ООО "Техноэлектро"

Карта сайта | E-mail | Контакты
subglobal1 link | subglobal1 link | subglobal1 link | subglobal1 link | subglobal1 link | subglobal1 link | subglobal1 link
По производителям | По типу оборудования
Системы АСУТП | Компенсация реактивной мощности | Учет электроэнергии | Регулируемый электропривод | Комплектные устройства | GSM-системы
Проектно-конструкторские | Монтажно-наладочные | Пр-во комплектных устройств | Разработка изделий по требованиям | Разработка ПО и техподдержка
subglobal5 link | subglobal5 link | subglobal5 link | subglobal5 link | subglobal5 link | subglobal5 link | subglobal5 link
subglobal6 link | subglobal6 link | subglobal6 link | subglobal6 link | subglobal6 link | subglobal6 link | subglobal6 link
subglobal7 link | subglobal7 link | subglobal7 link | subglobal7 link | subglobal7 link | subglobal7 link | subglobal7 link
subglobal8 link | subglobal8 link | subglobal8 link | subglobal8 link | subglobal8 link | subglobal8 link | subglobal8 link

Производимая продукция:
низко- и высоковольтные системы компенсации и фильтрокомпенсации реактивной мощности


Высоковольтные системы фильтрокомпенсации реактивной мощности напряжением 3,3-220 кВ

 

 

 

Общие положения

Несинусоидальные режимы, обусловленные протеканием токов высших гармоник по элементам системы электроснабжения промышленного предприятия, вызывают дополнительные потери активной мощности и электроэнергии. Наибольшие потери имеют место в трансформаторах, двигателях и генераторах.

При наличии высших гармоник в кривой напряжения более интенсивно протекает процесс старения изоляции. Так, например, при несинусоидальности в 5 % через 2 года эксплуатации в 2 раза увеличивается tgδ конденсаторов. Ускоренное старение изоляции наблюдается и в силовых кабелях.

За счет высших гармоник тока довольно часто однофазные КЗ переходят в двухфазные в месте первого пробоя вследствие прожигания кабеля. Следовательно, высшие гармоники в кривой напряжения питающей сети приводят к сокращению срока службы силовых кабелей, повышению аварийности в кабельных сетях, увеличению числа необходимых ремонтов. Опыт эксплуатации показал, что при несинусоидальности 5-10% суммарные амортизационные отчисления и стоимость текущих ремонтов кабелей возрастают на 15-20%.

Если силовые кабели используются в качестве каналов связи между полукомплектами диспетчерского и контролируемого пунктов, то высшие гармоники тока и напряжения ухудшают работу телемеханических устройств, вызывая сбои в их работе. Кроме того, высшие гармоники вызывают ложную работу устройств релейной защиты, в которой используются фильтры токов обратной последовательности, до 10% увеличивают погрешность индукционных счетчиков электроэнергии.

Системы релейной защиты и автоматики (РЗиА) промышленных предприятий осуществляют непрерывный контроль состояния всех элементов системы электроснабжения и реагируют на возникновение повреждений и ненормальных режимов. Большинство находящихся в эксплуатации устройств защиты обеспечивают выполнение предъявляемых к ним требований лишь при синусоидальной форме кривых тока и напряжения. Ухудшение показателей качества электроэнергии, обусловленное ростом числа электроприемников, работа которых сопровождается появлением негативных возмущающих факторов, приводит к возрастанию вероятности неправильной работы устройств защиты. Расчет уставок релейной защиты обычно производится стандартным методом без учета влияния высших гармонических составляющих. Настройка реле защиты производится также подачей синусоидального тока. Но в ненормальных режимах работы электрической сети, сопровождающихся переходными процессами, возникают значительные искажения синусоидальности напряжений и токов, что, несомненно, оказывает влияние на работу устройств РЗиА.

Действие высших гармоник на системы релейной защиты и автоматики заключается в следующем:

  • снижается срок эксплуатации устройств;
  • сбиваются уставки срабатывания по току и напряжению;
  • возникают необоснованные срабатывания вследствие действия отдельных гармоник.

