối tiếp thường được sử dụng để hạn chế dòng điện, trong khi reactor song song thường được sử dụng để bù công suất phản kháng.
Reactor song song: Trong các hệ thống truyền tải siêu cao áp đường dài, chúng được kết nối với cuộn dây thứ ba của các biến áp để bù cho dòng điện sạc dung của các đường dây truyền tải, hạn chế sự tăng điện áp và điện áp quá cao do chuyển mạch, và đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của hệ thống.
Reactor nối tiếp: Được lắp đặt trong các mạch tụ điện, chúng được sử dụng khi ngân hàng tụ điện được cấp điện.
