Показатели качества электроэнергии

Если связь СЭС прокатного стана  с ТЭЦ или ГПП осуществляется по протяженному шинопроводу, то при  работе стана также возникают  субгармонические колебания. Такие  явления были зафиксированы в  сети 10 кВ непрерывного прокатного стана, связанного с ТЭЦ шинопроводом общей  длиной (с ответвлениями) около 14 км. Возникающие при этом кратковременные  перенапряжения были причиной повышенной аварийности в кабельной сети.

Для борьбы с отмеченными выше недостатками ПК практикуется ряд методов. К ним  относятся применение специальных  конденсаторов, допускающих кратковременные  перенапряжения; использование постоянно  включенных шунтирующих резисторов, сопротивления которых в несколько  раз превосходят сопротивления  конденсаторов при промышленной частоте; подключение параллельно  конденсаторам защитных разрядников, шунтирующих конденсаторы при КЗ за ними на стороне потребителя.

Для исключения возникновения феррорезонансных явлений в сетях, питающих руднотермические печи, магнитная индукция разделительного  или последовательно регулируемого  трансформатора должна быть не более 1,2 Тл для холоднокатаной и 0,8 Тл – горячекатаной  стали.

В европейской практике установки ПК применяются достаточно широко. Известна, например, установка  ПК в сети 30 кВ металлургического  завода в Бельгии, питающей несколько  прокатных станов с вентильными  приводами, в том числе широкополосный стан и обжимной стан (блюминг–слябинг). Размахи КН в сети снизились на 36 %.

Снижение КН с помощью  быстродействующих СТК. Компенсация КН в данном случае осуществляется за счет компенсации набросов РМ. Для обеспечения компенсирующего эффекта время запаздывания при генерации РМ компенсатором должно быть минимальным, чтобы не вызвать увеличение уровня КН. Так, например, при компенсации наброса РМ прямоугольной формы с некоторым временем запаздывания Dt вместо одного появляется два наброса РМ и уровень КН увеличивается. Это обстоятельство учитывается на практике при проектировании системы автоматического управления СТК, а также выборе его мощности.

 

Максимальная  компенсирующая способность СТК  связана с  максимальным размахом КН, который может быть скомпенсирован, следующим выражением

.  (11.3)

Очевидно, что КН с разностью  будут компенсироваться полностью, а при – до значения .

Доза фликера  после компенсации

,          (11.4)

 

где 

 

Значения  , а, следовательно, и максимальную мощность СТК можно определить, приравняв . Однако решить уравнение аналитически не представляется возможным. Поэтому на практике можно применить следующий способ.

Эквивалентное число КН при условии, что все КН имеют максимальный размах , находится из соотношения

    .                                 (11.5)

С другой стороны, после компенсации этих, эквивалентных по дозе фликера, максимальных КН до допустимого уровня ( ), получается

.                                            (11.6)

Из последних  двух выражений следует

                                             (11.7)

или

.                                              (11.8)

Отметим, что расчет по выражению (11.8) дает завышенные результаты (погрешность 5 – 10% в зависимости от степени разброса размахов КН).

 

Пример 1. Определить ДФ на шинах 10 кВ подстанции 1 после реконструкции – переноса резкопеременных нагрузок на шины подстанции 2 (рис. 11.3). Значения доз фликера на шинах подстанций соответственно = 3,78, = 5,25. Мощности КЗ на шинах 10 кВ и 220 кВ составляют  = 250 МВ^_.А, = 380 МВ^_.А, = 4000 МВ^_.А. Среднеквадратичные значения полной мощности нагрузки подстанций = 15 МВ^_.А, = 38 МВ^_.А. Доля резкопеременной нагрузки подстанции 1 составляет 60 %. В расчетах принять, что ДФ пропорциональна значению среднеквадратичной мощности источника КН.

Решение.  Будем рассматривать ДФ как источники напряжения соответственно по 1-й и 2-й подстанциям и . Для удобства выполнения преобразований введем обозначения ; ; ; .

1. Составим  систему уравнений для определения  и

 

Рис. 11.3- Схема для расчета колебаний напряжения		Рис. 11.4- Схема замещения для сети  рис. 11.3.

 

так как  .

Аналогично  находим

.

Таким образом,

.

