Компенсация реактивной мощности и конденсаторы: основные элементы обеспечения устойчивости сети и стратегии реагирования на неисправности

Компенсация реактивной мощности и конденсаторы всегда играли важную роль в работе энергосистем. В связи с непрерывным ростом спроса общества на электроэнергию качество электроснабжения напрямую влияет на экономику и безопасность электрооборудования. Компенсация реактивной мощности, которая регулирует коэффициент мощности за счет использования конденсаторов, стала одним из основных средств оптимизации работы сети. Однако конденсаторы подвержены отказам из-за различных факторов в процессе длительной эксплуатации. Если эти отказы не будут устранены своевременно, они серьезно поставят под угрозу устойчивость сети. В данной статье подробно проанализирована необходимость компенсации реактивной мощности, рассмотрены распространенные неисправности конденсаторов и предложены целевые профилактические меры, которые помогут предприятиям повысить надежность своих энергосистем.

I. Необходимость компенсации реактивной мощности: почему конденсаторы «незаменимы» для электросетей

сновная функция компенсации реактивной мощности — компенсация реактивной мощности посредством конденсаторов и повышение коэффициента мощности сети, что критически важно для её эффективной работы. Слишком низкий коэффициент мощности приводит к многочисленным негативным последствиям для электроснабжающего оборудования. Стабильная работа конденсаторов, являясь основным компонентом компенсации реактивной мощности, напрямую определяет эффективность компенсации реактивной мощности.

С точки зрения потерь мощности, согласно формуле потерь мощности для трехфазного электрооборудования \(P = \left(P^{2} R × 10^{-3}\right) / U e^{2} cos ^{2} \varphi(kW)\), чем ниже коэффициент мощности \(cos\varphi\), тем больше потери мощности в линии. В это время устройство компенсации реактивной мощности, состоящее из высококачественных конденсаторов, может эффективно повысить коэффициент мощности и сократить потери энергии. С точки зрения стабильности напряжения формула потерь напряжения в трехфазной цепи переменного тока \(U_{x}=\left(P_{R}+Q_{X}\right) / U_{e}(V)\) показывает, что увеличение реактивной мощности Q приведет к более сильному отклонению напряжения и снижению качества электроснабжения. Конденсаторы в системе компенсации реактивной мощности могут точно регулировать реактивную мощность, поддерживать стабильность напряжения и предотвращать повреждение электрооборудования из-за колебаний напряжения.

Кроме того, чрезмерно низкий коэффициент мощности снижает активную выходную мощность электроснабжающего оборудования, что косвенно увеличивает расходы на электроэнергию. Таким образом, компенсация реактивной мощности, осуществляемая с помощью конденсаторов, является не только «линией обороны» для обеспечения безопасности сети, но и ключом к снижению расходов на электроэнергию на предприятии и повышению эффективности её использования, что делает её неотъемлемой частью современных энергосистем.

II. Распространенные неисправности и причины выхода из строя конденсаторов в системах компенсации реактивной мощности

В процессе эксплуатации систем компенсации реактивной мощности конденсаторы подвержены различным неисправностям, обусловленным такими факторами, как их собственное качество, условия монтажа и условия окружающей среды. Эти неисправности влияют на эффективность компенсации реактивной мощности и могут даже привести к аварийным ситуациям.

(I) Неисправности параллельных конденсаторов: «невидимые скрытые опасности» компенсации реактивной мощности

Параллельные конденсаторы являются основными компонентами систем компенсации реактивной мощности и могут испытывать различные неисправности. Если у конденсатора плохая изоляция, он будет испытывать утечку и прерывистое возгорание, что приведет к снижению эффективности компенсации реактивной мощности. При разомкнутой цепи конденсатора, под воздействием самоиндуцированной ЭДС, индуцированная высоковольтная ЭДС вторичной обмотки уменьшается, что делает невозможным нормальное увеличение частоты вращения двигателя и напрямую мешает работе системы компенсации реактивной мощности. Короткое замыкание конденсатора чаще всего вызвано пробоем изоляции. После внутреннего короткого замыкания он не только повреждается сам, но и может повлиять на окружающее оборудование. Некоторые конденсаторы не имеют заземления из-за проблем с конструкцией антикоррозионного слоя их оболочки, что делает невозможным образование цепи в цепи низкого напряжения, что приводит к невозможности запуска двигателя и остановке компенсации реактивной мощности.

