В целях упрощения схем автоматического регулирования (АР) реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий целесообразным является программное автоматическое регулирование по времени суток, которое может быть с достаточной точностью определено на базе прогнозируемых графиков нагрузок с учетом технологических процессов работы предприятия. Такое регулирование обеспечивает правильное взаимодействие между источниками реактивной мощности, устройствами по регулированию напряжения в энергетической системе и установками по
компенсаций реактивных нагрузок на данном промышленном предприятии.
При регулировании по времени суток и заданной программе, согласованной с учетом технологии производства, можно получить максимальный эффект регулирования реактивной мощности при минимальном количестве переключений выключателей конденсаторных установок. За то же время при регулировании по другим параметрам (напряжению, току, реактивной мощности и др.) количество переключений выключателей конденсаторных установок будет в несколько раз больше, поскольку изменение этих параметров в течение суток происходит почти ежеминутно и отражается на перегрузке выключателей.
Таким образом, при регулировании по времени суток условия работы выключателей конденсаторных установок более спокойны и равномерны, чем по другим параметрам регулирования реактивной мощности.
Для конденсаторных установок 6—10 кВ и выше число коммутационных переключений по условиям работы высоковольтных выключателей (допускающее всего 2000 операций без капитального ремонта) должно быть минимально ограничено (только вакуумные и элегазовые выключатели допускают практически неограниченное число коммутационных переключений). Это еще раз подтверждает, что автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок по времени суток является наиболее простым, надежным и эффективным средством.
Автоматическое регулирование по времени суток может осуществляться по различным программам, которые задает энергоснабжающая организация, или по определенному графику в зависимости от технологии производства предприятия. Суточный график реактивной нагрузки промышленного предприятия с установившейся технологией можно представить в следующем виде: в утренние часы, с началом работы первой смены предприятия, реактивная нагрузка начинает расти и к 9—11 ч достигает максимума. Затем, ближе к обеденному перерыву, реактивная нагрузка несколько снижается и в обеденный перерыв, когда большая часть нагрузок отключается, снижается до минимума.
После перерыва реактивная нагрузка снова возрастает и к 13—14 ч достигает максимума. Перед окончанием первой смены и началом второй происходит некоторое снижение нагрузки. С началом работы второй смены график реактивных нагрузок изменяется с той же закономерностью, как это было в период первой смены. Если при таком графике реактивных нагрузок предприятия держать постоянно включенной конденсаторную установку и не регулировать ее мощность, то в этом случае не может быть достигнут наилучший экономический эффект.
При минимальной реактивной нагрузке предприятия будет происходить излишняя перекомпенсация с отдачей реактивной мощности во внешнюю сеть, а следовательно, и повышение напряжения, которое может оказаться недопустимым. При максимальной реактивной нагрузке, наоборот, будет недокомпенсация и понижение напряжения в сети промышленного предприятия.
Для обеспечения экономичной работы предприятия конденсаторные установки должны иметь автоматическое регулирование их мощности в соответствии с суточным графиком реактивной нагрузки. В этом случае может быть использовано наиболее простое устройство автоматического регулирования по времени суток с помощью электрических часов с сигнальными контактами типа ЭВЧС с 24-часовой программой включения и отключения, устанавливаемое на центральном пункте предприятия (например, на главном распределительном или диспетчерском пункте предприятия). На рис. 17 представлены различные условия применения регулирования по времени суток. При одноступенчатом автоматическом регулировании имеется возможность управления с помощью одних электрических часов одновременно несколькими конденсаторными установками, расположенными на различных подстанциях одного предприятия (рис. 17,а). Однако это может быть Целесообразно при незначительных расстояниях между подстанциями и при наличии свободных жил контрольных или телефонных кабелей, используемых для передачи импульсов на включение и отключение конденсаторных установок. При больших расстояниях (300 м и* более) между подстанциями и отсутствии жил кабелей экономичнее установить на каждой подстанции индивидуальные электрические часы. В этом случае создается дополнительная возможность разновременного управления конденсаторными установками, расположенными на различных подстанциях, и этим самым получается регулирование ступенями, т. е. осуществляется многоступенчатое регулирование (рис. 17.г).
Рис. 17. Автоматическое регулирование по времени суток.
