Страница 5

В ходе обследования удалось выполнить измерения на вводах ЗРУ10 кВ при плановом останове объекта. Электрические нагрузки были минимальными (в основном освещение административного здания), все конденсаторные установки отключены. При этом на вводах зафиксирован необычный спектр высших гармоник напряжения (рис. 8).
На первый взгляд, качество электроэнергии на вводах приемлемое. Коэффициент KU (рис. 8, черная линия) не превышает 5 %, что допустимо для сетей 10 кВ. Высших гармоник 5-го и 7-го порядка, характерных для 6-пульсных схем выпрямления, практически нет (0,2 – 0,3 %). Вместе с тем четко видны гармоники11-го порядка (рис. 8, зеленая линия), превышающие установленные [4] значения в 2,5 раза (5 % против разрешенных 2 %).
На стороне 0,4 кВ с включением конденсаторных установок коэффициент гармонических составляющих напряжения достигает 13 %. Определяющую роль играют гармоники 11-го порядка. При некотором количестве задействованных ступеней искажения напряжения оказываются критическими и происходят остановы ответственного технологического оборудования.
Очевидно, что в данной ситуации применение традиционных способов компенсации токов нелинейных электроприемников бессмысленно в связи с отсутствием последних. Вывести из работы конденсаторные установки невозможно из-за большой реактивной мощности на объекте. Решить проблему помогают АФ.
В ходе обследования были выявлены присоединения, на которых находятся наиболее чувствительные к качеству электроэнергии потребители: системы управления технологическим оборудованием, приборы контроля технологических параметров и др. Это позволило определить место установки АФ (рис. 9).
Программное обеспечение позволяет настроить активные фильтры на компенсацию искажений определенных порядков (в данном случае гармоник 11-го порядка). В итоге обеспечивается приемлемое качество электроэнергии там, где это критически важно. Такие решения могут быть полезны, когда в сетях 6(10) кВ есть мощные нелинейные электроприемники, принадлежащие сторонним организациям (буровые установки, шагающие экскаваторы и др.).

Применительно к задачам компенсации высших гармоник, активные фильтры имеют ряд общих достоинств:
– Подключаются параллельно нелинейным электроприемникам, в результате чего можно выполнить присоединение к сборным шинам распредустройства, не нарушая существующих цепей и не останавливая технологический процесс.
– Выбираются исходя из требуемого тока компенсации высших гармоник, что позволяет уменьшить размеры и вес по сравнению с AFE-приводами и пассивными фильтрами, которые должны выдерживать номинальный полный ток нагрузки.
– Могут настраиваться в процессе наладки на компенсацию высших гармоник определенных порядков, что позволяет оптимально использовать ресурсы фильтра, компенсируя только те гармоники, которые выходят за пределы ГОСТа, способствуют возникновению резонанса и др.
– Осуществляют групповую компенсацию, используя одно изделие, подключаемое на секцию шин, вместо нескольких изделий, устанавливаемых в цепи каждого привода.
– Имеют модульную конструкцию и поставляются в корпусах с различной степенью защиты, благодаря чему размещать оборудование можно на любом свободном месте, в разных помещениях, используя навесной и напольный монтаж.
– Являются программируемыми средствами автоматизации, что позволяет легко изменять настройки режимов компенсации и интегрировать АФ в АСУ ТП по стандартным протоколам.
Помимо устранения высших гармоник в электроустановках, активные фильтры осуществляют компенсацию реактивной мощности индуктивного и ёмкостного характера, резонанса, несимметрии, фликера и др. Этим вопросам будет посвящена статья в следующем номере журнала.

Гармонические составляющие напряжения на вводе 10 кВ ЗРУ. Искажения поступают со стороны энергоснабжающей организации Рис. 8

Активный фильтр для компенсации высших гармоник, поступающих со стороны источника электроэнергии Рис. 9

О ценах
Сравнение цен на активные и пассивные фильтры в инвестиционных расчетах необходимо, но недостаточно.
Каждый способ компенсации высших гармоник имеет свои особенности и области применения. Это касается установки дросселей, резонансных индуктивно-ёмкостных фильтров, трехобмоточных трансформаторов, AFE-преобразователей частоты и др. Сравнивать целесообразно суммы затрат на решение проблемы в электроустановке.
В примере с преобразователями частоты снижение уровня высших гармоник тока до приемлемых значений возможно при установке пассивных фильтров 5-й и 7-й гармоник. При 14 отходящих линиях (на преобразователи частоты) потребуется 14 фильтров. Стоимость одного фильтра на ток 100 А сегодня составляет примерно 250–300 тыс. руб. Таким образом, сумма затрат на оборудование в расчете на одну БКТП, без учета стоимости щитовой продукции и кабелей, достигает 4 млн руб.
Тот же эффект компенсации высших гармоник дает установка одного АФ на каждую секцию БКТП. Стоимость двух АФ – около 2 млн руб. При этом не будет затрат на щитовую продукцию и трудоемкий монтаж, а затраты на кабель будут минимальными.
Инвестиционные проекты создания на базе активных фильтров систем динамической компенсации высших гармоник и реактивной мощности часто нацелены на снижение рисков, обусловленных нештатной работой электроустановок.
Активные фильтры быстро совершенствуются и, без сомнения, займут достойное место в арсенале энергетиков.

Литература
1. Кумаков Ю. Инверторы напряжения со ступенчатой модуляцией и активная фильтрация высших гармоник // Новости ЭлектроТехники. 2005. № 6(36).
2. Пронин М. АФ фильтры высших гармоник. Направления развития // Новости ЭлектроТехники. 2006. № 2(38).
3. Зобов И.Б., Мелентьев А.С., Спешилов Н.Е. Компенсация высших гармоник и реактивной мощности на СПБУ «Арктическая» // Морской флот. 2017. № 4(12).
4. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

Россия, г. Санкт – Петербург
ул. Таллинская, д. 7-А
+ 7 (812) 445 24 22
+ 7 (812) 445 23 47
E-mail: office@ic-art.ru
http://www.ic-art.ru