Статические тиристорные компенсаторы СТК (SVC)
Электрические нагрузки как потребляют, так и генерируют реактивную мощность. Так как мощность, потребляемая из сети, изменяется на протяжении суток, соответственно изменяется баланс реактивной мощности в сети. Результатом являются неприемлемые изменения амплитуды напряжения.
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. 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.
 |
Номинальные параметры СТК и отличительные особенности:
- номинальное напряжение: от 6 до 220 кВ;
- номинальная мощность: от 1 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.
Установка статических тиристорных компенсаторов в необходимых точках сети позволяет увеличить пропускную способность линий электропередачи, снизить потери, улучшить синусоидальность кривой напряжения в различных режимах работы.
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.
Виды статических компенсаторов
Существует два основных типа статических тиристорных компенсаторов: тиристорно-управляемые реакторы и тиристорно-включаемые конденсаторы.
Схема TCR (тиристорно-управляемый реактор) наиболее часто используема. Она
включает в себя постоянно включенные конденсаторные батареи с реакторами, на
строенные на 3, 5, 7 или др. гармоники и генерирующие емкостную реактивную мощность
(увеличение напряжения), а также управляемую тиристорами индуктивность (реактор),
вводимый в работу полностью или частично для снижения емкостной части реактивной
мощности. Постоянно включенные конденсаторы с реакторами образуют фильтры для снижения
искажений питающей сети, создаваемых тиристорами, которые управляют реактором.
Схема TSC (тиристорно-включаемые конденсаторы) используется реже. В этой схеме реактор (индуктивность) включен постоянно, а регулирование реактивной мощности происходит быстрым включением/отключением ступеней конденсаторов. Конденсаторы обычно полностью включаются тиристором, соответственно, гармоники тока не генерируются. Момент включения конденсаторов выбирается из условия минимума разницы потенциалов в сети и на выводах конденсатора, момент отключения при переходе тока через 0. Соответственно, переходные процессы при коммутации конденсаторов сведены к минимуму.
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 |
Конструкция и схемные решения установок СТК
Компоновка тиристорного вентиля статистического тиристорного компенсатора.
Основным элементом вентиля является тиристор, с помощью которого, исходя из
расчетных значений допустимых напряжений и токов, формируются последовательные
цепи. При построении тиристорного вентиля особое внимание уделяется мерам безопасности, надежности и сроку службы.
Тиристорная батарея имеет две пары резервных элементов, которые включаются немедленно при отказе тиристора. Кроме того, каждый тиристор имеет защиту при помощи быстродействующего лавинного диода (BOD).
Охлаждение тиристора в статистическом тиристорном компенсаторе.
Каждый тиристор снабжен охлаждающим устройством. Тиристорный вентиль сконструирован для работы в горизонтальном положении в целях улучшения распределения
тепла. Кроме того, в тиристоре предусмотрено поддержание температуры на уровне
ниже стандартных значений благодаря контролю температур в точках ввода и оттока охлаждающей воды.
Система управления статического тиристорного компенсатора.
Система охлаждения включает два дублирующих циркуляционных насоса. При отказе работающего насоса немедленно включается резервный.
Все составные части системы выполнены с применением специальных материалов в
целях увеличения срока службы.
Система контроля и наблюдения. Система обеспечивает дистанционное управление не только статистическим
Пульт управления снабжен всеми видами релейной защиты и контроля.
тиристорным компенсатором, установленным в данном месте, но и всей подстанцией.
Данная система осуществляет наблюдение за состоянием статистическим тиристорным
конденсатором, контролируя непрерывно всю необходимую информацию не только о
значениях напряжения, тока и других параметрах, но также и о количестве диодов BOD, задействованных в каждом тиристорном вентиле, рабочем режиме тиристора,
температуре и давлении в 13 контрольных точках.
Пример схемы включения статического тиристорного компенсатора в сеть 110 кВ:
Для запроса СТК 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 >>>
