Компенсация реактивной мощности с помощью трансформаторно-реакторного устройства

Наличие в распределительных сетях 6 — 10 кВ промышленных предприятий резкопеременных электроприемников большой мощности вызывает в сетях резкопеременные потоки реактивной мощности, генерирование в сеть высших гармоник, несимметрию токов и напряжений.

Это вызвало необходимость в серийном производстве статических компенсаторов реактивной мощности, которые могут обеспечить решение проблемы улучшения качества электрической энергии в части: быстродействующей компенсации реактивной мощности, симметрирования токов и напряжений в сети, фильтрации высших гармоник, ограничения перенапряжений в узлах нагрузок, стабилизации напряжения на шинах потребителей.

Тиристорные компенсаторы реактивной мощности (ТКРМ ) построены по схеме косвенной компенсации, когда источником опережающей реактивной мощности являются конденсаторные установки (КУ) силовых фильтров высших гармоник, стабилизирующим и симметрирующим элементом — полупроводниковый стабилизатор мощности (ПСМ ), встречно-параллельно включенные тиристоры которого вместе с компенсирующими реакторами собраны по схеме треугольника (рис.1).

Рис. 1. Функциональная схема тиристорного компенсатора реактивной мощности: L1, L2, L3 — компенсирующие реакторы; ПСМ — полупроводниковый стабилизатор мощности; L3 С3; L5 С5; L7-С7 — силовые фильтры; П1 П2; П3 — печные нагрузки; ШУ — шкаф управления

Управляющие сигналы в систему регулирования ПСМ поступают с трансформаторов тока полупроводникового стабилизатора мощности и трансформаторов тока ТА питающей сети, а также с трансформаторов напряжения Т.

Компенсирующие реакторы изготавливают в однофазном исполнении с ферромагнитным сердечником и масляным охлаждением и устанавливают как в закрытых камерах, так и открыто, на воздухе. Фильтровые реакторы выполнены в виде цилиндрических катушек с воздушным охлаждением и вертикальной установкой трех фаз, за исключением реакторов третьей и пятой гармоник, предназначенных для горизонтальной установки фаз по вершинам равностороннего треугольника или в линию.

Конденсаторные установки выполнены трехфазными, с двухрядным размещением на стеллажах, соединены по схеме «две звезды», нейтрали которых соединены через трансформатор тока, являющийся датчиком сигнала при разбалансе из-за изменения емкостей в лучах звезды. Фильтровые реакторы имеют регулировочные отпайки в большую и меньшую сторону от номинальной индуктивности.

Технические характеристики и состав тиристорных компенсаторов реактивной мощности даны в таблице.

Регулирование реактивной мощности, генерируемой в сеть, производится за счет изменения угла управления тиристорами. При этом изменяются значения и длительность протекания тока через компенсирующие реакторы L1, L2, L3 типа РКОМ, т.е. потребление компенсирующими реакторами реактивной части мощности при постоянстве реактивной мощности, генерируемой конденсаторными установками фильтров С3, С5, С7.

Фильтры высших гармоник представляют собой последовательное соединение фильтрового реактора и конденсаторной установки и на основной частоте являются источниками реактивной мощности. Реактивные сопротивления КУ и реактора создают фильтр на частоте γ, когда γωL=1/γωC.

Соединение тиристоров и компенсирующих реакторов в треугольник определяется тем, что при этой схеме высшие гармоники, кратные трем, взаимно компенсируются и в линейных проводниках отсутствуют. В сетях с несимметричными нагрузками ПСМ генерируют токи третьей гармоники (до 35% номинального тока ПСМ ), поэтому в этих случаях необходимо устанавливать фильтр третьей гармоники. При любом характере нагрузки ПСМ генерируют токи пятой гармоникй, равные до 12% номинального тока ПСМ, поэтому установка ПСМ обуславливает необходимость фильтра пятой гармоники.

Основными недостатками фактически неработающих тиристорных компенсаторов реактивных мощностей являются:

• режимные сложности функциональных взаимных связей между указанными элементами, приводящие к необходимости только последовательных включений, с возрастающими и отключений со снижающими частотами силовых фильтров, в то время как при повреждении реактора или конденсатора в одном из них повреждаются соседние фильтры, что приводит к полному повреждению устройства при уже экономической нецелесообразности его восстановления;
• индивидуальная сложность конструкции полупроводникового стабилизатора мощности (ПСМ) с наличиями в каждой фазе индивидуальных реакторов, параллельно соединенных выпрямительных устройств с индивидуальными постоянными токами управлений и трансформаторами токов, воздействующих на сложную конструкцию щита управления (ГЦУ) одновременно с воздействиями вторичных цепей трансформаторов напряжения и тока;
• одновременные возникновения не только стандартных 3, 5, 7, 11, 13 гармоник, но и более повышенных частот существенных величин исключают полностью эффективность работы устройства даже без повреждений его элементов, особенно при эксплуатации электрически связанных прокатных станов, дуговых сталеплавильных и рудно-термических печей;
• неэффективность в настоящее время существующих ненадежных конструкций реакторов и конденсаторов, изменяющих свои электромагнитные и электрические характеристики в условиях эксплуатации, приводящих к повреждениям практически всех элементов в циклично-каскадных последовательностях;
• себестоимость изготовления всего комплекса необходимого оборудования в устройствах ТКРМ составляет сумму в настоящее время не менее 820000-950000 рублей, что фактически на порядок выше себестоимости предлагаемого трансформаторно-реакторного масляного защитного устройства типа ТРМЗУ, составляющей сумму не более 180000 рублей.

