Страница 4

Практические задачи компенсации реактивной мощности, решаемые активными фильтрами
Сравнивая левую и правую части, легко увидеть, что активная мощность при пусках привода примерно одинакова и достигает 1900 кВт (красная линия). Реактивная мощность (зеленая линия) при втором пуске, с включенными активными фильтрами, меньше на 750 квар, чем при первом пуске, когда фильтры были отключены. Таким образом, в результате работы активных фильтров полный ток, потребляемый от генераторов автономной электростанции, снижается. Благодаря высокому быстродействию системы РМ компенсируется практически мгновенно и плавно, без ступеней, характерных для работы конденсаторных УКРМ.
Наряду с компенсацией РМ, активные фильтры могут предохранять вспомогательные электроприводы буровой и систему управления от искажений напряжения, возникающих при работе мощных управляемых выпрямителей. Для этого дежурному электромеханику достаточно активировать режим компенсации высших гармоник с панели оператора системы динамической компенсации.
Установка активных фильтров на буровой в 2016 г. позволила разгрузить электростанцию от реактивного тока, сократить количество параллельно работающих дизель-генераторов и снизить риски отключения вводных автоматов при бурении на больших глубинах [1].
Компенсация реактивной мощности при повторно-кратковременных режимах работы электроприемников
Тиристорные регуляторы мощности (рис. 9) применяются, в частности, в нагревательных установках и могут работать в повторно-кратковременном режиме. В зависимости от настройки режима регулирования, ток через нагрузку периодически включается и отключается (рис. 10). Активная нагрузка при этом резко изменяется, что отражается на величине полной мощности и cos ϕ на вводе 0,4 кВ трансформатора.
Подключенная на сборные шины конденсаторная установка настроена на поддержание целевого cos ϕ и старается это сделать, изменяя количество ступеней компенсации. В результате происходит включение и отключение контакторов при токе от 75 до 275 А (рис. 11). Очевидно, что продолжительная работа батареи приведет к выработке ресурса контакторов и необходимости ремонта.
Такой режим компенсации неприемлем для конденсаторных установок, но является штатным для активных фильтров.
Компенсация реактивной мощности в электроустановках со значительными гармоническими искажениями напряжения
Гармонические искажения напряжения часто возникают вследствие работы нелинейных потребителей в составе электроустановки. В этом случае активные фильтры помогут их устранить и применение конденсаторных батарей для компенсации РМ вполне логично.
Хуже, если искажения поступают извне, со стороны энергоснабжающей организации, и при этом на объекте существует необходимость компенсировать реактивную мощность. Конденсаторные батареи неизбежно будут перегреваться, а в определенных режимах создавать риски возникновения резонанса и дальнейшего искажения напряжения [2].
На рис. 12 черная линия соответствует значениям суммарного коэффициента гармонических составляющих тока Ki (THDi), протекающего через конденсаторную установку. Величина его достигает 60 % при токе первой гармоники 150 А.
На этом же рисунке зеленая линия соответствует току 7-й гармоники, которая существенно выше 5-й гармоники и гармоник других порядков. Это указывает на опасность резонанса на частотах, близких к 350 Гц.
В подобных условиях эксплуатация конденсаторных УКРМ может привести к отказам оборудования. Активные фильтры, напротив, обеспечивают надежную компенсацию реактивной мощности при любых искажениях напряжения сети, а также могут диагностировать наступление условий резонанса и предотвращать его.
Компенсация пусковых токов электродвигателей
Популярный способ уменьшить пусковые токи двигателя – снизить напряжение, подаваемое на обмотку статора. Сегодня это чаще всего делается посредством тиристорных регуляторов
напряжения (ТРН). Устройство плавного пуска (УПП) на базе ТРН осуществляет импульсно-фазовое управление тиристорами, плавно повышая действующее значение напряжения на статоре двигателя.
Необходимо обратить внимание на то, что форма напряжения и тока двигателя при этом сильно отличается от синусоидальной (рис. 13).
При пуске через ТРН изоляция двигателя испытывает дополнительный стресс, пусковой момент снижается, статор и ротор перегреваются вследствие затяжного разгона привода. Искажения напряжения сети при включении мощных электроприводов могут быть опасны для ответственных электроприемников.

Рис. 8 Мощность привода буровой лебедки при отключенных и включенных активных фильтрах.

Рис. 9 Тиристорный регулятор мощности (100 кВт, 380 В).

Рис. 10 Осциллограмма входного напряжения и выходного тока тиристорного регулятора мощности.

Рис. 11 Фазные токи УКРМ, подключенной параллельно тиристорному регулятору мощности.