В статье рассмотрены вопросы изменения подхода к построению и эксплуатации силовых сетей после принятия «Энергетической стратегии России»; УКРМ и АФГ в несырьевой промышленности Новосибирска и нефтехимическом кластере Уфы, а также оптимальные решения компенсации реактивной мощности и локализации гармонических возмущений.
С утверждением Правительством РФ новой «Энергетической стратегии России» (расп. № 1523-р от 09.06.2020) изменились общие принципы подхода к построению и/или эксплуатации силовых сетей, которые к 2015 году должны стать цифровыми по всей стране, а к 2024 — в 70 регионах РФ. Уфа и Новосибирск, как и другие крупные промышленные центры федерации, не станут исключением из правил.
Однако в обновленной версии «Энергетической стратегии» пролонгированы задачи энергосбережения, импортозамещения и повышения энергетической эффективности, которые уже сегодня должны решаться с учетом цифровой трансформации электрических сетей в рамках перехода к экономике нового уровня — 4-й промышленной революции и 6-му технологическому укладу (см. о цифровых сетях, укладах и революциях в публикации генерального директора и бенефициария ООО «МИРКОН» Чудакова А. Ю. под названием «Компенсация реактивной мощности в условиях цифрового производства Industry 4.0», опубликованной в 6-м (июньском) выпуске журнала «Главный энергетик»).
По сути на промышленных и непромышленных объектах по-прежнему придется решать вопросы компенсации реактивной мощности с приоритетом оборудования статуса «отечественное изделие», но традиционные технические средства должны адаптироваться вместе с цифровыми сетями, а параллельно с типовыми УКРМ использоваться активные фильтры гармоник, нивелирующие проблемы плохой совместимости силовых линий/каналов связи с программно-аппаратными комплексами АСУ ТП цифровых сетей.
Важно!
Ёмкий пакет научно-исследовательских работ последних лет показывает, что токи гармоник не только вносят искажения в сетевые параметры, но и приводят к потерям активной энергии. В основном потери активной энергии обусловлены скин-эффектом с повышением общего сопротивления проводов в обмотках или кабелей. Они тем больше, чем выше частота и шире амплитуда тока гармоник.
УКРМ и АФГ на объектах несырьевой промышленности Новосибирска
Новосибирск в целом по стране отличается специфической нетипичной структурой промышленного сектора экономики — при достаточно высоких значениях ВВП и объемах поставок на отечественный и зарубежные рынки промышленность города, а также образований и кластеров Новосибирской области, не сырьевая, а исключительно перерабатывающая.
Системообразующее предприятия, такие как:
ПАО НПО «ЭЛСИБ» (производство турбогенераторов, гидрогенераторов, электродвигателей),
ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» (производство топлива ядерных реакторов, входит в ТВЭЛ, аффилированную госкорпорацией «Росатом»),
филиал ПАО «Компания «Сухой» «НАЗ им. В.П. Чкалова» (самолетостроение),
Новосибирский электровозоремонтный завод (НЭРЗ, с 2017 года в составе холдинга «Синара-Транспортные Машины»),
АО «Новосибирский приборостроительный завод» (приборы для минобороны),
ОАО «Тяжстанкогидропресс» (станкостроение),
ПАО «Сиблитмаш» (литейное машиностроение),
ОАО СКБ «Сибэлектротерм» (электротермическое оборудование) и т. д.
— предприятия разного направления деятельности, объединяющие энергоемкость производства и сложные нелинейные нагрузки в силовых сетях.
В приводах и дуговых печах производственно-технологического процесса задействованы ШИМ-преобразователи разной мощности и уровня, а также целевого назначения, общей чертой которых является генерация большого спектра токов гармоник, в том числе реактивных на фундаментальной частоте и здесь нужна не просто компенсация реактивной мощности, но и эффективное подавление гармоник. Кроме того, традиционные УКРМ с электромеханической коммутацией ступеней не отвечают требованиям автоматически управляемых цифровых сетей, где необходимо оперативное реагирование на управляющие сигналы, а значит их придется менять на быстродействующие УКРМТ с тиристорным управлением.
УКРМ и АФГ на объектах нефтехимического кластера Уфы и Уфимского района
Комплекс предприятий добычи нефти и газа на территории Уфы и Уфимского района по характеру нелинейных, несимметричных и нагрузок большой мощности мало отличается от крупных промышленных объектов Новосибирска, однако:
- Нефтехимический кластер рассредоточен по большой территории и специфика нагрузки определяется целевым назначением предприятия комплекса, т.е. выполнить группировку нагрузки по характеру технически сложно, а значительная доля потерь активной энергии происходит в кабелях большой протяженности, как за счет передачи реактивной мощности, так и вследствие скин-эффекта токов гармоник.
- Многоимпульсные инверторы разных приводов, системы инженерно-технического обеспечения, оборудование Data-центров суммарно насыщают силовую сеть гармониками практически всех порядков различной амплитуды, что делает единственно разумным выбор АФГ по данным профессионального энергоаудита каждого сегмента силовой сети с нелинейной нагрузкой.
По факту, силовую сеть, а часто и её отдельный сегмент, любого предприятия или комплекса придется рассматривать отдельно, а значит и подбирать отдельный АФГ для локализации гармонических возмущений, превентивно демпфируя гармоники низших порядков пассивными L-C-фильтрами для снижения инвестиций.
Оптимальные решения компенсации реактивной мощности и локализации гармонических возмущений
Учитывая очень большую стоимость АФГ, определяемую ценой и мощностью IGBT-транзисторов в контроллере и силовом блоке, а также требования «Энергетической стратегии» по импортозамещению, сегодня целесообразно:
- Интегрировать АФГ максимально ближе к источнику гармонических возмущений.
- Снизить мощность и цену активного фильтра гармоник с помощью:
- пассивных L-C фильтров, устраняющих гармоники низших порядков;
- тиристорных установок УКРМТ, нивелирующих наброс реактивных токов фундаментальной частоты. - Использовать в цифровых сетях сборки со статусом «отечественное изделие» от русских производителей — УКРМТ+АФГ, АФГ+L-C-фильтр, УКРМТ+АФГ+L-C-фильтр, или иные, в зависимости от данных полного энергоаудита объекта.
