Активные фильтры в электроустановках выше 1000 В
Active filters for medium voltage electrical installations
Инженерная практика и применяемая сегодня терминология предполагают, что активные фильтры – это низковольтные устройства. Высоковольтное оборудование с похожим функционалом больше известно как СТАТКОМ.
В электроустановках выше 1000 В активные фильтры подключаются через силовые трансформаторы, что позволяет реализовать потенциал активных фильтров на разных уровнях напряжения. В части монтажа, текущего обслуживания, ремонта и др. активные фильтры подобны широко распространенным низковольтным преобразователям частоты. Применение двухобмоточных трансформаторов также не представляет сложностей. Это выгодно отличает данное решение от решений на базе СТАТКОМ.
Пример высоковольтной системы динамической компенсации на базе активных фильтров с согласующим силовым трансформатором (на фото справа)
Трансформатор может быть сухого типа или маслонаполненным.
При отсутствии свободного места в электротехнических помещениях активные фильтры, трансформатор, высоковольтные ячейки и другое оборудование системы компенсации размещаются в контейнере.
Пример высоковольтной системы динамической компенсации на базе активных фильтров с согласующим трансформатором в контейнерном исполнении
Ниже обозначены ситуации, в которых активные фильтры с трансформаторами на 6(10) кВ могут оказаться оптимальным решением.
Просто спросить...?
Провалы напряжения на протяженных ЛЭП при резко переменных нагрузках
Электроснабжение потребителей на удалении 10-15 км по линии напряжением 6(10) кВ может оказаться непростой задачей. Напряжение в конце линии будет тем ниже, чем больше передаваемая активная мощность, реактивная мощность и чем больше протекающие по линии токи высших гармоник.
Провалы напряжения на ЛЭП создают проблемы при работе буровых установок, шагающих экскаваторов и др.
Корректировка напряжения на электроприёмниках за счет изменения коэффициента трансформации (ПБВ или РПН) практически невозможна при резко переменных нагрузках потребителей. Применение УКРМ на базе конденсаторов также проблематично. Ступени конденсаторов на успевают своевременно переключаться и возникают забросы реактивной мощности.
Пример. Реактивная мощность на вводе питания буровой при использовании конденсаторной УКРМ изменяется от (-) 1500 квар до (+) 1500 квар
Активные фильтры успешно компенсируют реактивную мощность как индуктивного, так и ёмкостного характера, в том числе при резко переменных нагрузках. Одновременно возможна компенсация высших гармоник тока, создаваемых при работе нелинейных потребителей. Сочетание этих факторов позволяет уменьшить падение напряжения на линии и снизить риски останова оборудования.
Подробнее на странице:
Активные фильтры на буровой установке. Компенсация реактивной мощности Главных электроприводов
Претензии сетевой организации по соблюдению соотношения потребления активной и реактивной мощности
В договоре энергоснабжения ряда предприятий предусмотрены обязательства потребителя по соблюдению соотношения активной и реактивной мощности. Во избежание штрафных санкций, требуется поддерживать на границе балансовой принадлежности установленные показатели качества электроэнергии и соблюдать определенное соотношение потребления активной и реактивной мощности. Эти задачи не решаются только организационными мероприятиями.
Пример. Коэффициент мощности при работе печного трансформатора в цикле плавки металла изменяется от 0,01 до 0,94
Активные фильтры компенсируют реактивные нагрузки электроприёмников с высоким быстродействием и обеспечивают поддержание на границе балансовой принадлежности заданного соотношения потребления активной и реактивной мощности. Одновременно возможна компенсация высших гармоник и обеспечение приемлемых показателей качества электроэнергии. Это позволяет избежать штрафов в счетах за электроэнергию.
Генерация реактивной мощности ёмкостного характера протяженными кабельными линиями
Протяженные кабельные линии 6(10) кВ встречаются в сетях питания вдольтрассовых потребителей магистральных трубопроводов, в сетях ветропарков, освещения автомагистралей и др. При малых нагрузках электроприёмников кабельные линии формируют реактивную мощность ёмкостного характера. Это влияет на уровень напряжения в сети, создает условия резонанса на частотах высших гармоник, а при автономном электроснабжении может вызвать срабатывание защит генераторов.
