Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Качество электроэнергии на промышленных предприятиях

Специальные вентильные преобразователи - Качество электроэнергии на промышленных предприятиях

Оглавление
Качество электроэнергии на промышленных предприятиях
Нормирование качества электрической энергии
Характеристики измененного стандарта на качество
Состояние качества электрической энергии на промышленных предприятиях
Расчет отклонений напряжения
Расчет колебаний напряжения
Экономический ущерб
Ущерб, обусловленный отклонениями напряжения
Ущерб при колебаниях напряжения
Централизованное регулирование напряжения
Местное регулирование напряжения
Рациональное решение схем электроснабжения
Специальные технические устройства для ограничения колебаний напряжения
Снижение уровня высших гармоник
Специальные вентильные преобразователи
Ограничение несимметрии напряжения
Универсальность и многофункциональность методов и средств повышения качества напряжения
Обоснование точности настройки резонансных фильтров
Эксплуатационный контроль ПКЭ

Специальные вентильные преобразователи, уменьшающие отрицательное влияние гармоник на питающую сеть, основаны на следующих принципах и разработках:
1. Схемы с поочередным управлением последовательно (параллельно) включенными преобразователями. Эти схемы позволяют значительно уменьшить набросы реактивной мощности в переходных режимах работы вентильных электроприводов. Кроме того, удается снизить уровень гармоник сетевого тока и напряжения питающей сети на 10—30%. Так, при последовательном включении управляемого и неуправляемого 6-фазных преобразователей коэффициент несинусоидальности кривой напряжения
(53)
где /Снс(у) и Кнс(н> — коэффициенты несинусоидальности, обусловленные работой управляемого и неуправляемого мостов, взятые в предположении, что взаимное влияние преобразователей отсутствует.
Коэффициенты Л^С(у) и Кшс<н> находим по выражениям, которые получаем на основе гармонического анализа коммутационных импульсов:

где а—угол управления; у и v0—углы коммутации управляемого и неуправляемого преобразователей, находятся из выражений

где 1„.х. — относительная величина коммутационного падения- напряжения.
Выражение (53) позволяет заключить, что по степени искажения кривой напряжения двухмостовая схема с поочередным управлением занимает промежуточное положение между 6- и 12-фазной схемой. Реализация четырехмостовой схемы позволит, очевидно, получить режим преобразования, промежуточный между 12- и 24- фазным.
На рис. 50 показана схема, принятая ВНИПИ Тяжпромэлектропроект для тиристорных приводов широкополосного прокатного стана «2000». Режим, промежуточный между 12- и 24-фазным по уровню коэффициента несинусоидальности, обеспечивается (при поочередном управлении) применением для каждого из последовательно включенных преобразователей направления «вперед» 12- фазной схемы. Эта схема позволила понизить значение Кис в питающей сети 10 кВ с 20% до 14%. Схемы с поочередным управлением имеют лучшие энергетические показатели, чем обычные схемы с одновременным управлением.
Схема последовательного соединения вентильных преобразователей
Рис. 50. Схема последовательного соединения вентильных преобразователей для двухъякорного двигателя
2. Форму кривой сетевого тока можно улучшить введением тока тройной частоты в схему преобразователя; управлением магнитным потоком, при котором в кривых потока и тока уничтожаются высшие гармоники.
На рис. 51 показано подключение источника тока тройной частоты к преобразователю, коммутируемому по схеме с уравнительным реактором.
Схема подключения источника тока тройной частоты к преобразователю
Рис. 51. Схема подключения источника тока тройной частоты к преобразователю, коммутируемому по схеме с уравнительным реактором

Рис. 52. Схема компенсации высших гармоник магнитного потока посредством создания намагничивающей силы высших гармоник в третичной обмотке
Выражение для амплитуд гармоник линейного тока имеет вид

где Id — выпрямленный ток преобразователя, А; 1ат — амплитуда накладываемого тока третьей гармоники.
Очевидно, что ток любой гармоники можно уменьшить до нуля подбором соответствующей величины отношения 2IamUd. Компенсация высших гармоник магнитного потока в магнитопроводе трансформатора преобразователя осуществляется путем создания намагничивающей силы (НС) высших гармоник в третичной обмотке трансформатора преобразователя, рис. 52.
Магнитный поток, обусловленный этой НС, имеет направление, противоположное направлению основного потока в трансформаторе, при этом гармоники магнитного потока компенсируются. Настоящая схема позволяет подавлять гармоники как канонических порядков, так и анормальные гармоники потока и линейного тока преобразователя. Осуществление этих схем связано с усложнением и удорожанием преобразователя, снижением его надежности и КПД.
3. Использование многофазных эквивалентных схем преобразователей целесообразно лишь при относительно небольшом (до 10—20%) различии нагрузок преобразователей, работающих в эквивалентном многофазном режиме. Выражение для приближенной оценки значения нескомпенсированных гармоник Д/v в А, нехарактерных для эквивалентного многофазного режима, имеет вид


где KV = IV/I1\ Id — нагрузка одного из преобразователей, А; /х— первая гармоника тока нагрузки этого преобразователя

  1. Idz — I<z,— разница выпрямленных токов, преобразователей, работающих совместно в многофазном режиме, A; /v — ток v-й гармоники одного из преобразователей, А.

