Страница 3

Компенсация высших гармоник тока
Типовая задача активных фильтров – компенсация высших гармоник тока, потребляемого из сети нелинейными электроприемниками. Контроль тока нагрузки осуществляется стандартными трансформаторами тока.
Если известен электроприемник, создающий опасные балластные токи (в данном случае токи высших гармоник), то трансформаторы тока устанавливаются на его питающей линии (рис. 2). В результате осуществляется индивидуальная компенсация токов искажений, вызываемых конкретной нагрузкой, например мощным преобразователем частоты.
Возможна ситуация, когда на выделенной секции работает много нелинейных электроприемников, нечувствительных к искажениям напряжения. При этом друг для друга они не представляют опасности, но существует риск нежелательных последствий проникновения высших гармоник в сети. В этом случае трансформаторы тока могут быть установлены на вводе питания секции шин (рис. 3). Осуществляется групповая компенсация токов высших гармоник и исключается их проникновение в сеть (в данном случае через трансформатор).
Такой способ подключения активных фильтров позволяет одним изделием заменить большое количество пассивных фильтров, устанавливаемых на каждом присоединении.
Пример
Решение задач компенсации высших гармоник тока, потребляемого из сети нелинейными электроприемниками, покажем на примере энергообъекта с автономным электроснабжением.
В этом случае исключаются какие-либо внешние факторы (отсутствует связь с энергосистемой) и проблемы высших гармоник решаются там же, где и возникают.
Электроснабжение рассматриваемого объекта осуществляется от автономных электростанций с генераторным напряжением 6(10) кВ. Распределение электроэнергии выполнено на напряжении 35 и 110 кВ. Все электроприемники низковольтные и запитаны от ТП 10/0,4 кВ. При суммарной потребляемой мощности 20–30 МВт доля нелинейных нагрузок на объекте может превышать 60 %.
Основные нелинейные электроприемники – преобразователи частоты, установленные на блочных комплектных трансформаторных подстанциях (БКТП).
Все они запитаны через входные дроссели, т. е. рекомендации производителя по снижению высших гармоник, потребляемых из сети, выполнены. На БКТП предусмотрены конденсаторные батареи, но все они отключены.
Нет конденсаторных установок и на стороне 10 кВ. Все БКТП двухтрансформаторные, электроснабжение осуществляется по двум вводам. Мощность трансформаторов выбрана с запасом, позволяющим запитать нагрузки БКТП по одному вводу.
Таким образом, нет явных нарушений норм проектирования или эксплуатации, оборудование применено современное и качественное, и вместе с тем проблемы на объекте достаточно острые.
Модули автоматического ввода резерва (АВР) выдают ложные команды на переключения вводов. Персонал энегетических подразделений вынужден отключать автоматику ввода резерва, в результате чего подстанции остаются без АВР.
В установках бесперебойного питания нарушаются условия синхронизации инвертора с сетью. Из-за частых сбоев синхронизации установки бесперебойного питания вынужденно эксплуатируются только в режиме онлайн (при передаче мощности с двойным преобразованием). Это приводит к перегреву силовой части, преждевременным отказам и ремонтам.
В устройствах контроля напряжения происходят ложные срабатывания, приводящие к отключению отходящих линий. Микропроцессорные системы управления технологических установок работают нештатно, требуют повышенного внимания. Преобразователи частоты на ряде объектов не удается включить в работу, т. к. они блокируются встроенными защитами.
Всё это происходит в разное время и на разных присоединениях. Причины описанных неприятностей связаны с работой частотно-регулируемых электроприводов.

Активные фильтры в навесном исполнении Рис. 1

Схема включения АФ для индивидуальной компенсации высших гармоник тока Рис. 2

Схема включения активного фильтра для групповой компенсации высших гармоник тока Рис. 3

Гармонические составляющие напряжения на вводе 0,4 кВ БКТП Рис. 4

По результатам замеров на вводе 0,4 кВ БКТП, активная мощность изменяется от 160 до 760 кВт в зависимости от нагрузки технологических установок. Ток через преобразователи частоты растет, и вместе с ним растут искажения напряжения на сборных шинах. Суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения KU (рис. 4, черная линия) увеличивается с 6 до 14 % и более. Спектр гармоник – классический для преобразователей частоты с 6-пульсными схемами выпрямления. Преобладают гармоники 5-го порядка (рис. 4, красная линия) и 7-го (рис. 4, зеленая линия). Все прочие гармоники незначительные и составляют менее 2 %.