а — одноступенчатое регулирование с одним ЭВЧС для одной или не. скольких конденсаторных установок; б — то же, но с двумя ЭВЧС; в — то же, но с одним КЭП-12У; г — многоступенчатое регулирование с одним ЭВЧС или КЭП-12У.
На промышленных предприятиях, имеющих несколько конденсаторных установок, рассредоточенных на отдельных подстанциях, может быть осуществлена схема одноступенчатого регулирования по времени суток с использованием двух комплектов электрических часов для одновременного включения и отключения всех конденсаторных установок в зависимости от заданного времени суток. В этой схеме одни электрические часы используются для включения, другие — для отключения (рис. 17,6).
На предприятиях, где отсутствует электрочасофикация, может быть применен командный электропневматический прибор типа КЭП-12У с программным включением и отключением электрических или пневматических цепей с общим количеством до 12 (рис. 17,в, г).
Для целей автоматического регулирования мощности конденсаторных установок по времени суток могут быть использованы также и другие устройства, производящие включение и отключение конденсаторных установок в определенное время суток. Ввиду простоты выполнения регулирующих устройств по времени суток, только косвенно связанных с электрическими параметрами сетей, они могут быть применены практически в любой схеме электроснабжения как на действующих, так и на вновь строящихся предприятиях.
По своему назначению схемы программного автоматического регулирования мощности конденсаторных установок по времени суток могут быть разделены на две группы:
простые релейные схемы с применением электромеханических часов КЭП-12У и др.;
сложные устройства, работающие по заданной программе при помощи средств телемеханики, диспетчеризации по каналам высокой частоты и др., а также с применением счетно-вычислительных машин.
Одной из простейших схем регулирования является автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок по времени суток, которое может производиться на предприятиях, имеющих электрочасофикацию, с помощью электровторичных сигнальных часов с 24-часовой программой включения типа ЭВЧС-24, питающихся от электропервичных часов на постоянном токе в сети напряжением 24 В. Эти контактные часы изготовляются, как правило, с одной сигнальной цепью и имеют один контакт, одинаково срабатываемый при всех настраиваемых положениях стрелки часов. Для работы в схемах автоматики это не всегда удобно, да и к тому же контакт этих часов при срабатывании замыкается на 5—20 с, что создает дополнительные трудности, так как у многих аппаратов и реле, на которые будут действовать эти часы, время срабатывания порядка 1 с. Для нормального действия схемы необходимо иметь .минимум два контакта, осуществляющих раздельное включение и отключение выключателя конденсаторной установки. Общий вид и габариты электровторичных сигнальных часов типа ЭВЧС-24 приведены на рис. 18.
Рис. 18. Конструкция электровторичных сигнальных часов типа ЭВЧС-24.
Номинальная потребляемая мощность механизма сигнальных часов 0,41 Вт. Наименьший интервал подачи сигнала 5 мин. Продолжительность сигнала 5—20 с. При вывинчивании винта в термореле продолжительность сигналов уменьшается, при ввинчивании увеличивается. Установка порядка подачи сигналов производится ввинчиванием в соответствующие гнезда штифтов (для четных промежутков штифты ввинчиваются по наружному кругу, а для нечетных — по внутреннему).
На рис. 19 приведена схема одноступенчатого автоматического регулирования по времени суток с применением электровторичных часов типа ЭВЧС-24 с одним контактом и двумя реле времени с примерной программой по времени включения и отключения конденсаторной установки.
Схема работает следующим образом: при замыкании контакта ЭВЧС на время, соответствующее заданной программе, и в зависимости от положения размыкающего или замыкающего контакта выключателя В включается либо реле времени 1В на включение конденсаторной установки, либо реле 2В на ее отключение. Введение в схему двух реле времени необходимо потому, что продолжительность замыкания контакта ЭВЧС длится до 15 с и, как видно из временной характеристики, при
выдержках реле по 10 с можно достигнуть перекрытия [продолжительности времени замыкания контакта ЭВЧС 15 с и, таким образом, не допустить ложного включения или отключения конденсаторной установки. При замыкании контакта ЭВЧС в соответствии с графиком нагрузки предприятия подается импульс на включение конденсаторной установки в 7, 12, 16 и 20 ч на отключение в II, 14, 19 и 23 ч.
Рис. 19. Схема одноступенчатого автоматического регулирования по времени суток с двумя реле времени.
