Страница 4

Компенсация искажений напряжения
Рис. 5 Активные фильтры в шкафном исполнении

Рис. 6 Интерфейс оператора активного фильтра

Рис. 7 Схема включения активного фильтра для непосредственной компенсации искажений напряжения

БКТП распределены по большой территории объекта, и высшие гармоники возникают в разных его частях и с разной интенсивностью. Искажения тока и напряжения, создаваемые на стороне 0,4 кВ, передаются в сети 10 кВ и распространяются по сетям 35 и 110 кВ.
При одновременной работе технологического оборудования на всех БКТП в зоне максимальных нагрузок складывается следующая ситуация:
– На стороне 10 кВ суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения KU (THDu) достигает 15,7 %, что превышает значение, нормируемое ГОСТ 32144-2013 (п. 4.2.4.1, подп. «в», табл. 4), в 3 раза (допустимо 5 %) [4].
– На стороне 110 кВ коэффициент KU достигает 9 %, что превышает установленное значение в 4,5 раза (допустимо 2 %) [4].
В итоге нештатная работа электроустановок наблюдается даже на тех присоединениях, где практически нет нелинейных нагрузок (в т. ч. в административных зданиях).
Источник проблемы очевиден, и решать ее логично на БКТП. В то же время технические мероприятия не очевидны. Дополнительные дроссели на входе (или в звене постоянного тока) преобразователей частоты дают минимальный эффект.
Это объясняется в числе прочего относительно большим внутренним сопротивлением источника электроэнергии.
Использовать пассивные фильтры 5-й и 7-й гармоник нереально. По размерам они больше преобразователей частоты и в существующие конструкции НКУ не помещаются.
Кроме того, применение пассивных фильтров 5-й и 7-й гармоник опасно для систем возбуждения генераторов автономных источников. В составе фильтров используются достаточно мощные конденсаторы, которые при небольших нагрузках приводов генерируют в сеть реактивную мощность ёмкостного характера. Это создает риски отключения генераторов собственной защитой.
Замена преобразователей частоты с диодами во входных цепях на преобразователи AFE также невыполнима. Размеры преобразовательного модуля и LCL-фильтра будут такими, что в существующей БКТП их разместить не удастся. Кроме того, большинство фирм изготавливают преобразователи AFE на достаточно большие мощности (начиная с 55 – 90 кВт). Для небольших приводов их использовать нерационально.
В подобной ситуации технически правильным и экономически обоснованным решением оказывается применение активных фильтров.
В шкафном исполнении АФ компонуются одним, двумя или тремя силовыми модулями с током компенсации от 30 до 150 А каждый, с напряжением 380 и 690 В. Это позволяет собирать изделия для разных условий применения (рис. 5).
Активные фильтры подключаются силовым кабелем в той части электроустановки, где требуется компенсировать искажения. При этом фильтры размещаются на любом свободном месте. Для контроля параметров нагрузки применяются обычные трансформаторы тока с выходом 0 – 5 А; возможно задействовать уже установленные трансформаторы тока.
Интерфейс оператора (рис. 6) позволяет настраивать и диагностировать активный фильтр, который после наладки работает в автоматическом режиме, компенсируя высшие гармоники заданных порядков.
Применительно к рассматриваемой задаче оказалось достаточно на каждой БКТП установить два активных фильтра (по одному на секцию). Фильтры компенсируют искажения тока и напряжения на стороне 0,4 кВ силового трансформатора. В результате высшие гармоники не проникают в сети 10 кВ и не распространяются по сетям 35 и 110 кВ. Электромагнитная обстановка на объекте нормализуется.

Уникальная особенность активных фильтров – способность непосредственно компенсировать искажения напряжения на участке электроустановки, включая искажения, поступающие от объектов энергоснабжающей организации. Трансформаторы тока в схеме включения АФ при этом не применяются (рис. 7).
Предположим, есть ответственные потребители, чувствительные к искажениям напряжения (рис. 7, справа). Есть электроприемники, создающие искажения напряжения, но они неизвестны или недоступны (рис. 7, слева). Кроме того, искажения поступают из сети.
Обезопасить чувствительные электроприемники можно, установив АФ вблизи точки их подключения. Фильтр измеряет напряжение и формирует компенсирующие «балластные» токи требуемой частоты и значения.

Пример
Электроснабжение объекта осуществляется по двум вводам от ВЛ 110 кВ через трансформаторы 110/10 кВ мощностью по 6,3 МВА. Распределение электроэнергии происходит на напряжении 10 кВ. Все электроприемники низковольтные и запитаны от ТП 10/0,4 кВ.
Доля нелинейных нагрузок на объекте составляет всего несколько процентов (это выпрямители для цепей оперативного тока и выпрямители в составе установок бесперебойного питания). Нагрузка (5 – 6 МВт) определяется в основном асинхронным электроприводом. Значительная реактивная мощность индуктивного характера компенсируется конденсаторными установками с автоматическим переключением ступеней.
Таким образом, нелинейных электроприемников на объекте практически нет, а проблемы, создаваемые высшими гармониками, есть. Главная из них – «беспричинная» остановка технологических агрегатов, не имеющая логической связи с режимами работы объекта, нагрузками, действиями персонала и др.