Chức năng và phân loại lò phản ứng

Lò phản ứng còn được gọi là cuộn cảm. Khi một dây dẫn được cấp điện, nó sẽ tạo ra một từ trường trong một không gian nhất định mà nó chiếm giữ. Do đó, tất cả các dây dẫn điện mang dòng điện đều có đặc tính cảm ứng chung. Tuy nhiên, một dây dẫn thẳng dài có điện cảm thấp và tạo ra từ trường yếu. Trong thực tế, lò phản ứng được tạo ra bằng cách cuộn dây thành một cuộn dây điện từ, được gọi là Lò phản ứng lõi-không khí; đôi khi một lõi sắt được đưa vào đế điện từ để tăng độ tự cảm, tạo thành Lò phản ứng lõi sắt.

 

Chức năng của lò phản ứng

1.Với việc mở rộng công suất lưới điện, công suất ngắn mạch-định mức của hệ thống tăng lên nhanh chóng. Ví dụ: ở phía điện áp thấp 35kV-của trạm biến áp 500kV, giá trị hiệu dụng tối đa của dòng điện ngắn mạch ba-đối xứng-pha đối xứng đạt tới 50kA. Để hạn chế dòng điện ngắn mạch trong đường dây truyền tải và bảo vệ thiết bị điện, bạn phải lắp đặt các lò phản ứng. Lò phản ứng giảm dòng điện ngắn mạch và giữ cho điện áp hệ thống ổn định trong thời gian ngắn mạch.

2.Lắp đặt Lò phản ứng giảm chấn (Lò phản ứng nối tiếp) trong mạch tụ điện sẽ ngăn chặn dòng điện khởi động khi mạch tụ điện được cấp điện. Nó cũng tạo thành một mạch điều hòa với dãy tụ điện để lọc ra các sóng hài khác nhau.

⑴.Ví dụ, trong mạch tụ điện của thiết bị bù công suất phản kháng 35kV tại trạm biến áp 500kV, cần có lò phản ứng giảm chấn để hạn chế dòng khởi động chuyển mạch tụ điện và triệt tiêu sóng hài hệ thống. Để triệt tiêu sóng hài bậc 3, người ta sử dụng điện áp định mức 35kV, điện cảm định mức 26,2mH, dòng điện định mức 350A khô-lõi không khí-lõi-giảm chấn ngoài trời một pha được sử dụng, tạo thành mạch cộng hưởng hài bậc 3 (bộ lọc) với tụ điện 2,52Mvar.

⑵.Tương tự, để triệt tiêu sóng hài bậc 5 trở lên, lò phản ứng giảm chấn ngoài trời một pha 35kV, 9,2mH, 382A- tạo thành mạch cộng hưởng cho sóng hài bậc 5 trở lên bằng tụ điện 2,52Mvar. Lưu ý rằng việc sử dụng và thông số kỹ thuật của lò phản ứng giảm chấn được quy định trong tiêu chuẩn quốc gia GB 10229-88 Lò phản ứng và tiêu chuẩn quốc tế IEC 289-88.

 

Vai trò của lò phản ứng trong thiết bị bù công suất phản kháng

Việc phát triển hệ thống điện 500kV, đường sắt điện khí hóa và các cơ sở sắt thép lớn đòi hỏi phải lắp đặtBộ bù Var tĩnh (SVC) trong các trạm biến áp trung tâm lớn.

SVC phản ứng nhanh với những thay đổi của tải (thời gian phản hồi điển hình là 0,02–0,04 giây) và cung cấp công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp trơn tru. Chúng ổn định điện áp lưới, bù hiệu quả hệ số công suất phản kháng của hệ thống, triệt tiêu dao động điện áp, duy trì cân bằng ba pha và dao động đồng bộ phụ giảm{4}}.

SVC được lắp đặt tại các trung tâm lưới điện cũng làm giảm quá điện áp nhất thời. Do đó, các lưới điện lớn yêu cầu các trạm biến áp cỡ lớn và trung bình{1}}lắp đặt các lò phản ứng để bù và cân bằng công suất phản kháng điện dung cục bộ nhằm đảm bảo vận hành an toàn.