Аналогично  находится выражение для 

.

Решая совместно  два последних уравнения, находим  выражения для  и

,

.

2. Значение  ДФ, обусловленное резкопеременной  нагрузкой подстанции 2,

.

3. После  переключения резкопеременной нагрузки  на шины подстанции № 2 ДФ  на шинах «спокойной» нагрузки  подстанции 1:

.

4. Доза  фликера в узле 1 после подключения  резкопеременной нагрузки на  шины подстанции 2

Таким образом, схемное решение, заключающееся  в переносе резкопеременной нагрузки на шины 10 кВ подстанции 2, позволяет  снизить уровень колебаний напряжения на шинах  
10 кВ подстанции 1, где подключена спокойная нагрузка, до допустимого значения.

 

 

Лекция 12

 

Снижение несинусоидальности напряжения

 

Снижение несинусоидальности напряжения обеспечивается либо рациональным построением СЭС предприятия, при  которой параметры, характеризующие  несинусоидальность напряжения, будут  в допустимых пределах, либо применением  специальных схем коммутации нелинейных нагрузок, а также корректирующих устройств. На практике, как правило, сочетают различные методы.

Обеспечить  допустимый уровень несинусоидальности в некоторых случаях возможно путем выделения нелинейных нагрузок на отдельную секцию шин, подключенную к одной из обмоток многообмоточного трансформатора или реактора. В этом случае на шинах нелинейной нагрузки допустимый уровень несинусоидальности определяется только условиями надежной работы автоматических систем управления и самих нагрузок (например, условиями  надежной коммутации ВП). Возможно также  иное решение: рассредоточение нелинейных нагрузок по различным узлам СЭС  с подключением параллельно этим нагрузкам электродвигателей. Такой  подход в некоторых случаях может  обеспечить допустимый уровень несинусоидальности.

Нагрузки в виде ДСП и руднотермических печей подключаются через специальные  печные трансформаторы к узлам сетей 35–110–220 кВ, что приводит, по существу, к «выбросу» ВГ в сети ЭЭС. Присоединение таких нагрузок требует установки корректирующих устройств для фильтрации ВГ.

Подключение мощных ВП к узлам сетей 110–220–330 кВ через специальные трансформаторы с соответствующим высшим номинальным напряжением допустимо лишь в случае, если к узлу сети  не подключены «холостые» или слабо загруженные тупиковые ВЛ длиной более 0,5 критической l_кр в соответствии с выражением

,             (12.1)

где b – коэффициент фазы линии (b»0,06 град/км); х_к – сопротивление КЗ на шинах подстанции; z_с – волновое сопротивление линии (z_с = 330¸400 Ом).

Это условие справедливо  также для случая, когда ВП подключены к отдельной обмотке трехобмоточного  трансформатора. Это объясняется  нелинейным и несимметричным характером АЧХ входного сопротивления ЭЭС  со стороны узлов 110 кВ и выше.

Шестипульсные мостовые ВП одинаковой мощности могут группироваться попарно таким образом, чтобы сетевые обмотки каждой пары трансформаторов были соединены в звезду и треугольник. При этом в случае одинаковых нагрузок преобразователей реализуется эквивалентный 12-пульсный режим, так как происходит взаимная компенсация ВГ, не характерных для 12-пульсного преобразователя (5, 7, 17, 19, ...) Однако при неодинаковых нагрузках ВП, работающих в эквивалентном 12-пульсном режиме, а также при асимметрии управляющих импульсов при различной настройке СИФУ этих ВП нескомпенсированные ВГ могут быть значительными; реализация эквивалентного многопульсного режима может оказаться неэффективной. Режим требуемой пульсности обеспечивается также с помощью трансформаторов ВП со специальным выполнением обмоток; как правило, в прокатном производстве используются 12-пульсные схемы. В электролизном производстве реализуются многопульсные режимы с большим числом пульсаций (18, 24, 36, …).

Сдвиг по фазе между векторами линейных напряжений на зажимах трансформатора может быть обеспечен с помощью  специальных фазоповоротных трансформаторов, подключаемых перед трансформаторами ВП. Например, угол сдвига фаз должен быть 15°, если работают два 12-пульсных ВП; при этом реализуется эквивалентный 24-пульсный режим. Практика свидетельствует о том, что использование 12-пульсных ВП целесообразно при их мощности 3 МВт и более.