В табл. 25 представлены средние значения A/v//v для канонических гармоник 5—25-го порядков при Ala/ld = 0,l и а = = 10—50°.
Из приведенных в табл. 25 данных следует, что при реализации эквивалентных 12-фазных схем компенсация 5-й и 7-й гармоник происходит в большей мере; однако нескомпенсированные гармоники порядков v > 17 при а > 20° оказываются значительными. Это же относится и к 24-фазным схемам.
Из изложенного следует, что применение эквивалентных многофазных схем с числом фаз, превышающим 12, приемлемо лишь при весьма точном согласовании нагрузок соответствующих преобразователей. Отметим, что реализация эквивалентных 12-фазных схем с помощью преобразователей, подключенных к разным секциям (система шин), связанных через индуктивность трансформатора или реактора, нецелесообразна. Технически и экономически оправданным решением является применение 12-фазной схемы при мощности преобразователя примерно 2—3 МВт и более. Фирмы «Дженерал Электрик» и некоторые японские изготавливают фазоповоротные трансформаторы, которые дают возможность осуществить эквивалентные 18-, 24- и 36-фазные схемы выпрямления. Жесткие требования к фазности схем выпрямления существуют в Англии. Так, при мощности КЗ на шинах 400 MB * А допускается питание вентильных нагрузок следующих мощностей:
при 6-фазной схеме — 2000 кВт;
при 12-фазной — 7000 кВт;
при 24-фазной — 15000 кВт.

  1. Схемный способ улучшения гармонического состава сетевого тока применительно к однофазному ИРМ предложен в ИЭД АН УССР. Речь идет об однофазном вентильном ИРМ на базе преобразователя частоты, нагруженного на реактор с линейной характеристикой. В сетевом токе содержится значительное количество гармоник, фазовый сдвиг которых зависит от значения а (любое