Эксплуатация систем электроснабжения отечественных и зарубежных промышленных предприятий показала, что батареи конденсаторов, работающие при несинусоидальных режимах, часто выходят из строя в результате вспучивания или взрыва. Причиной разрушения конденсаторов является перегрузка их токами высших гармоник, обуславливающих возникновение в системе электроснабжения резонансного режима на частоте одной из гармоник.

Фильтры  высших гармоник
Увеличение использования силовых полупроводниковых приборов в промышленности, таких как 6-12-24 импульсные выпрямители, устройства плавного пуска, частотные приводы привело к появлению гармонических искажений в сети. Искажения кривой напряжения создаваемые этими приборами приводят к сбоям в работе оборудования и необходимости применения фильтров высших гармоник.
Типичные проблемы, связанные с искажением синусоидальности кривой напряжения (несинусоидальностью напряжения) это: перегрев трансформаторов и кабелей, выход из строя конденсаторов в конденсаторных установках.

Силовые фильтры высших гармоник представляют собой RC либо RLC цепочки настроенные на подавляемую гармонику, и работающие как поглотитель, превращая ее в тепло, которое выделяется на индуктивности или емкости. Так как RC цепочку трудно настроить на определенную частоту, то она служит как широкополосный фильтр и резистор регулирует ширину диапазона подавления высших гармоник. 

Высоковольтные фильтрокомпенсирующие устройтсва подразделяются на несколько типов:

  1. ФКУ — фильтро-компенсирующие устройства;
  2. БСК — батареи статических конденсаторов (нерегулируемые);
  3. УБСК — управляемые (регулируемые) БСК;
  4. СТК — статические тиристорные компенсаторы.


Фильтрокомпенсирующие устройства ФКУ

ФКУ или Силовые фильтры гармоник, также известные как пассивные фильтры гармоник, представляют собой особый тип конденсаторных установок, задачей которых является фильтрация гармоник совместно с компенсацией реактивной мощности. Фильтрокомпенсирующие устройства необходимы на предприятиях тяжелого машиностроения либо перерабатывающих производствах, где широко применяются дуговые плавильные печи, электролитические ванны высокого напряжения 6(10) кВ, а также другое энергоемкое оборудование с нелинейным характером потребления электроэнергии. Работа такого рода оборудования ЗАПРЕЩАЕТСЯ без наличия силовых фильтров гармоник.

Устройство и принцип работы ФКУ
Целью внедрения ФКУ является уменьшение реактивного сопротивления LC-цепочек до значений, близких к нулю, и шунтирование главной электрической сети (на частоте заданной гармоники). Фильтрокомпенсирующие установки представляют собой LC либо RLC цепочки, настроенные на резонанс с определенной гармоникой, порядок которой определяется заказчиком либо по результатам замеров. В стандартном исполнении фильтрокомпенсирующее устройство  состоит из вводной ячейки, современных однофазных реакторов и нескольких батарей конденсаторов, устанавливаемых на металлических оцинкованных конструкциях. ФКУ огораживается сеткой для безопасности персонала, либо размещается в специализированном контейнере. Типовое исполнение ФКУ – открытое (на раме) либо в утепленном контейнере. Максимальное напряжение ФКУ, выпускаемых нашей компанией – 220 кВ, максимальная мощность - до 6000 кВАр. ФКУ оснащаются системами защиты и сигнализации. Наше предприятие изготавливает ФКУ для фильтрации 3, 5, 7, 9, 11, 13 15, 17, 19, 21, 23, 25-ой гармоники.

Экономически целесообразно применение фильтрокомпенсирующих установок на напряжение 6/10 кВ в связи с тем, что высоковольтные потребители создают меньший спектр гармонических искажений (где сильно выражены 3, 5, 7 гармоники и в меньшей степени гармоники более высших порядков) по сравнению с низковольтными потребителями. Поэтому технически и экономически выгоднее реализовать схему фильтрокомпенсирующего устройства, настроенную на одну (две, три) гармоники, чем на широкий спектр гармоник потребителей 0,4 кВ.   