Но разработанные в настоящее время компенсирующие, защитные, симметрирующие и комбинированные конструкции указанных устройств наоборот:

• устраняют полностью режимные сложности в работе на основаниях надежных и стабильных связей между соответствую щ ими параметрами фактически известны х конструкций силовых трансформаторов и компенсирующих реакторов с их соответствующими индивидуальны ми электрическими схемами и функциональными связями между ними, а также индивидуальными конструкциями соответствующих магнитопроводов, функциональные электромагнитные связи, между которыми регулируются стабильными, регулируемыми или нелинейными активными сопротивлениями соответствующих величин.
• сохраняют индивидуальную простоту каждой предлагаемой конструкции без использования полупроводниковых стабилизирую щ их и вы прямительных устройств с их постоянными токами управления, сложны ми конструкциям и управляющих щитов, а также необходимых трансформаторов напряжения и тока;
• исключают возможности возникновений не только стандартных, но и всего перечня возникающих более высоких частот напряжений и токов с обеспечением эффективной работы любых нагрузок металлургических предприятий, включая указанные прокатные станы и особенно современные дуговые печи различных конструкций и больших мощностей, работающих не только с использованием переменных, но и постоянных токов;
• повышаю т надежность эксплуатации даже существующих конструкций реакторов и конденсаторов не только при нормальных режимах их эксплуатации, а также в процессах аварийных и послеаварийных ситуациях;
• содержат весьма приемлемые стоимости предлагаемых конструкций по сравнению с существующими в настоящее время стоимостями электрооборудования аналогичных мощностей, находящихся в эксплуатации электрических сетей металлургических предприятий и энергосистем.

В заключение необходимо отметить основные факторы эффективности трансформаторно-реакторных устройств:

• электромагнитную и емкостную совместимости с существующим и вновь вводимым электрооборудованием при технологических, несимметричных и даже неполнофазных режимах, включая возможности возникновений однофазных замыканий;
• обеспечения необходимой надежности эксплуатации электрических сетей в связи с повышением уровня координации изоляции между подстанциями и линиям и электропередач при их эффективных контурах заземлений;
• снижения до безопасных величин перенапряжений при коммутационных процессах в режимах отключений мощных синхронных двигателей, трансформаторов, реакторов и линий электропередач при сниженных нагрузках, возможных несимметриях токов и напряжений;
• повышения эффективности компенсаций резкопеременных потоков реактивных мощностей, включая режимные ограничения токов нулевой и обратной последовательностей, особенно при работах силовых трансформаторов со сниженными нагрузками и резкопеременных электроприемников больших мощностей;
• эффективные устранения внутренних перенапряжений на системах шин комбинированных потребителей со стабилизацией их нагрузочных токов даже при изменяющихся режимах результирующих нагрузок в электрически связанных сетях;
• быстродействие, устойчивость, режимная управляемость, долговечность, ремонтопригодность и безопасность эксплуатации при нормальных, аварийных и последовательных режимах с повышениями статической устойчивости и динамической стойкости.

Приведен перечень используемых литературных источников в объеме рекомендуемых по компенсации реактивной мощности [1], предложениям выбора компенсирующих устройств при проектировании электрических сетей [2] с учетом термодинамики реальных процессов [3] и обоснований отсутствия стационарных [4] и переменных [5] магнитных полей с техническим обсуждением указанной информации [6] при мощном потенциале ускорения научно-технических и производственно-технологических аспектам развития трансформаторостроения [7], а также потенциала поисков и свершений Украинского института трансформаторостроения [8] с учетом регулируемых трансформаторно-реакторных устройств для транзитных и распределительных электрических сетей сверхвысоких напряжений 330 -500 -750 кВ с впервые введенными комбинированными конденсаторными установками, обеспечивающими возможности индивидуальных поперечных или продольных компенсаций, включая комбинированные компенсации реактивных мощностей и исключающими вероятности трансформаций реактивных мощностей в распределительные и особенно промышленные электрические сети.

ВЫВОДЫ:

1. При внедрениях указанных устройств в электрических сетях исключается полностью необходимость использования совершенно неэффективных конструкций тиристорных компенсаторов реактивных мощностей (ТКРМ) и существенно повышается технико-экономическая эффективность полупроводниковых стабилизаторов мощности (ПСМ) с обеспечением надежности эксплуатации соответствующих реакторов и конденсаторов.

Литература:

1. Константинов Б.А., Зайцев Г.З. Компенсация реактивной мощности. — Л.: Энергия, 1976. — 1004 с.
2. Ковалев И.Н. Выбор компенсирующих устройств при проектировании электрических сетей. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 200 с.
3. Вейник А.И. Термодинамика реальных процессов. Мн.: Наука и техника. — Минск, 1991. — 576 с.
4. Петров В.М. А существует ли магнитное поле? Часть 1. Стационарное поле / / Электро. — Санкт- Петербург, 2004. — №1. — С.49-52.
5. Петров В.М. А существует ли магнитное поле? Часть 2. Переменное поле / / Электро. — Санкт- Петербург, 2004. — №3. — С.49-52.
6. Черников Г.Б. А существует ли магнитное поле? Обсуждение статьи В.М. Петрова / / Электро. — Санкт-Петербург, 2005. — №3. — С.49-52.
7. Волошин В.Н. Мощный потенциал ускорения. Научно-технические и производственно-технологические аспекты развития трансформаторостроения в Запорожье. — Типография ОАО «Запорожтрансформатор», 2000. — 452 с.
8. Волошин В.Н. Потенциал поисков и свершений. Украинский институт трансформаторостроения ОАО «ВИТ». К полувековому юбилею. — Издательство «Час», 2008. — 472 с.