В то же время, неправильная установка номинальных значений конденсаторов и ненадлежащее качество продукции также являются важными причинами. Например, если номинал защиты от перепада давления внутреннего предохранителя конденсатора слишком высок, он теряет свою защитную функцию. Конденсаторы, производимые в небольших мастерских, часто имеют такие проблемы, как увлажнение изоляции и старение среды. При длительном рабочем напряжении возможны локальные разряды, приводящие к повреждению изоляции и, в конечном итоге, к выходу конденсатора из строя, что подрывает устойчивость системы компенсации реактивной мощности.

(II) Групповой взрыв отдельных предохранителей: «внезапные риски», угрожающие компенсации реактивной мощности

Предохранители являются ключевыми компонентами защиты конденсаторов в системах компенсации реактивной мощности, и их групповой взрыв может серьёзно повлиять на безопасность конденсаторов. Этот тип неисправности имеет очевидные характеристики: после группового взрыва предохранителей конденсаторов, установленных на открытом воздухе, защитная трубка имеет следы перегорания разряда, а защитная трубка и отвод предохранителя не отсоединены; групповые взрывы вероятны при использовании предохранителей в суровых погодных условиях или при наличии внутренних дефектов конденсаторов; при групповом взрыве большинство предохранителей не срабатывают, что чаще всего связано с отказом релейной защиты системы компенсации реактивной мощности.

При рассмотрении причин важным фактором являются конструктивные дефекты самих предохранителей. Например, после срабатывания струйного предохранителя защитная трубка выдерживает чрезмерно высокое напряжение; номинальный ток предохранителя не соответствует номиналу конденсатора. Отклонение номинального тока некоторых предохранителей в Китае превышает 20%, а слишком малый номинальный ток легко приводит к перегоранию; кроме того, ненадлежащее состояние переключателей предохранителей и гармонические помехи в сети также могут спровоцировать групповые взрывы, оставляя конденсаторы в системе компенсации реактивной мощности незащищенными и подверженными риску повреждения.

(III) Утечка и вздутие масла конденсатора: интуитивно видимые «сигналы неисправности»

Утечка масла — распространённая неисправность конденсаторов в системах компенсации реактивной мощности, вызванная, главным образом, ненадлежащим производством и несовершенством конструкции, что приводит к проблемам с герметизацией конденсаторов во время эксплуатации. Выдавливание и соударение деталей при транспортировке, а также некачественная сварка также могут привести к дефектам корпусов конденсаторов, что в конечном итоге приводит к утечке масла и влияет на герметичность и безопасность системы компенсации реактивной мощности.

Вздутие корпуса конденсатора – это деформация его оболочки. Под действием сильного электрического поля внутренняя среда конденсатора диссоциирует и разряжается на корпус, что, если не устранить проблему своевременно, может легко привести к взрыву конденсатора. Некачественные конденсаторы вызывают расширение оболочки при повышении температуры во время работы, а при недостаточной теплоотдаче конденсатора перегрев также приводит к вздутию, что серьёзно угрожает общей безопасности системы компенсации реактивной мощности.

III. Обеспечение безопасности компенсации реактивной мощности: профилактические и восстановительные меры при неисправностях конденсаторов

Для обеспечения стабильной работы систем компенсации реактивной мощности необходимо принимать целевые меры по предотвращению и устранению неисправностей, связанных с качеством конденсаторов, их установкой, эксплуатацией и техническим обслуживанием, чтобы в полной мере реализовать роль компенсации реактивной мощности.

(I) Строго контролируйте качество конденсаторов: создайте «базовую линию защиты» для компенсации реактивной мощности

Высококачественные конденсаторы являются необходимым условием для стабильности работы систем компенсации реактивной мощности. Предприятиям следует сотрудничать с производителями, обладающими высокой надежностью и хорошей репутацией. При закупке особое внимание следует уделять проверке изоляционных свойств и среднего качества конденсаторов, чтобы убедиться в их соответствии эксплуатационным требованиям системы компенсации реактивной мощности. Перед вводом конденсаторов в эксплуатацию необходимо провести комплексную пусконаладку и приемку для проверки таких показателей, как возможность регулирования коэффициента мощности и диапазон регулирования напряжения. Кроме того, качество вспомогательных компонентов, таких как предохранители и автоматические выключатели, должно строго контролироваться, чтобы исключить влияние неисправностей компонентов на работу конденсаторов и систем компенсации реактивной мощности.

