Глава девятая
ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
9.1. Применение конденсаторных установок в схемах силовых фильтров
Внедрение управляемых вентильных преобразователей главным образом на металлургических и других крупных промышленных предприятиях приводит к значительным искажениям кривых токов и напряжений в заводских системах электроснабжения. Несинусоидальность кривой напряжения достигает в ряде случаев 10—15%. В результате значительно повышаются активные потери в электродвигателях и трансформаторах, происходит ускоренное старение изоляции кабелей, электрических машин и трансформаторов, снижаются качество и надежность работы систем автоматики, телемеханики и связи. В большинстве случаев оказывается невозможным эффективное использование конденсаторной установки.
Вследствие указанных причин проблема минимизации гармоник является одной из наиболее актуальных. Пути решения ее могут быть различными: неиспользование преобразователей с большим числом фаз; применение специальных схем преобразователей, обеспечивающих сглаживание кривых первичных токов; установка нерегулируемых или регулируемых силовых резонансных фильтров соответствующих частот.
Использование силовых фильтров высших гармоник представляется в настоящее время весьма перспективным решением, тем более что одновременно конденсаторы этих фильтров являются источниками реактивной мощности. В системах электроснабжения металлургических заводов за рубежом силовые фильтры получили широкое распространение.
При различных коммутационных операциях в сетях с силовыми, фильтрами, резких колебаниях напряжения на шинах вследствие набросов нагрузки, различных возмущений в питающей энергосистеме и т. п. в цепях фильтров возникают переходные процессы, сопровождающиеся сверхтоками и перенапряжениями на конденсаторах и реакторах. Эти процессы, как показали исследования, носят колебательный характер.
В сетях электроснабжения с резкопеременными вентильными нагрузками и вентильными нагрузками с относительно равномерным графиком вопросы компенсации реактивной мощности, снижения колебаний напряжения и действующего значения высших гармонических в кривой напряжения, как правило, решаются комплексно. Для решения указанных задач рекомендуется применять следующие специальные устройства: быстрорегулируемые синхронные компенсаторы и силовые фильтры напряжения высших гармонических.
Применение специальных синхронных компенсаторов (ССК) в сетях с резкопеременной вентильной нагрузкой весьма перспективно. Они способны скомпенсировать как постоянную, так и переменную составляющую реактивной нагрузки, изменяющуюся с большой скоростью.
При понижении напряжения на зажимах ССК увеличивается выдача реактивной мощности и тем самым уменьшается снижение напряжения — наблюдается так называемый регулирующий эффект по напряжению. Регулирующий эффект увеличивается при увеличении скорости изменения напряжения. Оснащенные вентильной системой возбуждения с высокими кратностями форсирования напряжения и быстродействующим регулятором, ССК могут иметь высокое быстродействие изменения реактивной мощности. Кроме того, ССК уменьшают высшие гармоники в сети, так как его сопротивление на частотах высших гармонических резко падает.
Выбор параметров силовых фильтров высших гармонических заключается в подборе емкостей КУ и индуктивностей реакторов, обеспечивающих резонансные условия по частоте соответствующей гармоники с учетом допустимой загрузки конденсаторов и реакторов по току и допустимых напряжений на конденсаторах. При этом предлагается, что отклонения индуктивностей и емкостей от номинальных значений находятся в допустимых пределах.
При применении фильтров одновременно решаются две задачи: снижение действующего значения высших гармонических и компенсация постоянной составляющей реактивной мощности.
При применении конденсаторов в сочетании с реакторами, выбранными из условий отстройки от резонанса, следует выбирать конденсаторы с учетом перегрузки их по напряжению вследствие повышения напряжения за реактором и повышения действующего значения напряжения с учетом высших гармонических. Постоянное превышение напряжения на конденсаторах над номинальным может вызвать перегрузки их по току и напряжению.
Учитывая это, следует выбирать конденсаторы с некоторым запасом по напряжению, чтобы исключить их перегрузки. При этом надо иметь в виду, что выдаваемая конденсаторами реактивная мощность будет уменьшаться пропорционально квадрату напряжения.
При выборе фильтров для сетей 10 кВ рекомендуется пользоваться табл. 9.1, в которой приведены параметры фильтров.
Таблица 9.1. Данные для выбора оборудования фильтров высших гармоник для 6 кВ
| Номер гармоники, на которую настроен фильтр | Мощность конденсатора, кВАр | Номинальный ток реактора, А | Реактивное сопротивление, % |
5 | 1200 | 300 | 22,6 |
5 | 1680 | 300 | 17,1 |
7 | 1200 | 300 | 10,5 |
7 | 1920 | 300 | 7,2 |
11 | 960 | 300 | 6,3 |
11 | 1440 | 300 | 3,9 |
11 | 2400 | 400 | 3,1 |
13 | 720 | 400 | 7,4 |
13 | 1440 | 300 | 3,0 |
13 | 2400 | 700 | 3,9 |
Примечание. В случае необходимости рекомендуется применять два реактора, включенных последовательно.
Необходимо выбрать силовые фильтры для установки в сети 10 кВ первой секции шин непрерывного прокатного стана 1700; дефицит реактивной мощности, который должны покрыть конденсаторы фильтров, составляет 7000 кВАр. Максимальная мощность КЗ на шинах 10 кВ составляет 380 MB-А.
Расчетные токи гармоник I5=52 А; I7=36 А; Iп=90 A; Ii3=74,6A..
Принимаем к установке четыре фильтра, настроенных на частоты соответственно 5, 7, 11 и 13-й гармоник. Выбираем мощности фильтров -
Затем выбираем реакторы. Для фильтра 5-й гармоники принимаем два последовательно включенных реактора РБА-10-300-8 и РБА-10-300-9; для фильтра 7-й гармоники — РБА-10-300-7,2; для фильтра 11-й гармоники —РБА-10-400-3,1 и для фильтра 13-й гармоники — РБА-10-600-3.
В схемах силовых фильтров реакторы и конденсаторы могут включаться различным образом (рис. 9.1).
Конденсаторную установку целесообразно собирать из конденсаторов выше 1000 В большой единичной мощности (75—100 кВАр), защищенных плавкими предохранителями.
Заземлять нейтральную точку фильтров конденсаторов в сетях 6—10 кВ недопустимо. Это объясняется тем, что в случае возникновения однофазного замыкания на землю в конденсаторах при резонансном заземлении нейтрали могут возникнуть большие напряжения относительно земли, превосходящие фазные напряжения в 1,5—2 раза; такие перенапряжения опасны для изоляции электрооборудования.
Рис. 9.1. Схема соединения реакторов и конденсаторов в силовых фильтрах:
а в треугольник; б — г — в звезду