Помимо фильтрации гармоник, фильтрокомпенсирующие устройства выполняют компенсацию реактивной мощности потребителей на основной частоте (50 Гц). Поэтому данные устройства различают по реактивной мощности. Самое простое фильтрокомпенсирующее устройство имеет статическую величину реактивной мощности, которую оно передает в главную электрическую сеть и настроено на подавление одной из гармоник (по требованию заказчика).

Электрическая часть ФКУ представляет собой симметричную трехфазную RLC-цепь. Т.к. каждая такая цепь может фильтровать только одну гармонику, то для обеспечения фильтрации нескольких гармоник ФКУ, как правило, состоит из нескольких секций, каждая из которых обеспечивает фильтрацию одной из гармоник и компенсацию части дефицита реактивной мощности.

Компоновка ФКУ.
Вводная ячейка выполнена из листовой стали и имеет антикоррозионное покрытие. Внутри нее размещается вводной аппарат, управляющая, светосигнальная и защитная аппаратура. Блоки конденсаторов располагаются друг над другом и устанавливаются на опорные полимерные изоляторы. В состав блока входят косинусные высоковольтные конденсаторы (трех - или однофазные), закрепленные на стальной раме и соединенные сборными шинами.  Все конденсаторы допускают длительную работу при повышении номинального напряжения на 10%. Однофазные реакторы с воздушным сердечником установлены на полимерных изоляторах и соединены с вводной ячейкой и конденсаторными блоками медными шинами. Индуктивность реактора варьируется от нескольких мГн до нескольких десятков мГн.

ООО «Техноэлектро» при изготовлении фильтрокомпенсирующих устройств применяет трехфазные конденсаторы для ФКУ устройств небольшой мощности и однофазные для составления блоков большой мощности (параллельные и последовательные соединения). В отдельных случаях ФКУ большой мощности могут комплектоваться специальной схемой для сигнализации выхода из строя отдельных конденсаторов (пробой, потеря емкости) и отключения ФКУ - так называемой схемой небалансной защиты.

Фильтровые реакторы с воздушным сердечником имеют высокую линейность индуктивности (L), зависящую от его геометрии и количества витков. Необходимость их использования в конструировании силовых фильтров гармоник была обусловлена потребностью в стабильности частоты фильтра для всех режимов работы Фильтрокомпенсирующего устройства. Воздушные фильтровые электрические реакторы представляют собой катушки многожильного провода, намотанные на армирующий каркас. Параметры проводников подбираются для каждого типономинала реактора. Основание реактора имеет высокую механическую прочность и антикоррозийную обработку, что позволяет размещать его на открытом воздухе. Конструкцией реактора гарантирована его безотказная работа в условия загрязненных сред и низких температур. Для каждого реактора предусмотрена возможность регулировки индуктивности (схоже с трансформаторам) с помощью регулировочных отпаек в его обмотке.

Возможно изготовление ФКУ ступенчатого типа для случаев пошаговой компенсации реактивной мощности потребителей с фильтрацией гармоник.

Для внедрения ФКУ необходимо знать следующие основные характеристики: 

    • номера гармоник для подавления
    • реактивную мощность силового фильтра на основной частоте (50 Гц)
    • вид размещения ФКУ.

Лучше всего заполнить полный опросный лист и связаться с нашими специалистами.

Внедрению ФКУ должны предшествовать тщательные замеры параметров качества электроэнергии, потому что только в этом случае возможно правильно подобрать параметры установок. Кроме этого, важно учитывать специфику оборудования, которое эксплуатируется на предприятии, где планируется внедрение ФКУ.

 

Регулируемые и нерегулируемые батареи статических конденсаторов БСК

Батареи статических конденсаторов БСК – эффективное средство управления потоками реактивной мощности и нормализации уровней напряжения. Наша компания разрабатывает и производит БСК и конденсаторные установки на напряжения до 220 кВ.

