مناقشة التوصيل على التوازي والتوالي للمكثفات والمفاعلات في النظام

تشاو تشي تاو

الملخص:

في الحالة المثالية، لا تستهلك المفاعلات والمكثفات إلا القدرة غير الفعّالة ولا تستهلك القدرة الفعّالة ، وعند توصيلها بمصدر الطاقة تشارك فقط في تبادل الطاقة دون استهلاكها. يمكن استخدام المفاعل لخفض الجهد في التيار المتردد وتحديد التيار؛ كما يمكن أن يشكل الحث والسعة دائرة رنين تُستخدم لاختيار التردد، وتشكيل المرشحات، والموازنات وغيرها من الشبكات؛ ويُستخدم المكثف في المحركات أحادية الطور لإزاحة الطور، مما يسمح بتوليد عزم دوران في المحرك أحادي الطور؛ كما يُستخدم في شبكات الكهرباء لتحسين معامل القدرة.

الكلمات المفتاحية: مكثف؛ مفاعل؛ خفض الجهد؛ معامل القدرة.

إن استخدام المفاعل على التوالي في دائرة تعويض المكثف يمكن أن يحسن بشكل فعال معامل القدرة في نظام الطاقة، ويكبح تيارات الاندفاع الناتجة عن التشغيل أو الفصل لمجموعة المكثفات، وكذلك التوافقيات العالية في الشبكة الكهربائية. كما يمكنه تحسين مشكلة التحميل الزائد الناتجة عن التوافقيات، وخفض زيادة الجهد الزائد أثناء التشغيل، وضمان أمان مجموعة المكثفات أثناء العمل، وتحسين شكل موجة الجهد في الشبكة، مما يرفع من جودة الإمداد بالطاقة ويعزز أمان واستقرار الشبكة أثناء التشغيل.

1. التعويض بالمكثف على التوالي

يشير التعويض على التوالي إلى توصيل المكثف مباشرة على التوالي مع خط الجهد العالي، وبذلك يتم تحسين معلمات خط النقل لتجنب فقدان الجهد المفرط، وزيادة فعالية نقل الطاقة، وتقليل فقدان الخط. ويُستخدم هذا الأسلوب بشكل أساسي في خطوط النقل عالية الجهد والبعيدة المسافة، ونادراً ما يُستخدم في وحدات الاستهلاك. تم استخدام هذا النوع من التعويض أولاً في الخارج، بينما كان بدء تطبيقه في الصين متأخراً نسبياً، حيث تم استخدام أول جهاز تعويض بالمكثف على التوالي في محطة سان باو بمدينة شوشو.

في خطوط النقل الطويلة، تكون قيمة الحث أكبر من قيمة المقاومة، واستخدام المكثف على التوالي يمكن أن يعاكس تأثير الحث في الخط، وهو ما يعادل تقصير طول الخط فعلياً، مما يسمح بالتعويض الفعّال للقدرة غير الفعّالة، وتحسين استقرار وأمان نظام الطاقة.

يمكن للمكثف على التوالي أن يقلل بشكل فعّال من طول خط النقل عالي الجهد، في حين أن المكثف على التوازي يزيد طوله المكافئ. ومن خلال إعادة استخدام هذا المبدأ في محاكاة طول خطوط النقل، يمكن التوصل إلى أن الخطوط الأقصر تتمتع باستقرار أفضل وقدرة نقل أكبر. إذا كان طول خط النقل طويلاً جداً، يمكن وفقاً للحالة العملية استخدام المكثف على التوالي لتحسين استقرار الخط.

فوائد التعويض بالمكثف على التوالي:

رفع الجهد في نهاية الخط: يُستخدم التعويض لتحسين الجهد في نهاية خط النقل، وتقليل انخفاض الجهد. وعادة يمكن رفع جهد نهاية الخط بنسبة 10% إلى 20%.

زيادة قدرة نقل الطاقة في الخط: حيث يقل انخفاض الجهد وفقدان القدرة عند إضافة مكثف على التوالي، مما يرفع قدرة نقل الخط بشكل كبير.

تحسين توزيع القدرة في الشبكة: في الشبكات المغلقة، يمكن لتوصيل المكثف على التوالي في أجزاء معينة أن يغير المفاعلة الكهربائية بشكل يوجّه تدفق التيار، ويضمن توزيعاً متوازناً للقدرة.

