Kakšne so razlike med zaporednimi reaktorji in vzporednimi reaktorji?

Kakšne so razlike med zaporednimi reaktorji in vzporednimi reaktorji?

Reaktor v električnem omrežju je v bistvu induktor – tuljava iz vodnika, navita okoli magnetnega jedra ali zraka – ki se upira spremembam tokov. Vendar kje je ta reaktor povezan v vezju, določa vse o njegovi funkciji, dimenzioniranju in zahtevah za zaščito. Serijski in vzporedni reaktorji delujejo na istem osnovnem elektromagnetnem načelu, vendar imajo nasprotni vlogi pri stabilnosti omrežja.

Topologija povezave: temeljna razlika

Serijski reaktor je povezan v vrsto z zaščitenim opremo – običajno odklopnikom, odsekom avtobusa, kondenzatorsko baterijo ali prenosno linijo. Tok obremenitve neprekinjeno teče skozi reaktor. Impedanca reaktorja omejuje hitrost naraščanja toka med napako in zmanjšuje najvišji tok napake, ki ga mora prekiniti odklopnik v smeri navzdol. To omogoča uporabo odklopnikov z nižjimi prekinitvenimi zmogljivostmi, kar zmanjša kapitalske stroške podpostaje. Serijski reaktor z impedanco 6 % na prihranku 10 MVA in 11 kV omejuje predvideni tok napake iz teoretičnih 40 kA na približno 25 kA.

Zaporedni reaktor je povezan vzporedno – od vodnika ali avtobusa do zemlje ali med fazami. Pri normalnih pogojih skozi reaktor ne teče tok brez obremenitve. Namesto tega zaporedni reaktor iz sistema črpa jalovo moč, s čimer kompenzira kapacitivno jalovo moč, ki jo proizvedejo dolgi prenosni vodi in podzemni kabli pri lahki obremenitvi. Brez zaporedne kompenzacije se napetost na sprejemnem koncu 500 kV voda pri lahki obremenitvi lahko dvigne na 1,15 enote ali več – kar presega meje koordinacije izolacije priključenih transformatorjev in stikalne opreme.

Oblikovanje jedra in obnašanje pri zasičenju

Serijski reaktorji se ne smejo nasititi pri tokovnih pogojih okvare, saj nasiten reaktor izgubi svojo funkcijo omejevanja toka ravno takrat, ko je ta funkcija najbolj potrebna. Serijski reaktorji z zračnim jedrom popolnoma odpravijo tveganje nasititve, saj ima zrak popolnoma linearno B-H krivuljo ne glede na velikost toka. Nadomestek je fizična velikost – serijski reaktor z zračnim jedrom, ki zagotavlja 6 % impedanco pri 11 kV, zasede približno trikrat več prostora kot enakovreden reaktor z železnim jedrom.

Serijski reaktorji z železnim jedrom in razmaknjenimi jedri zagotavljajo višjo induktivnost na enoto prostornine, vendar zahtevajo natančno konstruiranje zračnega razmika, da ostanejo linearni do nazivnega toka okvare. Razmak je izdelan iz nemagnetnega materiala – običajno steklovlakna, impregnirana z epoksidno smolo – in njegova debelina je izračunana tako, da maksimalna gostota magnetnega pretoka ostane pod 1,6 tesla pri največjem asimetričnem toku okvare, ki lahko doseže 2,5-kratno vrednost simetričnega RMS toka okvare.

Shuntne reaktorje običajno izdelajo z železnim jedrom in zračnim razmikom, ker delujejo neprekinjeno pri nazivni napetosti in zahteva po linearnosti ni tako stroga. Zračni razmik stabilizira induktivnost glede na spremembe napetosti in prepreči naselitve med prehodnimi prenapetostmi, ki jih shuntni reaktorji zmanjšujejo.

Zahtevane ravni zaščite

Zaporedni reaktorji za zaznavo notranjih napak med navoji potrebujejo diferencialno zaščito – kratek stik v navoju, ki izključi nekaj navojev, spremeni impedanco reaktorja za manj kot odstotek, kar nadtokovne varovalke ne morejo zaznati. Diferencialna shema primerja tok na obeh priključkih reaktorja; vsaka razlika, ki preseže nastavljeno mejo, sproži izklop ustrezne odklopnice.

Za shuntne reaktorje na prenosnih sistemih je potrebna zaščita pred prenapetostjo in pogosto vključujejo tudi nevtralni reaktor za enofazno ponovno zapiranje na linijah s shuntno kompenzacijo. Buchholzovi releji zaznajo notranje nabiranje plina zaradi razgradnje izolacije – to je standardna prva obrambna linija za oljno izolirane shuntne reaktorje. Suhi shuntni reaktorji na distribucijskih napetostih uporabljajo toplotno zaščito pred preobremenitvijo, ki temelji na simulaciji temperature navitja iz izmerjenega toka.

