Высоковольтные системы фильтрокомпенсации реактивной мощности напряжением 3,3-110 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. Искажения кривой напряжения, создаваемые этими приборами, приводят к сбоям в работе оборудования. В результате значительно снижаются качество и надёжность работы систем автоматики, телемеханики и связи, значительно повышаются активные потери во всех элементах электрооборудования, происходит ускоренное старение изоляции электрооборудования, ухудшается качество работы систем сеточного и фазного управления вентилями и т.д. В большинстве случаев оказывается невозможным эффективное использование батарей статических конденсаторов, возникает необходимость 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 регулирует ширину диапазона подавления высших гармоник. 

Высоковольтные фильтрокомпенсирующие устройства подразделяются на несколько типов:

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