Страница 2

Активные фильтры. Практика компенсации реактивной мощности
Выбрать способ компенсации реактивной мощности – особенно важная задача для промпредприятий, так как только оптимальное для данных условий решение даст ощутимый технический и экономический эффект.
Игорь Борисович Зобов и Дмитрий Андреевич Малышев на примере реализованных проектов рассматривают возможности компенсации реактивной мощности в электроустановках с помощью активных фильтров.
Активные фильтры прекрасно компенсируют реактивную мощность (РМ) в электроустановках, но зачем их использовать, когда есть традиционные решения на базе конденсаторов и синхронных компенсаторов?
Рассмотрим варианты применения активных фильтров для решения некоторых практических задач.

Рис. 1 Конденсаторная УКРМ с тиристорными ключами для коммутации секций

Рис. 2 Мощность активная и реактивная при работе привода буровой лебедки

Рис. 3 Активные фильтры навесного исполнения на трансформаторной подстанции

Конденсаторные установки: плюсы и минусы
На большинстве промышленных предприятий есть установки компенсации реактивной мощности (УКРМ). Польза от них очевидна. Можно разгрузить источники и сети от реактивного тока, стабилизировать напряжение, получить более выгодный тариф от электроснабжающей организации и др.
Вместе с тем во многих электроустановках УКРМ отключены. Чаще всего это объясняется перегревом конденсаторов и коммутационных аппаратов токами высших гармоник.
Первое, что предлагается сделать для снижения токов высших гармоник, – установить в УКРМ входные дроссели. Это помогает, но не всегда. Зачастую сами дроссели оказываются слабым звеном и выходят из строя.
Другая причина, по которой УКРМ выводят из работы, – возникновение резонанса на частотах определенных гармоник при подключении секций конденсаторов. Помимо перегрева оборудования, это чревато дополнительными искажениями напряжения и нарушениями работы ответственных электроприемников.
Еще один недостаток УКРМ – низкое быстродействие. В «бюджетных» конденсаторных установках коммутация ступеней компенсации выполняется контакторами. Частота переключений ограничивается временем, необходимым для разряда конденсаторов через резисторы. Скорости реакции батареи не всегда достаточно для отслеживания изменений нагрузки и поддержания целевого коэффициента мощности. Кроме того, при работе в повторно-кратковременном режиме сами контакторы оказываются слабым звеном.
Конденсаторные установки премиум-класса (рис. 1) комплектуются качественными фильтрами, тиристорными ключами для коммутации ступеней, микропроцессорной системой управления, диагностики и защиты. При этом не устраняются проблемы их эксплуатации, в особенности если нагрузки носят резко переменный характер.
На рис. 2 приведены графики изменения мощности на сборных шинах, к которым подключен привод буровой лебедки. Лебедка укомплектована двигателями постоянного тока, запитанными через тиристорные управляемые выпрямители. Реактивная мощность на сборных шинах компенсируется конденсаторной установкой (8 ступеней по 100 квар) с тиристорными ключами.
Ёмкости конденсаторов достаточно для поддержания высокого коэффициента мощности (cos ϕ) во всех режимах, но в данном случае этого не происходит. Несмотря на заявленную высокую скорость переключения ступеней, быстродействия системы компенсации недостаточно.
При подъеме инструмента наброс активной мощности достигает 1,1 МВт с периодичностью 4 – 5 минут. Реактивная мощность (индуктивная) на вводе питания, вопреки ожиданиям, возрастает до 1000 квар. Это вызывает бросок тока, который мог быть снижен при достаточной скорости генерации РМ ёмкостного характера.
Далее система автоматического управления конденсаторной установки формирует команды на включение секции батареи тиристорными ключами. РМ мощность, потребляемая от источника электроэнергии, уменьшается практически до нуля.
При сбросе нагрузки РМ мощность привода падает, но ступени конденсаторной установки некоторое время остаются подключенными к сети. В результате РМ мощность на вводе питания оказывается отрицательной (достигает минус 500 квар).
Если электроснабжение буровой осуществляется от автономной электростанции, то заброс РМ ёмкостного характера создает риски отключения генераторов защитой и аварийной остановки с
непредсказуемыми последствиями. Таким образом, компенсация реактивной мощности с применением конденсаторных установок не всегда дает желаемые результаты, а иногда создает риски аварий.