целое число, в том числе нуль) и 0 (начальная фаза сигналов управления, поступающих на вентили силовой схемы).
Сущность способа заключается в подключении к сети, вместо одного ИРМ, двух половинной мощности, имеющих общую систему управления. При этом импульсы управления во втором ИРМ сдвигаются на определенный угол по отношению к первому.
Максимальное снижение уровня гармоник имеет место при условии, что 0X — 02 = ± 30°.
Компенсированные вентильные преобразователи (рис. 33), помимо лучших энергетических характеристик, в значительно меньшей степени генерируют токи высших гармоник вследствие фильтрующего действия коммутирующих конденсаторов.
Силовые резонансные фильтры, настроенные на частоты характерных гармоник, являются эффективным средством уменьшения -несинусоидальности напряжения в сетях 6—35 кВ. В СССР имеется опыт выполнения таких фильтров из стандартных серийно выпускаемых промышленностью нерегулируемых элементов: конденсаторов и бетонных реакторов. Методика расчета фильтров и схемы их включения подробно приведены в [14].
Ниже излагаются некоторые рекомендации, вытекающие из обобщения опыта проектирования и эксплуатации таких фильтров. Острая необходимость в установке силовых фильтров имеет место в прокатном производстве и в цехах электролиза, где работают мощные вентильные преобразователи. Так, например, на производстве хлора и каустика одного из химических заводов Украины установлено семь кремниевых преобразователей типа ВАКВ2, в том числе один резервный. Мощность каждого из них 13 MB * А, выпрямленный ток 25 кА, схема выпрямления 12-фазная. Схема их электроснабжения показана на рис. 48.
При раздельной работе силовых трансформаторов (нормальный режим) и одновременной работе двух вентильных преобразователей (одна секция шин 10 кВ) коэффициент несинусоидальности напряжения /Сне = 6%, а с включением секционного выключателя, т. е. при параллельной работе трех преобразователей /Снс возрастает до 7,5%. С целью ограничения уровня высших гармоник для каждой пары секций 10 кВ были установлены по два силовых фильтра, разработанных Киевским отделением УГПИ Тяжпромэлектроироект совместно со Ждановским металлургическим институтом: один, настроенный на 11-ю гармонику, мощностью БК 2400 кВАр и второй, настроенный на 13-ю гармонику, мощностью БК 1920 кВАр. Схема соединения фильтров выполнена в звезду с использованием конденсаторов типа КС-2 напряжением6,6кВ. -Фильтры позволили снизить величину /Сне до 2,5% (при работе двух преобразователей). Опыт их эксплуатации показал, что целесообразным решением может быть использование нерегулируемых фильтров. Ниже в гл. 5 будет приведена подробная методика их выбора. Серийные конденсаторы не обеспечивают регулирования. Необходима разработка специальных конденсаторов и реакторов, предназначенных для работы в схемах силовых фильтров и реакторов.
Фактическая частота гармоники тФ, на которую силовой фильтр имеет резонансную настройку, может отличаться от расчетной. Это объясняется технологическим отклонением параметров элементов фильтра и частоты сети. В соответствии с паспортными данными бетонных реакторов и конденсаторов относительные технологические отклонения параметров индуктивности и емкости соответственно составляют: AL* = 0 — 15% и ДС* в пределах от —5 до +10%. При изменении температуры окружающей среды от —40 до +45° С также имеют место отклонения параметров конденсаторов. С учетом этих отклонений и отклонений частоты сети Д/* = ztz 0,4% расстройка фильтра может быть (-0,884—1,065) vp. Ввиду расстройки фильтров соседних гармоник тока (например 11-й и 13-й) они могут оказаться в режиме резонанса токов или близком к нему между собой и с сетью. В этом случае возможна недопустимая перегрузка фильтров. Экономически и технически целесообразна установка однозвенного фильтра с номинальными параметрами, рассчитанными на частоту дробной гармоники. Для приведенного выше производства хлора и каустика такой гармоникой является v = 12. Однозвенный фильтр сокращает необходимую мощность батарей конденсаторов, число реакторов, площадь установки и объем монтажа. Методика расчета однозвенного фильтра приводится ниже. Исходя из фактической номенклатуры бетонных реакторов, для описанной выше схемы окончательно был принят к установке силовой фильтр, настроенный на гармонику v = 10. Его параметры: мощность батареи конденсаторов Qbk = 3817 кВАр, индуктивность бетонных реакторов Хр = 0,85 Ом (0,4—0,45 Ом). Такой фильтр фильтрует частично токи 11-й и 13-й гармоник. Общий уровень несинусоидальности оказался в пределах нормы, Кнс < 5%. Устойчивость работы конденсаторов в схеме фильтров повысилась.
ВНИПИ Тяжпромэлектропроект разработаны и выданы Минэлектротехпрому СССР технические требования на серию комплектных силовых резонансных фильтров 5, 7, 11, 13-й гармоник с регулируемым (неавтоматически) реактором для сетей 6—10 кВ, мощностью 800 кВАр для 11-й и 13-й гармоник и мощностью 1200 кВАр для 5-й и 7-й гармоник. В 1976 г. изготовлен опытнопромышленный образец фильтра 5-й гармоники мощностью 1200 кВАр напряжением 10 кВ. Данные его эксплуатации показали, что фильтр снизил содержание тока 5-й гармоники в 5 раз. В фильтре использован реактор с замкнутым стальным сердечником. Реактор допускает подрегулировку индуктивности ступенями не более 15% в диапазоне от +25 до —20% номинального значения. Перестройка осуществляется в обесточенном состоянии. При наличии фильтров возможно подключение БК к тем же шинам без защитных реакторов. Схема силового фильтра 0,4 кВ, который осваивается Минэлектротехпромом, показана на рис. 53.
Схема фильтро-компенсирующего устройства
Рис. 53. Схема фильтро-компенсирующего устройства ФКУ 0.4 кВ:
Ф — фильтр высших гармонических; КУ — тиристорный регулятор реактивной мощности (компенсирующее устройство); БК — батарея конденсаторная
Опыт  разработки и промышленная эксплуатация фильтров высших гармоник имеется за рубежом (США, Япония, ФРГ и Др.). Обычно это простые режекторные фильтры, состоящие из последовательно включенных нерегулируемых конденсаторов и реакторов. Реакторы фильтров зарубежных фирм, как правило, изготовляют без железного сердечника. Это обеспечивает лучшую добротность, но приводит к увеличению габаритов.
В частности, фирмами ФРГ разработана схема и поставляется оборудование силовых фильтров 2, 3, 4, 5, 7-й гармоник для электросталеплавильного цеха (ЭСП1Х) одного из заводов в СССР. Эти фильтры работают параллельно на напряжении 7,5 кВ. В ЭСПЦ устанавливаются семь ДСП емкостью 90 т каждая и четыре ДСП емкостью 120 т каждая.



 
« Исследование электрической прочности высоковольтных вакуумных дугогасительных камер после бестоковой коммутации   Кварценаполненные взрывобезопасные шахтные трансформаторы и подстанции »
электрические сети