Регулирование напряжения с помощью БСК.

Величина напряжения в различных точках энергосистемы изменяется в зависимости от нагрузки и схемы сети. Этот параметр согласно ГОСТ 13109-87 должен находиться в пределах от 5 до 20% (табл. 1).

Таблица 1. Напряжение в энергосистеме

Напряжение БСК

Кроме того, ограничение по наибольшему рабочему напряжению электрооборудования диктуется надежностью работы изоляции электрооборудования, т.к. постоянно повышенное напряжение вызывает ускоренное старение изоляции и выход ее из строя. У большинства потребителей электроэнергии допускаются длительные отклонения напряжения от номинального не более чем на ±5%. Превышение номинального напряжения приводит к сокращению срока службы оборудования, уменьшение снижает производительность и экономичность электроприемников, пропускную способность линий электропередачи, может нарушить устойчивость работы синхронных и асинхронных электродвигателей. Как видно из таблицы 1, с повышением номинального напряжения допустимые повышения напряжения уменьшаются с 20 до 5%. Это связано с ростом стоимости изоляции в установках более высоких напряжений, минимизацией затрат на изоляцию и выполнением оборудования практически на номинальное напряжение. Допустимые снижения напряжения в энергосистеме также лимитированы и составляют от 10 до 15%. Как мы видим, в электросетях возможны колебания напряжения от –15 до +20%. Поэтому при изменении параметров схемы, величины нагрузки, и режима работы электрической сети необходимо регулировать уровень напряжения посредством технических мероприятий. Как известно напряжение у потребителя определяется формулой:

U = Uцп – (PнRэ + QнXэ) / Uцп

где, Uцп – напряжение центра питания; Pн и Qн – активная и реактивная мощность нагрузки потребителя; Rэ и Xэ – эквивалентное активное и индуктивное сопротивление между центром питания и потребителем.

Из приведенной формулы видно, что можно влиять на напряжение у потребителя, изменяя реактивную мощность Qн, например, регулируя её с помощью батареи статических конденсаторов.

Снижение потерь при передаче электроэнергии с помощью БСК.

Доля технологических потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях напряжением 6–10 кВ в среднем составляет 8–12% от величины электроэнергии, отпущенной в сеть данного напряжения. Величина потерь электроэнергии определяется параметрами электрической схемы, конструкцией сетей и режимом нагрузки. Как показали расчеты для реальных сетей 10 кВ, потери электроэнергии существенно зависят от величины реактивной мощности, передаваемой потребителям по элементам сети. Например, при изменении коэффициента мощности (tgφ) от 0,5 до 0,8 потери электроэнергии увеличиваются примерно на 20%. Анализ показаний счетчиков активной и реактивной электроэнергии показал, что значения коэффициентов мощности на шинах 10 кВ источников питания и на подстанциях 35–110/10 кВ изменяются в процессе эксплуатации и достигают значений 0,77–0,85. То есть, потери электроэнергии при передаче реактивной мощности становятся существенными. Эффективным способом снижения потерь электрической энергии в сетях 10 кВ является установка батарей статических конденсаторов. Выбор мощности и мест установки компенсирующих устройств проводится по условию минимума приведенных затрат с учетом стоимости компенсирующих устройств и ожидаемой экономии от снижения потерь электрической энергии.

Номенклатура БСК и КРМ                                        Мощность

Номенклатура батарей статических конденсаторов

 

 

Батареи статических конденсаторов (БСК). Конструкция.

Батареи статических конденсаторов на напряжения 6, 10, 35, 110 и 220 кВ мощностью от 5 до 200 МВАр производятся на базе косинусных однофазных конденсаторов, путем параллельно–последовательного соединения их в звезду или треугольник в зависимости от режима работы нейтрали. Внедрение батарей статических конденсаторов позволяет увеличить напряжение на шинах подстанций на 3–4%, снизить потери в сетях 6–110 кВ, скорректировать перетоки энергии и урегулировать напряжение в энергосистеме. Кроме того, при превалировании тяговой нагрузки, вследствие ее неравномерности и обусловленной тем самым неравномерной загрузки линий, возникает необходимость регулировать показатели качества передаваемой электроэнергии применением компенсирующих устройств (БСК или реакторов, в зависимости от режима).