Для определения правильной последовательности работы устройства после осмотра или ремонта необходимо учитывать, что при первоначальном включении конденсаторной установки следует вводить схему автоматики в положение, соответствующее времени суток, т. е. если между 7 ч и II ч установка должна находиться во включенном состоянии, то и автоматика должна быть введена во включенное состояние, иначе может нарушиться порядок последовательности операций управления конденсаторной установкой.
В схеме управления перевода с ручного на автоматическое предусматривается переключатель ПВ. Для запрета автоматического включения конденсаторной установки при ее отключении от действия релейной защиты
служит промежуточное реле П, выполненное с самоблокировкой и кнопкой возврата.
На рис. 20 приведена схема одноступенчатого автоматического регулирования по времени суток с применением ЭВЧС с примерной программой по времени включения и отключения конденсаторной установки. В этой схеме в отличие от схемы с двумя реле времени (см. рис. 19) перекрытие продолжительности замыкания контакта ЭВЧС достигается взаимной блокировкой двух промежуточных реле 1П и 2П.
Рис. 20. Схема одноступенчатого автоматического регулирования по времени суток с двумя промежуточными реле.
При замыкании контакта ЭВЧС, например в 7 ч, включается реле промежуточное 1П, своим замыкающим контактом замыкает цепь катушки включения контактора и включает конденсаторную установку. Контакт контактора К в цепи 1П размыкается, а контакт 1П замыкается, удерживая катушку 1П во включенном состоянии до тех пор, пока не разомкнётся контакт ЭВЧС. Цепь катушки 2П, разомкнувшаяся контактом 1П, также удерживается в отключенном состоянии. При размыкании контакта ЭВЧС (через 15 с) схема снова приходит в первоначальное состояние, только взаимно меняются положения контактов контактора К в цепях 1П и 2/7. При последующем замыкании ЭВЧС. например в 11 ч,
произойдет соответственно отключение конденсаторной установки и т. д.
На рис. 21 приведена принципиальная схема одноступенчатого регулирования по времени суток с применением одного комплекта ЭВЧС, но для управления одновременно несколькими конденсаторными установками. Схема работает следующим образом: при замыкании контакта ЭВЧС одновременно для каждой конденсаторной установки включаются разделительные промежуточные реле 1П, 211 и 3/7, необходимые для разделения оперативных цепей управления на каждой установке, которые своими контактами в схеме автоматики вместо контакта ЭВЧС включают или отключают свою конденсаторную установку.
Рис. 21. Принципиальная схема одноступенчатого автоматического регулирования по времени суток одновременно несколькими конденсаторными установками.
На предприятиях, имеющих электрочасофикацию, могут быть использованы автоматические устройства в виде блоков БРВ-1 и БРВ-2, предназначенные для размножения контактов электровторичных часов типа ЭВЧС в системе автоматического регулирования конденсаторных установок по времени суток. Блоки типа БРВ-1 применяются для автоматического регулирования конденсаторных установок напряжением 380 В, а блоки типа БРВ-2 — для конденсаторных установок напряжением 6—10 кВ.
Принципиальная схема соединений блока размножения контактов типа БРВ-1 с электровторичными часами и конденсаторной установкой приведена на рис.22, конструкция блока размножения контактов типа БРВ-1— на рис. 23. Блок представляет собой металлический шкаф, в нижней части которого крепится рейка с зажимами для присоединения контрольного кабеля, а внизу корпуса шкафа имеется отверстие для его подвода.
Рис. 22. Принципиальная схема соединений блока размножения контактов типа БРВ-1 с электровторичными часами ЭВЧГ и конденсаторной установкой.
К стене шкаф крепится четырьмя болтами М8.
Рис. 23. Конструкция блока типа БРВ-1.
I — шкаф; 2 — маркировочная таблица: 3 — реле времени РВВ и РВО; Л — автомат А; 5 — выключатель ПВ; 6 — реле РП; 7 — набор зажимов.
На предприятиях, где отсутствует электрочасофикация, в схемах автоматического регулирования мощности
конденсаторных установок по времени суток может быть применен командный электропневматический прибор типа КЭП-12У с программным включением и отключением 12 электрических или пневматических цепей. Потребляемая мощность прибора равна 40 Вт, рабочее напряжение переменного тока 220 В, мощность электрических контактов при активной нагрузке 500 В-А при напряжении 220 В и токе не более 5 А. Конструкция командного электропневматического прибора типа КЭП-12У приведена на рис. 24. Прибор устанавливается только в вертикальном положении.
