Низковольтные и высоковольтные конденсаторные установки, как с автоматическим регулированием генерации реактивной мощности, так и с ручным отключением/включением ступеней на текущий момент остаются приоритетным средством превентивной защиты сетей от рисков дисбаланса мощности и связанных с ним снижением качества поставляемой электроэнергии.
Сравнительно малые объемы потерь активной мощности в КРМ 6,3 (10,5) кВ, УКЛ (П) 56, КРМ 0.4 кВ и др. (в среднем от 0.0025 до 0.005 кВт/кВАр), надежность и простота установки в практически любом сухом помещении или блок контейнере, внушительные резервы перегрузок по току и напряжению (до 30% и 10% от номинальных значений соответственно), несложность ремонта и замены отдельных секций и т.д. в совокупности с достаточно невысокой ценой делают низковольтные/высоковольтные конденсаторные установки оптимальными для компенсации реактивной мощности в сетях низкого (КРМ 0.4 кВ) и среднего напряжения (УКЛ (П) 56).
Вместе с тем, пока так и не решена полностью проблема компенсации реактивной мощности в промышленных сетях с несимметричными нагрузками, имеющими нелинейный характер – вентильными преобразователями, одно- и трехфазными дуговыми печами, установками электрошлакового переплава, индукционными и графитировочными печами, хлораторами и т.д.
Проблемы компенсации реактивной мощности в сетях несинусоидального напряжения.
Сети с несимметричными нагрузками нелинейного характера отличаются несинусоидальностью тока и напряжения, а также повышенным содержанием токов высших гармоник. Так, в сетях с мощными вентильными преобразователями отмечены случаи превышение нормы допустимой несинусоидальности напряжения на 20%, «стандартные» перегрузки по току в 150-180% от номинальных значений при возникновении резонансных явлений конденсаторной установки с индуктивностью сети в области токов высших гармоник, а при регулировке генерации реактивной мощности включением/отключением ступеней – возникновение ударных коммутационных токов, в 4-5 раз превышающих допустимые значения. И это при том, что IEEE Std 519-1992 регламентирует предельные значения нелинейных искажений тока THDI и напряжения THDU (см. таблицы ниже), а реальные перегрузки конденсаторных батарей по току и напряжению не могут превышать 30% и 10% от номинальных значений соответственно.
Предельно допустимые значения нелинейных искажений по току THDI, %
| Iкз / I п. макс. | <11 | 11≤h<17 | 17≤h<23< | 23≤h<35 | 35≤h | THDI, % |
|---|---|---|---|---|---|---|
| <20 | 4 | 2 | 1.5 | 0.6 | 0.3 | 5 |
| 20 - 50 | 7 | 3.5 | 2.5 | 1 | 0.5 | 8 |
| 50-100 | 10 | 4.5 | 4 | 1.5 | 0.7 | 12 |
| 100-1000 | 12 | 5.5 | 5 | 2 | 1 | 15 |
| >1000 | 15 | 7 | 6 | 2.5 | 1.4 | 20 |
Примечание: Предельные значения искажений по току в % I п. макс. для первой гармоники (50 Гц) – первый столбец, а h – нечетные значения порядка гармоник.
Предельно допустимые значения нелинейных искажений по напряжению THDU, %
| Напряжение на шинах | Нелинейные искажения по гармоникам, % | THDU, % |
|---|---|---|
| 69 кВ и ниже | 3 | 5 |
| от 69,001 кВ до 161кВ | 1.5 | 2.5 |
| свыше 161,001 кВ | 1 | 1.5 |
Второй проблемой использования конденсаторных установок является быстро изменяющаяся и знакопеременная величина реактивной мощности (недостаточность или избыточность) в сетях с нелинейными нагрузками, что требует оперативного регулирования объемов генерации реактивной мощности. Причем включаемые/отключаемые объемы генерации зависят от мощности нагрузки и могут лежать в пределах от 100 до 2000 МВАр/с, а это практически нереально в конденсаторных установках с ручным управлением и далеко не всегда доступно в регулируемых конденсаторных установках, оборудованных полной автоматикой.
Т.е. для обеспечения целостности и функциональности устройств компенсации реактивной мощности в сетях с нелинейными нагрузками необходимо не только применение конденсаторных установок с эффективными фильтрами токов высших гармоник, но и тщательная скрупулезная экспертиза поддерживаемой сети по совместимости КРМ 6,3 (10,5) кВ, УКРМ 6,3 (10,5) кВ, УКЛ (П) 56, КРМ 0.4 кВ, по реальным нелинейным искажениям тока THDI и напряжения THDU в спектре гармоник высшего порядка, а также самих низковольтных/высоковольтных конденсаторных установок по реальной скорости срабатывания каждой отдельно взятой ступени, в том числе скорости повторного срабатывания после отключения.
Основные требования к устройствам компенсации реактивной мощности в сетях с нелинейными, несимметричными, резкопеременными нагрузками.
В зависимости от специфики нагрузок промышленной сети - нелинейные, несимметричные и резкопеременные – устройства компенсации реактивной мощности должны:
- обеспечивать эффективную и оперативную по скорости регулирования генерации компенсацию постоянной и переменной составляющей реактивной мощности, что позволит оптимизировать коэффициент мощности и снизить колебания сетевого напряжения;
- иметь эффективную защиту от перегрузок по токам и напряжениям высших гармоник;
- иметь максимально возможные резервы перегрузок по току и напряжению;
- оборудоваться системами охлаждения, поддерживающими оптимальные температуры для работы конденсаторных блоков;
- иметь конструкцию, обеспечивающую быструю и безопасную замену ступеней и/или конденсаторов в ступенях/модулях.
По материалам компании
