3.3.5. Гидроагрегаты, работающие в режиме синхронного компенсатора
должны быть готовы к немедленному автоматическому переводу в генераторный режим.
При работе гидроагрегата в режиме синхронного компенсатора рабочее колесо турбины должно быть освобождено от воды.
Система охлаждения лабиринтных уплотнений радиально-осевых рабочих колес должна обеспечивать работу без повышения их температуры.
На гидроэлектростанциях, имеющих предтурбинные затворы, при переводе гидроагрегата в режим синхронного компенсатора предтурбинный затвор должен быть закрыт.
Поддержание уровня воды под рабочим колесом, подкачка сжатого воздуха должны производиться автоматически.
При работе гидроагрегата в режиме синхронного компенсатора направляющий аппарат закрыт, доступ воды к гидротурбине прекращен, генератор включен в сеть и вращается как двигатель при наличии реактивного тока в обмотке статора, опережающего напряжение статора или отстающего от него по фазе. Потребляемая при этом генератором мощность расходуется на преодоление механических и вентиляционных потерь и в значительной степени зависит от условий вращения рабочего колеса гидротурбины. При освобожденном от воды рабочем колесе (в случае положительной высоты отсасывания или в результате специального отжатая воды от рабочего колеса) потребляемая мощность составляет 2-4% номинальной мощности гидрогенератора, а при затопленном рабочем колесе потребляемая мощность увеличивается до 15-20% номинальной.
Необходимость работы гидроагрегатов в режиме синхронного компенсатора возникает при недостатке в энергосистеме реактивной мощности и избытке ее, вызванном наличием больших емкостных токов в период малых активных нагрузок, подключенных к шинам ГЭС протяженных линий электропередачи.
Гидрогенератор при недостатке реактивной мощности в системе работает как перевозбужденный синхронный электродвигатель, получает реактивный ток, емкостный по отношению к сети, тем самым улучшая коэффициент мощности (cos φ) сети, а при избытке реактивной мощности — как недовозбужденный синхронный электродвигатель, выдавая индуктивный ток, компенсирующий емкостный ток в сети.
Предельная реактивная мощность в режимах перевозбуждения или недовозбуждения гидрогенератора при работе в режиме синхронного компенсатора ограничивается допустимыми повышениями температуры обмотки ротора и лобовых частей обмотки статора и устанавливается на основании технических условий завода-изготовителя или данных натурных тепловых испытаний генератора.
Перевод в режим синхронного компенсатора вертикальных гидроагрегатов с осевыми поворотно-лопастными, радиально-осевыми и диагональными гидротурбинами, работающими с отрицательными высотами отсасывания, осуществляется следующим образом. Гидроагрегат разгружается по активной мощности до положения холостого хода, направляющий аппарат полностью закрывается, генератор остается включенным в сеть. В момент полного закрытия направляющего аппарата открывается клапан впуска сжатого воздуха в целях срыва вакуума в зоне рабочего колеса турбины и освобождения его от воды. Сжатый воздух подается в отсасывающую трубу до полного отжатия воды от рабочего колеса с некоторым запасом, исключающим захват воды нижними кромками лопастей и обеспечивающим определенную продолжительность работы гидроагрегата без впуска воздуха к рабочему колесу. Уровень отжатия воды от рабочего колеса рекомендуется устанавливать:
—для радиально-осевых гидротурбин — на 1 м ниже нижнего обода рабочего колеса;
—для поворотно-лопастных гидротурбин с четырьмя лопастями — на 1 м ниже, а с восемью лопастями — на 2,5 м ниже выходных кромок лопастей при полном их развороте.
После отжатия воды генератор загружается реактивной нагрузкой. Давление сжатого воздуха, используемого для отжатия воды от рабочих колес гидротурбин, при переводе гидроагрегата в режим синхронного компенсатора составляет 7 — 8 кгс/см2 для систем низкого давления или 36 — 40 кгс/см2 для систем высокого давления.
Время отжатия воды от рабочего колеса при правильно запроектированной и налаженной пневматической системе и нормальных протечках воды через закрытый направляющий аппарат не должно превышать 1 мин от момента подачи импульса на перевод гидроагрегата в режим синхронного компенсатора.
Последовательность перевода капсульного гидроагрегата в режим синхронного компенсатора аналогична описанной выше с той лишь разницей, что воздух в камеру рабочего колеса не подается, а лопасти свертываются на предельно возможный угол. Перевод гидроагрегатов с ковшовыми гидротурбинами в режим синхронного компенсатора производится после разгрузки по активной мощности закрытием игл направляющих сопл. Отжатие воды при этом не требуется, так как ковшовые гидротурбины располагаются выше уровня нижнего бьефа.
Перевод гидроагрегатов в режим синхронного компенсатора осуществляется дистанционно или автоматически. Операции по поддержанию давления воздуха в зоне рабочего колеса, обеспечивающего необходимый уровень воды в отсасывающей трубе при работе гидроагрегата в режиме синхронного компенсатора, выполняется автоматически.
Перевод гидроагрегата из режима синхронного компенсатора в генераторный также производится либо дистанционно с главного пульта управления, либо автоматически — при аварийном понижении частоты в энергосистеме и работе схемы частотного пуска гидроагрегатов. Необходимость полной готовности гидроагрегата к переводу из режима синхронного компенсатора в генераторный диктуется требованиями быстрого ввода резерва мощности при аварийных ситуациях в энергосистеме, сопровождающихся понижением частоты. Этим требованиям наилучшим образом удовлетворяет такой процесс набора нагрузки гидроагрегатом, переводимым из режима синхронного компенсатора в генераторный, при котором время полного набора нагрузки определяется лишь скоростью открытия направляющего аппарата и может доходить до 15 — 20 с.
Система по переводу гидроагрегатов в режим синхронного компенсатора должна работать с оптимальными параметрами воздушной системы.