تحسين الاستقرار الساكن للنظام: عند حدوث عطل يؤدي إلى فصل جزء من الخط، تزيد المفاعلة المكافئة للنظام بسرعة. يمكن من خلال التعويض الإجباري بالمكثفات على التوالي تعديل عددها في وقت قصير لزيادة السعة مؤقتاً، وخفض المفاعلة المكافئة، مما يرفع القدرة القصوى للنقل ويحافظ على استقرار وأمان النظام.

يُنصح باستخدام المكثفات على التوازي للخطوط التي لا يتجاوز طولها 52.08 كم، أما إذا تجاوز الطول ذلك، فيجب اختيار التعويض بالمكثفات على التوالي.

2. التعويض بالمكثف على التوازي

عند توصيل المكثف على التوازي مع قضيب التوزيع في النظام، يمكن تحقيق تأثير مشابه، حيث يقوم المكثف على التوازي بامتصاص القدرة غير الفعّالة السعوية للنظام، أي أن المكثف على التوازي يزوّد النظام بقدرة غير فعّالة حثّية . هذا يؤدي إلى تحسين معامل القدرة في النظام ورفع مستوى الجهد عند طرف القضيب.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذا الأسلوب أن يقلل بشكل فعّال من نقل القدرة غير الفعّالة الحثّية في النظام، ويزيد القدرة الفعّالة، ويرفع معامل القدرة. هذه العملية هي مبدأ رفع الجهد عند قضيب التوزيع من خلال التعويض بالمكثف على التوازي، حيث يتم تقليل إخراج القدرة غير الفعّالة الحثّية للخط، ورفع الجهد، وتقليل فقدان الخط. على سبيل المثال، فإن محطة التحويل بجهد 10 ك.ف في شركة شنشي إنرجي تشاو شي بان للطاقة الحرارية الكهربائية استخدمت هذا الأسلوب لتعويض القدرة غير الفعّالة الحثّية.

جوهر التعويض على التوازي هو توصيل معدات التعويض بالمكثف على التوازي في نفس الدائرة لرفع معامل القدرة. هناك ثلاث طرق شائعة للتعويض:

التعويض المركزي: استخدام مجموعة مكثفات مركزة يتم تركيبها على قضيب محطة التحويل لرفع معامل القدرة في المحطة وتقليل فقدان القدرة غير الفعّالة في خطوط الجهد العالي.

التعويض الموزع: تركيب المكثفات على قضيب التوزيع أو على قضبان الجهد العالي أو الجهد المنخفض، مما يحسن فعالية التعويض.

التعويض الموضعي: تركيب المكثفات أو مجموعات المكثفات بالقرب من المحركات غير المتزامنة أو الأحمال الحثّية، لرفع معامل القدرة في الدائرة، وتحسين جودة الجهد للأجهزة، ويصلح هذا الأسلوب للأجهزة ذات السعة الصغيرة.

3. المفاعل على التوازي

في خطوط النقل الفائقة الجهد لمسافات طويلة، ينتج عن التشغيل في حالة الحمل الخفيف أو عدم التحميل قدرة شحن كهربائية كبيرة. وعادة تزداد قدرة الشحن مع ارتفاع الجهد، وإذا كانت هذه القدرة كبيرة جداً فإنها تتسبب في ارتفاع الجهد الترددي وتؤثر على قدرة الخط وفقدان الطاقة، كما قد تؤدي إلى ظاهرة الإثارة الذاتية .

إن استخدام المفاعل على التوازي يمكن أن يعوض قدرة الشحن بشكل فعّال، حيث أن خطوط الجهد الفائق لها تأثير سعوي كبير بالنسبة إلى الأرض. وعندما يكون التيار صغيراً، فإن الجهد في الخط يرتفع تحت تأثير السعة. لذلك، يجب تركيب مفاعل على التوازي في الخط لجعل المفاعل يولد تأثيراً حثّياً يعاكس تأثير السعة في الخط، وبالتالي خفض الجهد.

4. المفاعل على التوالي

التعويض الفعّال للقدرة غير الفعّالة: عند زيادة نسبة القدرة الفعّالة في الشبكة، يتم تحسين معامل القدرة.