Lò phản ứng là thành phần chính của thiết bị bù công suất phản kháng. Cuộn kháng song song cung cấp điện kháng cảm ứng để hấp thụ công suất phản kháng điện dung dư thừa, điều này rất cần thiết trong quá trình truyền tải giai đoạn đầu ở mức thấp và tải ánh sáng đêm khuya.

Trong những trường hợp này, tổn thất phản kháng trên đường dây truyền tải thấp; do hiệu ứng điện dung, công suất phản kháng được tạo ra vượt quá công suất phản kháng tiêu thụ, để lại công suất phản kháng điện dung dư thừa. Lò phản ứng Shunt phải hấp thụ lượng dư thừa này để duy trì cân bằng phản ứng và mức điện áp; mặt khác, quá điện áp gây nguy hiểm cho sự an toàn của hệ thống.

Để giảm số lượng thyristor và tiết kiệm đầu tư SVC, có xu hướng tối đa hóaTụ điện chuyển mạch Thyristor (TSC)và công suất lò phản ứng điều khiển bằng thyristor (TCR).

Một số SVC loại bỏ nhánh TSC và thay vào đó sử dụng dãy tụ điện cố định (FC).

Để duy trì khả năng điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng liên tục, trơn tru, tổng công suất của cuộn kháng shunt phải được tăng lên.

Vì vậy, việc sử dụng lò phản ứng tiếp tục phát triển. Các lò phản ứng giảm chấn nối tiếp với các mạch tụ điện cũng cung cấp khả năng bù công suất phản kháng bên cạnh việc hạn chế dòng điện khởi động và sóng hài.

 

Ứng dụng của cuộn cảm trong bộ biến tần

Chức năng của lò phản ứng đầu vào

Lò phản ứng đầu vàohạn chế dòng điện tăng vọt do dao động điện áp lưới và quá điện áp chuyển mạch, làm dịu các xung điện áp trong nguồn cung cấp và khắc phục các khuyết tật điện áp do chuyển mạch gây ra trong bộ chỉnh lưu cầu. Chúng bảo vệ bộ biến tần, cải thiện hệ số công suất, chặn nhiễu lưới và giảm ô nhiễm sóng hài từ các bộ chỉnh lưu.

Chức năng của lò phản ứng đầu ra

Lò phản ứng đầu rachủ yếu bù cho điện dung phân bổ trong cáp dài (50–200m), triệt tiêu dòng điện hài đầu ra, tăng trở kháng tần số cao đầu ra, hạn chế dv/dt một cách hiệu quả, giảm dòng rò tần số cao, bảo vệ bộ chuyển đổi và giảm tiếng ồn của thiết bị. Các tụ điện trong bù công suất dễ bị ảnh hưởng bởi điện áp và dòng điện hài, gây ra sự cố và suy giảm hệ số công suất nên cần phải xử lý hài hòa.

Chức năng của lò phản ứng DC

Cuộn kháng DC được kết nối giữa bộ chỉnh lưu DC và bộ biến tần của bộ điều khiển tần số thay đổi. Mục đích chính của chúng là hạn chế gợn sóng AC chồng lên dòng điện một chiều, duy trì dòng điện chỉnh lưu liên tục, giảm xung dòng điện, ổn định hoạt động của biến tần và cải thiện hệ số công suất của bộ chuyển đổi.

 

Các loại lò phản ứng

Lò phản ứng Shunt

Cuộn kháng dùng để thử nghiệm toàn tải máy phát điện là nguyên mẫu của cuộn kháng song song. Do lực hấp dẫn từ từ trường xen kẽ giữa các lõi phân đoạn, lò phản ứng loại lõi thường ồn hơn khoảng 10dB so với máy biến áp có công suất tương đương.