Kriteriji za izbiro uporabe

Izbira serije reaktorja pomeni določitev nazivnega toka (neprekinjenega obremenitvenega toka), odstotka impedance (cilja za omejitev sklenitvenega toka) in nazivnega toka za kratkotrajno toplotno obremenitev (običajno 1 sekundo ali 3 sekunde pri omejenem sklenitvenem toku). Reaktor mora zdržati tako toplotne kot mehanske sile blizu sklenitve brez deformacije.

Izbira razdelilnega reaktorja pomeni določitev nazivne napetosti, nazivne jalove moči v MVAr in vrste priklopa – zvezdno vezava z utemnjeno srednjo točko za prenosne aplikacije ali trikotno vezavo za kompenzacijo sekundarne navitja na velikih močnostnih transformatorjih. Nazivna jalova moč v MVAr se izračuna iz kapacitivnega polnjenja linije pri ciljni stopnji kompenzacije, običajno 60–80 % za stalno priključene reaktorje in 100 % za preklopljive enote.

Primer: Integracija vetrske elektrarne zahteva oba tipa reaktorjev

Vetrna elektrarna z močjo 150 MW v oddaljenem območju, ki je povezana z omrežjem prek 45-kilometrskega nadzemnega vodnika 220 kV, je soočena z dvema hkratnima izzivi: visok tok kratkega stika na točki priključitve, ki je presegel nazivne vrednosti kratkega stika transformatorja za dvig napetosti vetrnih turbin, ter naraščanje napetosti, ki je preseglo 1,10 enote med pogoji nizke hitrosti vetra in nizke obremenitve zaradi kapacitivnega polnilnega toka vodnika. Inženirski tim je določil zaporedni reaktor na povezovalnem avtobusu zbiralne podpostaje za omejitev toka kratkega stika ter shunt reaktor 20 MVAr na točki skupne priključitve za absorbiranje kapacitivne jalove moči. Kombinirana namestitev reaktorjev, ki jo je dobavil integrirani proizvajalec električne opreme, je rešila oba omejitvena pogoja znotraj enega projektnega cikla.

Pogosta vprašanja

Ali lahko reaktor opravlja funkcije tako zaporedno kot shunt?

Ne. Fizikalna zasnova, usklajevanje izolacije in zahtevki za zaščito so temeljno različni. En sam reaktor, povezan na en ali drug način, opravlja le eno funkcijo. Namestitve, ki zahtevajo obe funkciji, potrebujejo dve ločeni reaktorski enoti.

Kaj se zgodi, če se zaporedni reaktor nasiti med okvaro?

Reaktor izgubi svojo impedanco za omejevanje toka, kar omogoča, da tok okvare naraste do predvidenega nivoja. Odklopnik v nadaljnjem delu vezja, dimenzioniran z domnevo, da reaktor omejuje tok, morda ne bo uspel prekiniti okvare. Zato je preprečevanje nasititve glavno konstrukcijsko omejitev za zaporedne reaktorje.

Kako se vzporedni reaktor vklopi in izklopi?

Reaktorji za izravnavo na ravni prenosnega sistema se vklopijo prek posebnih odklopnih stikal ali preklopnih stikal. Prehodno napetostno obremenitev pri vklopu je izjemno visoka, saj induktivni tok reaktorja zaostaja za napetostjo za približno 90 stopinj, kar otežuje prekinitev toka pri naravnih ničlih. Sinhroni krmilniki za vklop zmanjšajo to obremenitev.

Kakšno vzdrževanje zahtevajo reaktorji?

Suhi zračni reaktorji zahtevajo minimalno vzdrževanje – letni vizualni pregled površine za sledove električnega preboja ali umazanijo ter termografsko skeniranje priključnih točk. Reaktorji v olju zahtevajo letno analizo raztopljenih plinov in dielektrično preskušanje olja vsakih 2–3 let, podobno kot močnostni transformatorji.

Kako se določi impedanca reaktorja?

Kot odstotek osnovne impedance sistema pri nazivni napetosti in MVA. Reaktor z 6 % na osnovi 10 MVA in 11 kV proizvede približno 0,73 oma reaktance. Višji odstotki omogočajo večjo omejitev izhodnega toka pri okvari, hkrati pa povečajo tudi stalni padec napetosti.

Kje lahko obe vrsti reaktorjev pridobimo od enega samega dobavitelja?

Integrirani proizvajalci električne opreme, kot je Liaoning Sinotech Group, ki dobavljajo popolne pakete za transformatorske postaje – od transformatorjev prek stikalne opreme do kompenzacijske opreme –, ponujajo tako serijske kot vzporedne reaktorje iz enega samega inženirskega tima, kar poenostavlja koordinacijo specifikacij in podporo po prodaji.