تقليل السعة التصميمية لمعدات التوليد والتوزيع: من خلال التحكم العقلاني في الاستثمار. على سبيل المثال، عند رفع معامل القدرة من 0.8 إلى 0.95، يمكن لمكثف بقدرة 1 ك.ف أن يوفر ما يعادل 0.52 ك.ف من السعة التصميمية للمعدات. ومن منظور المعدات الحالية، يعادل ذلك زيادة سعة معدات التوليد والتوزيع. في المشاريع الجديدة أو مشاريع إعادة التأهيل، يجب أخذ السيطرة الفعّالة على استثمار السعة التصميمية في الاعتبار.

تقليل فقدان الخطوط: معامل القدرة بعد التعويض أكبر من معامل القدرة قبل التعويض، لذلك عند رفع معامل القدرة، ينخفض فقدان الخط بشكل واضح، وتزداد نسبة نقل القدرة الفعّالة في الشبكة، مما يقلل الفقدان في النظام ويحسن الكفاءة الاقتصادية لمعدات الإمداد بالطاقة.

5. مثال هندسي

وفقاً للخبرة السابقة، في مشروع خط تحويل، تم خلال تصميم نظام التعويض التلقائي للقدرة غير الفعّالة حساب السعة الفعلية اللازمة للتعويض في المحطة، فكانت 1,800 ك.ف (300 ك.ف + 600 ك.ف + 900 ك.ف)، إضافة إلى الحاجة لمفاعل بنسبة 6% لامتصاص التوافقيات من الدرجة الخامسة فما فوق.

تم حساب السعة الفعلية اللازمة للتركيب، وتحديد المعلمات الفعلية لمعدات المحطة:

المحول الرئيسي: S11-20000/110/10.5

الجهد المقنن للنظام: 10.5 ك.ف

أقصى جهد تشغيل: 12 ك.ف

اختيار المكثف: جهد مقنن 12/3 ك.ف، مكثف أحادي الطور.

مخطط نظام التعويض مبين في الشكل (1).

إذا كانت الحاجة الفعلية للتعويض هي 1,800 ك.ف، فإن الحسابات النظرية توضح أن المكثفات يجب أن تكون 2,210 ك.ف. نظراً لاختلاف السعة الفردية للمكثف بين الشركات، فإن السعة الفعلية المركبة تختلف عن النظرية بنسبة تقريبية 1.3 ~ 1.5.

جدول 1: اختيار مكثفات هرتز الألمانية

الاسم الطراز الكمية / وحدة السعة الاسمية (ك.ف)

مكثف على التوازي SKE-5-069-150 3 3×150

مكثف على التوازي SKE-5-069-250 3 3×250

مكثف على التوازي SKE-5-069-400 3 3×400

المجموع — 9 2,400

ملاحظة: E — مكثف أحادي الطور؛ 5 — تردد 50 هرتز؛ 069 — جهد مقنن 12 ك.ف.

جدول 2: اختيار مكثفات بكين يينغبو

الاسم الطراز الكمية / وحدة السعة الاسمية (ك.ف)

مكثف على التوازي UHPC6.93-150-1P 3 3×150

مكثف على التوازي UHPC6.93-250-1P 3 3×250

مكثف على التوازي UHPC6.93-200-1P 6 6×200

المجموع — 12 2,400

ملاحظة: 6.93 — الجهد المقنن للمكثف 12 ك.ف.

6. الخاتمة

لكل من التوصيل على التوالي والتوازي للمكثفات والمفاعلات وظائفه ومزاياه الخاصة. سواء كان مفاعلاً أو مكثفاً، فإن التوصيل على التوالي يهدف إلى إلغاء القدرة غير الفعّالة من الأساس، بينما التوصيل على التوازي يهدف إلى تعديل القدرة غير الفعّالة على الخط من جانب المعدات.

————————————————————————————————————————————

شركة "هنغ رونغ إلكتريك" ملتزمة بالبحث والتطوير والتصنيع وبيع المكثفات ومعداتها الداعمة، وأجهزة تعويض القدرة غير الفعّالة الكاملة ذات الجهد العالي والمنخفض، بالإضافة إلى مختلف المكوّنات والأدوات الإلكترونية الكهربائية. كما تقدم الشركة خدمات فنية، وتطويراً فنياً، واستشارات فنية، وتبادل الخبرات التقنية للمنتجات الكهربائية.

Hengrong Electric Co., Ltd.​

www.hengrong-electric.com