Cuộn kháng Shunt mang dòng điện xoay chiều và bù lại điện kháng của hệ thống. Chúng thường được nối nối tiếp với thyristor để điều chỉnh dòng điện kháng liên tục. Chúng giảm thiểu tình trạng quá điện áp tần số nguồn do các hiệu ứng điện dung đường dây trong điều kiện không tải hoặc tải nhẹ, cải thiện việc phân phối điện áp và công suất phản kháng, giảm tổn thất đường dây, giảm dòng hồ quang thứ cấp, đẩy nhanh quá trình dập tắt hồ quang thứ cấp, cải thiện tỷ lệ thành công tự động đóng lại và được sử dụng rộng rãi trong truyền tải và phân phối điện đường dài.

Lò phản ứng loạt

Cuộn kháng nối tiếp mang dòng điện xoay chiều và được mắc nối tiếp với các tụ điện bù để tạo ra sự cộng hưởng nối tiếp cho các sóng hài ở trạng thái ổn định (thứ 5, 7, 11, 13). Chúng thường là các lò phản ứng 5–6% có độ tự cảm cao.

Lò phản ứng nối tiếp là thiết bị hỗ trợ thiết yếu cho việc bù công suất phản kháng của hệ thống điện. Khi kết hợp với tụ điện, chúng có thể triệt tiêu sóng hài lưới một cách hiệu quả, hạn chế dòng điện khởi động và quá áp khi vận hành, cải thiện dạng sóng điện áp, nâng cao hệ số công suất và tăng cường đáng kể hoạt động an toàn của tụ điện và các thiết bị điện khác.

Lò phản ứng điều chỉnh

Lò phản ứng điều chỉnhmang dòng điện xoay chiều và được nối nối tiếp với các tụ điện để tạo ra cộng hưởng nối tiếp cho sóng hài thứ n xác định (thường là n=5,7,11,13,19) để hấp thụ sóng hài đó.

Lò phản ứng đầu ra

Cuộn cảm đầu ra giới hạn dòng sạc điện dung trong cáp động cơ và hạn chế tốc độ tăng điện áp cuộn dây động cơ trong khoảng 540V/μs. Chúng được khuyên dùng khi chiều dài cáp giữa bộ chuyển đổi 4–90kW và động cơ vượt quá 50m. Chúng cũng làm giảm độ dốc của điện áp đầu ra bộ chuyển đổi và giảm nhiễu cho các thành phần biến tần như IGBT.

Hướng dẫn về cuộn kháng đầu ra: Để tăng khoảng cách từ bộ chuyển đổi đến động cơ, hãy sử dụng cáp dày hơn, cách điện cao hơn, tốt nhất là cáp không được che chắn.

Tính năng lò phản ứng đầu ra:

1. Thích hợp để bù công suất phản kháng và điều khiển sóng hài.

2.Bù chính cho điện dung phân bố đường dài và triệt tiêu dòng điện hài đầu ra.

3. Bảo vệ hiệu quả bộ biến tần, cải thiện hệ số công suất, ngăn chặn nhiễu lưới và giảm ô nhiễm sóng hài từ các bộ chỉnh lưu.

Lò phản ứng đầu vào

Cuộn kháng đầu vào hạn chế hiện tượng sụt áp phía lưới trong quá trình chuyển mạch bộ chuyển đổi, triệt tiêu sóng hài, tách các nhóm bộ chuyển đổi song song và hạn chế dòng điện tăng vọt từ các bước điện áp hoặc hoạt động của hệ thống. Khi tỷ lệ giữa công suất ngắn mạch lưới và công suất bộ biến đổi vượt quá 33:1, độ sụt điện áp tương đối của cuộn kháng đầu vào là 2% đối với hoạt động ở một góc phần tư và 4% đối với hoạt động ở bốn góc phần tư.

Cho phép cuộn kháng đầu vào khi điện áp ngắn mạch lưới vượt quá 6%. 12‑các bộ chỉnh lưu xung cần ít nhất một cuộn kháng đầu vào phía lưới điện có độ sụt điện áp tương đối 2%. Cuộn kháng đầu vào được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp/nhà máy, được lắp đặt giữa bộ chuyển đổi/bộ điều khiển tốc độ và nguồn điện để triệt tiêu điện áp và dòng điện đột biến, đồng thời làm giảm các sóng hài cao và bị méo.