Батарея статических конденсаторов 5 МВАр   Батарея статических конденсаторов 35 кВ
Батарея статических конденсаторов 5 МВАр 10 кВ (пример)   Батарея статических конденсаторов 13 МВАр 35 кВ (пример)
     
Батарея статических конденсаторов 110 кВ    
Батарея статических конденсаторов 52 МВАр 110 кВ (пример)    

 

БСК состоит из групп силовых конденсаторов, собранных в стальные несущие блоки, закрепленные на полимерных изоляторах. БСК выполняется на трех стойках с размещенными на них конденсаторами, токоограничивающими реакторами и трансформаторами тока. Между стойками БСК предусмотрены 6-метровые проезды для автокрана, предназначенные для монтажа блоков конденсаторов. БСК поставляется в исполнении У1 для температур от –55 до +45 град. С. Для более низких температур БСК монтируется в утепленном быстровозводимом контейнере. Стальные конструкции выполняются из сварных профилей, защищенных от коррозии гальваническим цинкованием (цинковое покрытие – не менее 650 г/м2). Конструкции собраны в блоки по 6–8 конденсаторов, монтируются на месте, и имеют в комплекте крепеж, наконечники и медные шины для соединения конденсаторов, а также гибкие медные переходы. В БСК применяются силовые конденсаторы 600 кВАр / 6–10 кВ, 560 кВАр / 11,7 кВ для напряжений 35 кВ, 542 кВАр / 7,94 кВ для напряжений 110–220 кВ с двумя фарфоровыми изоляторами и встроенными предохранителями. Трансформаторы тока ТФЗМ (по 1 на фазу) подключаются первичной обмоткой в разрыв двух параллельных групп, и в случае разбаланса выдают сигнал на устройства РЗА для отключения головного выключателя. Токоограничивающие реакторы (по 1 на фазу) ограничивают ток при включении БСК. Соединения выполняются гибкой медной шиной, для предотвращения повреждения изоляторов при температурном расширении/сжатии либо при воздействии электродинамических сил.

Для запроса БСК у нашей компании воспользуйтесь опросным листом и свяжитесь с нашими специалистами.

 

Статические тиристорные компенсаторы СТК

Номинальные параметры СТК и отличительные особенности:
- номинальное напряжение: от 6 до 35 кВ;
- номинальная мощность: от 10 до 360 МВАр;
- водяное или воздушное принудительное охлаждение тиристоров, воздушная изоляция;
- передача импульсов управления тиристоров в виде световых импульсов по волоконно-оптическим каналам;
- избыточные тиристоры в каждой фазе;
- резервирование ключевых компонентов;
- модульная конструкция для легкого обслуживания.
- срок окупаемости компенсатора составляет 1 – 1,5 года.

Быстрые тиристорные компенсаторы имеют возможность в непрерывном режиме и практически мгновенно, в соответствии с запросами сети, вводить емкостную или индуктивную составляющую, регулируя, таким образом, напряжение в линии и поддерживая необходимый уровень генерации реактивной мощности.

Установка статических тиристорных компенсаторов в необходимых точках сети позволяет увеличить пропускную способность линий электропередачи, снизить потери, улучшить синусоидальность кривой напряжения в различных режимах работы.

В дополнение к этому статические тиристорные компенсаторы снижают колебания активной мощности, вызванные изменениями напряжения. Статические тиристорные компенсаторы применяются как в распределительных, так и во внутризаводских сетях.

Статические тиристорные компенсаторы — очень эффективное средство для выравнивания колебаний напряжения при быстроизменяющейся нагрузке. Тиристорные компенсаторы реактивной мощности практически единственное экономически выгодное решение для удаленных от подстанции предприятий (нагрузок), где сеть достаточно слабая.