Рис. 24. Конструкция командного электропневматического прибора типа КЭП-12У.
На рис. 25 приведены принципиальные схемы одноступенчатого и многоступенчатого автоматического регулирования по времени суток с применением КЭП-12У для управления несколькими конденсаторными установками. В принципе схема автоматики с прибором КЭП-12У аналогична схеме регулирования с двумя комплектами ЭВЧС.
При необходимости получения более полной и точной компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях индивидуальное управление отдельными конденсаторными установками не всегда может удовлетворять этим требованиям. Поэтому наиболее целесообразно регулирование по времени суток для нескольких конденсаторных установок, имеющихся на промышленном предприятии, осуществлять от автоматического устройства программного управления (рис. 26), расположенного в центральном пункте предприятия (в главном распределительном устройстве или на диспетчерском пункте).
Рис. 25. Принципиальная схема автоматического регулирования по времени суток прибором КЭП-12У несколькими конденсаторными установками.
а — одноступенчатое регулирование; 6 - многоступенчатое регулирование.
Рис. 26. Схема программного управления несколькими конденсаторными установками от общего автоматического устройства.
Простейшим программным управлением может быть группа электрических контактных часов, от которых по кабельным или телефонным линиям осуществляется связь с аппаратурой управления на конденсаторных установках в различных пунктах предприятия. В определенные часы суток по заданной программе диспетчера и в соответствии с графиком реактивной нагрузки предприятия электрические контактные часы дают импульс на включение или отключение той или иной конденсаторной установки.
Могут применяться и более сложные и совершенные автоматические устройства для регулирования мощности конденсаторных установок по времени суток, основанные на применении логических и полупроводниковых элементов и счетно-решающих устройств по программе, записанной на магнитной ленте. Способы программного регулирования мощности конденсаторных установок по заданному часовому графику (по времени суток) могут быть самые разнообразные, и применение их возможно не только в промышленных электрических сетях, но и в городских и сельских электрических сетях.
При большом количестве конденсаторных установок малой мощности, расположенных на значительных расстояниях одна от другой, как это может иметь место и в городских и особенно в сельских сетях, регулирование по часовому графику является вполне доступным и простым. Это регулирование можно осуществить внедрением циркулярной передачи, направляемой по определенному часовому графику из диспетчерского пункта центральной распределительной подстанции, сигналами соответствующей тональной частоты по обычным сетям 6—10 кВ. Полученные сигналы дешифруются на месте конденсаторной установки, давая импульс на ее включение или отключение.
На рис. 27 приведена конструкция конденсаторной установки в водопыленепроницаемом шкафу, установленная на опоре. Такой шкаф с тремя трехфазными конденсаторами первого габарита и аппаратурой автоматического управления закрепляется на несложном металлическом кронштейне на опоре и подключается к проводам линии передачи 380 В. Автоматическое управление установкой может быть осуществлено по контрольному кабелю от ближайшего пункта управления (или подстанции) либо по проводам линии передачи токами тональной частоты, либо диспетчером с пульта управления.
При наличии Диспетчеризации и телеуправления в системе электроснабжения промышленного предприятия регулирование мощности конденсаторных установок может осуществляться и без автоматики, непосредственно диспетчером предприятия, дистанционно средствами телемеханики или распоряжением по телефону. При этом может быть достигнута максимальная экономичность электроснабжения предприятия, поскольку включение и отключение конденсаторных установок будет производиться оперативно и организованно на основании анализа диспетчером графика активных и реактивных нагрузок промышленного предприятия и энергетической системы.
Рис. 27. Конструкция шкафа с конденсаторами мощностью 3 по 18 кВАр. напряжением 380 В и аппаратурой автоматического управления, установленной на опоре линии передачи.
При определении величины и качества загрузки питающих линий реактивной мощностью диспетчер может централизованно управлять конденсаторными установками, максимально используя выдаваемую ими мощность, и повышать тем самым напряжение в часы наибольшей нагрузки. При этом появляется возможность не допускать перетоков реактивной мощности в энергосистему, снижать напряжение в часы минимальных нагрузок.