(II) Научная установка и конфигурация: оптимизация «рабочей среды» для компенсации реактивной мощности

Рациональный монтаж – гарантия стабильной работы конденсаторов и ключ к повышению эффективности компенсации реактивной мощности. Что касается способа подключения конденсаторных батарей, то вместо традиционной схемы «звезда» или «треугольник» для высоковольтных конденсаторов можно использовать новый тип вторичной обмотки, что снижает риск возникновения неисправностей. Заземление нейтрали разрядных катушек категорически запрещено, а способ подключения следует выбирать в соответствии с проектными требованиями для обеспечения согласованности с устройством защиты конденсаторов.

Для последовательных реакторов значение реактивного сопротивления следует выбирать в соответствии с фоновыми гармоническими условиями электросети. Как правило, для гармоник с 1-й по 5-ю и выше можно использовать значение реактивного сопротивления 5%, чтобы избежать повреждения конденсаторов гармоническим загрязнением и предотвратить аварии типа «групповой взрыв». Монтажникам также необходимо проверить соответствие номинального тока конденсатора и предохранителя, чтобы обеспечить разумное соотношение, создавая тем самым защитный барьер для системы компенсации реактивной мощности от линии электропередачи.

(III) Улучшить ежедневную эксплуатацию и техническое обслуживание: соблюдать «нижний предел безопасности» компенсации реактивной мощности

Ежедневные проверки позволяют своевременно обнаружить скрытые опасности и обеспечить бесперебойную работу системы компенсации реактивной мощности. Эксплуатационному и техническому персоналу необходимо регулярно проверять чистоту корпуса конденсатора, наличие деформаций и утечек, а также целостность изоляционной поверхности; уделять особое внимание проверке герметичности и состояния контактов деталей, своевременно устранять ослабленные детали и проверять нормальное расширение и сжатие пружин защитного устройства; одновременно вести учет осмотров вспомогательного оборудования, такого как автоматические выключатели и фидеры, для полного понимания рабочего состояния системы компенсации реактивной мощности.

Операторы должны соблюдать правила техники безопасности и переключать конденсаторные батареи по принципу «сначала отключить, затем подключить; для каждой цепи сначала подключить, затем отключить»; после отключения автоматического выключателя необходимо подождать 3 минуты для полной разрядки, прежде чем проводить проверки; если устройство релейной защиты отключило конденсатор, то нельзя сразу заменять предохранитель и включать его до выяснения причины, чтобы избежать несчастных случаев.

(IV) Целенаправленное устранение неисправностей: устранение «внезапных кризисов» компенсации реактивной мощности

Для решения проблемы утечки масла из конденсаторов, помимо сотрудничества с производителями высококачественной продукции, необходимо размещать конденсаторы в вертикальном положении при транспортировке, а переноска вводов категорически запрещена; с ними следует обращаться осторожно. При обнаружении деформации корпуса конденсатора его следует немедленно заменить новым, чтобы предотвратить дальнейшее распространение дефекта. Если конденсатор издает «булькающий» звук, необходимо немедленно прекратить его работу во избежание взрыва; при перегреве конденсатора необходимо поддерживать температуру рабочей среды ниже 40 °C, а для предотвращения влияния перегрева на эффективность компенсации реактивной мощности можно использовать систему онлайн-мониторинга температуры в режиме реального времени.

Кроме того, регулярно проверяйте изоляционные характеристики конденсаторов с помощью изоляционного резистора, чтобы убедиться, что значение сопротивления находится в разумных пределах, минимизировать экономические потери и всесторонне гарантировать безопасную и стабильную работу конденсаторов в системе компенсации реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности и конденсаторы дополняют друг друга и совместно обеспечивают безопасность и эффективность энергосистемы. Предприятиям необходимо полностью осознавать необходимость компенсации реактивной мощности, уделять особое внимание профилактике и контролю неисправностей конденсаторов, а также посредством строгого контроля качества, научного монтажа и усовершенствования эксплуатации и технического обслуживания обеспечить бесперебойную работу системы компенсации реактивной мощности, гарантировать стабильную работу энергосистемы и способствовать эффективному использованию энергии и устойчивому развитию предприятий.

В Hengrong Electrical мы понимаем, насколько важна каждая деталь в управлении электропитанием. От передовой разработки продукции до инновационных решений в области фильтрации — мы стремимся предоставлять надёжные, эффективные и перспективные технологии. Выбирая Hengrong, вы получаете не просто продукцию, а надёжного партнёра, который поможет вашему бизнесу стать более интеллектуальным, безопасным и экологичным.

www.hengrong-electric.com