В последние  годы в сложных преобразовательных устройствах, сочетающих группы последовательно  или параллельно соединенных  одно- или двухмостовых ВП, используются специальные законы управления, обеспечивающие подавление одной или нескольких ВГ сетевого тока. Обычно подавляются  ВГ, на частотах которых возможны резонансные  явления в сети. Так, для одной  из схем, используемых в горнодобывающей  промышленности, при разности углов  управления анодными и катодными  группами вентилей, равной 36°, подавляется 5-я гармоника, 26° –7-я. Этот метод иногда применяется и в других отраслях промышленности при «спокойных» нагрузках.

Батареи конденсаторов  для компенсации РМ в сетях  с нелинейными нагрузками при K_U < 5% должны включаться последовательно с защитными реакторами. При большем уровне несинусоидальности конденсаторы используются в схемах настроенных или ненастроенных ФКУ.

В сетях 6–10–35 кВ с источниками  ВГ индуктивность защитного реактора выбирается таким образом, чтобы  цепь реактор–батарея носила индуктивный  характер на частоте гармоники наименьшего  порядка n_нм из имеющихся в амплитудном спектре источника согласно выражению

(12.2)

где С_БК – емкость БК на фазу,

или

(12.3)

где х_р и х_БК – сопротивления реактора и БК при промышленной частоте.

При использовании  защитных реакторов напряжение на конденсаторах  в сравнении с напряжением  на шинах возрастает пропорционально  значению a_нм, определяемому выражением:

(12.4)

В сетях напряжением до 1 кВ БК, работающие в условиях наличия ВГ, также должны включаться последовательно с защитными  реакторами; индуктивность реактора выбирается согласно выражению (12.3). При наличии нескольких цеховых трансформаторных подстанций, подключенных к шинам 6–10 кВ электростанции или подстанции, и источников ВГ, питающихся от этих шин или от трансформаторных подстанций, принимают n_нм = 3, если в амплитудном спектре токов источников имеется 3-я гармоника (частота 150 Гц), либо n_нм = 5, если наименьший порядок гармоники соответствует частоте 250 Гц.

Батареи конденсаторов, работающие в  сетях, в которых имеют место  КН, непрерывно находятся в переходных режимах дозаряда и частичного разряда, вызванных повышением напряжения сети. Переходные режимы сопровождаются увеличением  тока через БК и их повышенным нагревом. Кроме КН и ВГ на конденсаторы оказывают  также существенное влияние ОН

Фильтро-компенсирующие устройства  являются аппаратами многоцелевого  назначения и применяются для  компенсации РМ и снижения уровней  ВГ. Эти фильтры настраиваются на частоты одной или нескольких ВГ, преобладающих в амплитудных спектрах напряжения сети, либо на промежуточную частоту в зависимости от вида нелинейных нагрузок и значения k_р, определяемого по формуле

              (12.5)

где Q_p – установленная мощность БК n_р-й гармоники; S_к – мощность КЗ на шинах, к которым подключено ФКУ.

В сетях с 6-пульсными ВП при k_р £ 2×10^-2 устанавливаются ФКУ 5-й и 7-й гармоник. Если при этом не обеспечивается снижение несинусоидальности напряжения до 5 % или менее, дополнительно предусматривается ФКУ 11-й гармоники.

При k_р ³ 2,5×10^-2 достаточно установить только ФКУ 5-й гармоники.

В сетях с 12-пульсными ВП устанавливается  ФКУ 11-й гармоники. В этом случае может быть использовано также ФКУ, настроенное на частоту 7–9-й гармоник (в том числе и дробной частоты), если будет обеспечено требуемое  снижение несинусоидальности напряжения. Такое решение позволяет облегчить  условия работы конденсаторов и  увеличить срок их службы.

Возможна установка ФКУ и  отдельных БК в случае, если последние  используются для регулирования  напряжения. При установке ФКУ 5-й  гармоники должно соблюдаться условие  k_БК/ k_р ³ 2, 11-й гармоники k_БК/ k_р ³ 1,5. Здесь k_БК=Q_БК/S_к, где Q_БК – установленная мощность отдельной БК.