Основная схемная конфигурация СТК включает в себя конденсаторные батареи, настроенные как фильтры высших гармоник – фильтрокомпенсирующие цепи (ФКЦ), постоянно подключенные к сети или коммутируемые выключателями в соответствии с требованиями Заказчика, и включенные параллельно им в «треугольник» три фазы управляемых тиристорами реакторов - тиристорно-реакторная группа (ТРГ).

Угол зажигания тиристоров может быстро изменяться таким образом, чтобы ток в реакторе отслеживал ток нагрузки или реактивную мощность в энергосистеме.

Номинальная мощность и схема СТК выбирается для каждого конкретного объекта в зависимости от параметров схемы электроснабжения, вида компенсируемой нагрузки и требований по качеству электроэнергии. Для каждого отдельного случая производится расчет требуемой мощности ТРГ и ФКЦ и определяется их состав.

Основные преимущества применения СТК заключаются в следующем:

Для линий электропередач:

- повышение статической и динамической устойчивости линии передачи;
- снижение отклонений напряжения при больших возмущениях в системе;
- стабилизация напряжения;
- ограничение внутренних перенапряжений;
- увеличение передаточной способности электропередачи из-за улучшения устойчивости при большой передаваемой мощности;
- фильтрация токов высших гармоник.

Для промышленных установок:
- снижение колебаний напряжения;
- повышение коэффициента мощности;
- снижение токов высших гармоник;
- снижение искажений напряжения.

Для дуговых сталеплавильных печей:
- существенное снижение возмущений в питающей сети;
- возможность подключения мощных печей к энергосистемам с низкой мощностью КЗ;
- повышение среднего коэффициента мощности;
- снижение токов высших гармоник, текущих в энергосистему;
- компенсация несимметрии токов фаз ДСП;
- повышение производительности печи;
- увеличение вводимой в печь мощности за счет стабилизации напряжения;
- снижение расхода электродов;
- предотвращения резонансных явлений за счет установки фиксированных фильтров высших гармоник.

Пример применения СТК для дуговой сталеплавильной печи:

Применение статического компенсатора реактивной мощности позволяет в течение миллисекунд компенсировать колебания реактивной мощности по каждой фазе индивидуально и обеспечить подачу уравновешенного и стабильного напряжения.
Помимо существенного снижения возмущений в питающей сети, снижения несимметрии токов фаз печи и предотвращения резонансных явлений за счет фильтрации высших гармоник, применение СТК способствует повышению среднего коэффициента мощности печи, снижению времени плавки и повышению производительности печи.
Увеличивая подаваемую на электропечь активную мощность, СТК может сократить время расплава до 30 %. Указанное время вычисляется по формуле:

где G – вес закладки, тонн;
W – удельное потребление энергии, кВт/тонн;
F – коэффициент использования, равный примерно 0,8;
P1 – мощность печи без СТК;
P2 – мощность печи с СТК.

Сокращение времени расплава для печи в результате увеличения активной мощности:

 

 

 Рассмотрим, как изменятся основные показатели работы электродуговой сталеплавильной печи, после применения СТК:

ЭДСП 50 МВА, 65 тонн без СТК с СТК Улучшение, %
СТК, МВАр
-
60
-
Коэффициент мощности
0,71
1
-
Падение напряжения, %
10
0
-
Мощность на металлолом, МВт
20,2
24,4
21
Энергия, кВтч/тонна 406 481 18
Время плавки, ч 1,6 1,33 17
Производство стали, тыс.тонн/год
200
243
22,5
Износ электрода, кг/тонна
3,5
3,2
9

Для запроса БСК у нашей компании воспользуйтесь опросным листом и свяжитесь с нашими специалистами. Также более подробно вы можете ознакомиться с информационной статьей по гармоникам и методам борьбы с ними здесь >>>

info Главная | Карта сайта | E-mail | Контакты |