Tính năng của lò phản ứng đầu vào:

1. Thích hợp để bù công suất phản kháng và điều khiển sóng hài.

2.Hạn chế dòng điện tăng vọt do dao động điện áp lưới và quá điện áp chuyển mạch; lọc sóng hài để ngăn chặn sự biến dạng dạng sóng.

3. Làm dịu các xung điện áp trong nguồn điện và khắc phục các khiếm khuyết điện áp do chuyển mạch gây ra trong bộ chỉnh lưu cầu.

Lò phản ứng giới hạn-hiện tại

Các lò phản ứng giới hạn dòng điện-thường được sử dụng trong các đường dây phân phối. Chúng thường được lắp nối tiếp trên các bộ cấp nguồn nhánh từ cùng một thanh cái để hạn chế dòng điện ngắn mạch-của bộ cấp nguồn và duy trì điện áp trên thanh cái khi có sự cố của bộ cấp nguồn.

Cuộn dây triệt tiêu hồ quang-

Cuộn dây triệt tiêu hồ quang-được sử dụng rộng rãi trong hệ thống nối đất cộng hưởng 10kV–63kV. Do xu hướng không dùng dầu trong các trạm biến áp, hầu hết các cuộn dây triệt tiêu hồ quang dưới 35kV đều là loại đúc khô.

Lò phản ứng giảm xóc

(Thường được gọi là Lò phản ứng nối tiếp) Được mắc nối tiếp với các dãy tụ điện hoặc tụ điện dày đặc để hạn chế dòng điện khởi động chuyển mạch của tụ điện. Tương tự như lò phản ứng giới hạn dòng điện. Cuộn kháng bộ lọc tạo thành các bộ lọc cộng hưởng có tụ lọc, thường dành cho lọc hài bậc 3 đến bậc 17 hoặc lọc thông cao bậc cao. Các nguồn hài bao gồm các trạm chuyển đổi truyền tải DC, SVC điều khiển pha, bộ chỉnh lưu trung bình/lớn, đường sắt điện khí hóa và tất cả các mạch điện tử công suất điều khiển bằng thyristor công suất cao; những thứ này phải được lọc để ngăn ngừa ô nhiễm lưới điện. Cơ quan quyền lực quy định giới hạn hài hòa.

Lò phản ứng làm mịn

Được sử dụng trong các mạch DC sau khi chỉnh lưu. Mạch chỉnh lưu có số xung hữu hạn nên điện áp DC đầu ra chứa gợn sóng thường có hại và phải được triệt tiêu bằng các cuộn kháng làm trơn. Tất cả các trạm chuyển đổi truyền tải DC đều được trang bị cuộn kháng làm mịn để đạt được DC lý tưởng gần đúng. Chúng cũng rất cần thiết trong các bộ truyền động điện DC dựa trên thyristor. Là thành phần chính trong mạch chỉnh lưu, cuộn kháng làm trơn trong nguồn điện tần số trung bình chủ yếu:

1.Giới hạn dòng điện ngắn mạch (dẫn đồng thời trong quá trình chuyển mạch thyristor biến tần tương đương với ngắn mạch trực tiếp; không có cuộn kháng nào gây ra đoản mạch trực tiếp).

2.Ngăn chặn các thành phần tần số trung bình ảnh hưởng đến lưới điện chính.

3.Bộ lọc (dòng chỉnh lưu chứa AC; AC tần số cao gặp khó khăn khi truyền điện cảm lớn) để giữ cho đầu ra của bộ chỉnh lưu liên tục. Dòng điện không liên tục gây ra các khoảng thời gian dòng điện bằng 0, làm dừng cầu biến tần và mở cầu chỉnh lưu.

4. Hấp thụ công suất phản kháng trong mạch biến tần song song; Cần có lò phản ứng lưu trữ năng lượng trong mạch đầu vào biến tần.