Вдольтрассовая линия 10 кВ с суммарной длиной кабеля 80 км создаёт реактивную мощность ёмкостного характера более 1 Мвар
Активные фильтры компенсируют реактивную мощность ёмкостного характера, снижая риски нештатной работы электроустановок.
Подробнее на странице:
Активные фильтры. Компенсация ёмкости длинных кабелей в системах автономного электроснабжения
Генерация реактивной мощности ёмкостного характера скин-системами электрообогрева
Индукционно-резистивные системы нагрева (скин-системы) используются для обогревания протяженных трубопроводов. Переменный ток частотой 50 Гц протекает по внутреннему проводнику с малым сопротивлением и по внешнему проводнику из стальной трубы, вызывая ее нагрев. Таким образом, нагревательный элемент представляет собой однофазную нагрузку.
Мощные скин-системы включаются в трехфазные сети 6(10) кВ. Для преобразования трехфазной сети в однофазную применяются схемы с трансформаторами, дросселями и конденсаторами (н-р, схема Штейнметца).
Пример размещения оборудования скин-системы обогрева трубопроводов в блочно-модульном здании
Конденсаторы в составе силового оборудования скин-системы имеют достаточно большую ёмкость и создают несимметричную по фазам составляющую нагрузки ёмкостного характера.
|
|
| Трансформатор скин-системы обогрева трубопроводов | Конденсаторы скин-системы обогрева трубопроводов |
Изменение режима работы скин-системы приводит к изменению мощности и тока в трехфазной цепи, при этом степень несимметрии по фазам также изменяется. Если на объекте применяется несколько индукционно-резистивных систем нагрева, то общее влияние на сети оказывается значительным.
Активные фильтры компенсируют реактивную мощность ёмкостного характера на вводе питания скин-системы и уменьшают несимметрию токов по фазам. Это позволяет улучшить качество напряжения в сети, а при автономном электроснабжении – снизить риски отключения генераторов.
Отключения электростанций систем автономного электроснабжения при перетоках реактивной мощности
Распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами определяется настройками систем возбуждения и не всегда оказывается равномерным.
Пример. Нагрузка реактивной мощностью ведущей с ведомых машин в системе автономного электроснабжения различается (от «плюс» 37 квар до «минус» 636 квар)
Особенно опасны ситуации, когда нагрузка генератора имеет ёмкостный характер и превышает предел срабатывания защиты.
Пример нагрузки генератора реактивной мощностью ёмкостного характера (-) 210 квар
Применение активных фильтров позволяет уменьшить перетоки реактивной мощности между генераторами как в установившихся, так и в переходных режимах. Это благоприятно сказывается на устойчивости параллельной работы генераторов и качестве автономного электроснабжения.
Искажения тока и напряжения при работе высоковольтных преобразователей частоты и выпрямительных установок
Высоковольтные статические преобразователи формируют в питающей сети высшие гармоники, величина и спектр которых зависят, в том числе, от топологии и нагрузки преобразователя.
Пример осциллограммы напряжения и тока на вводе высоковольтного статического преобразователя
Искажения распространяются по сетям и создают риски нештатной работы электроприёмников на разных уровнях напряжения.
Активные фильтры способны скомпенсировать высшие гармоники тока, образующиеся при работе преобразователя, и минимизировать их влияние на электроустановки. Активные фильтры настраиваются на подавление высших гармоник определенных порядков, что позволяет оптимально использовать ресурсы фильтра и минимизировать установленную мощность оборудования системы компенсации.
Совершенствования элементной базы и программного обеспечения активных фильтров расширяет спектр решений систем динамической компенсации, в том числе в электроустановках выше 1000 В.
Предложения Инженерного центра «АРТ»
Полный комплекс работ по созданию систем компенсации высших гармоник и реактивной мощности в электроустановках до 1000 В и выше 1000 В (низкого и среднего напряжения).
