Анонс: эмиссия гармоник в силовых сетях объектов. Общий подход к допустимым уровням гармонических искажений в силовых сетях энергосистем. Как контролировать эмиссию гармоник в своей силовой сети.
В условиях стабильного роста объемов и уровней гармонических искажений в энергосистемах среднего и низкого напряжения из-за бесконтрольной эмиссии и последующей трансмиссии гармоник следует четко понимать, что:
- просто «отсидеться» уже не получится, ведь речь идет даже не об финансовых выгодах от подавления эмиссии гармонических возмущений в собственной силовой сети, а о самой работоспособности энергосистемы объекта;
- «свежий» пакет отечественных стандартов - ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, ГОСТ Р 59032.1-4-2020, ГОСТ IEC 61000-3-2-2021, регламентирующих пороговые нормы эмиссии гармоник, сверх- и интергармоник, а также их подавление, в том числе активными фильтрами (ГОСТ Р 59031-2020) может помочь в устранении проблемы гармонических искажений, но все равно стоит учитывать и требования базовых международных технических регламентов - IEEE Std 519, IEC 61642 и IEEE 1531-2020 (по шунтирующим фильтрам);
- любая силовая сеть должна пройти обследование на спектр и уровни гармонических искажений, и в идеале с помощью профильной структуры, способной выполнить профессиональный энергоаудит объекта, как в часы пиковой нагрузки, так и ненагруженном состоянии с определением пакета параметров для полноценного анализа качества электроэнергии в сети по всему спектру частот гармоник вплоть до 49-го порядка.
Общий подход к допустимым уровням гармонических искажений в силовых сетях энергосистем
Согласно IEEE-519 (а также ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020) рекомендуемые пределы гармонических искажений должны быть проверены путем сравнения с измерениями в точке общего присоединения (РСС - point of common coupling), т. е. на границе между электроэнергетической компанией и потребителем.
Существенной проблемой является то, что уровни могут быть превышены на 50 % при запуске или необычных условиях продолжительностью менее часа. Кроме того, рекомендуется использовать функции распределения вероятностей из полевых измерений, основанные на том, что, если пределы превышены только в течение «короткого» периода, такое условие можно считать приемлемым.
В целом рекомендуемые пределы гармонических искажений зависят от уровня напряжения в системе. Так, например, для электрических сетей 69 кВ и ниже общее искажение напряжения ограничивается 5 %, а никакая отдельная гармоника напряжения не должна превышать 3 %.Что касается гармонических искажений тока, то IEEE-519 определяет пределы, как функцию отношения между током короткого замыкания в PCC (Isc) и средним током, соответствующим максимальному потреблению в течение 12 месяцев (IL). Причем предлагаемые пределы становятся более жесткими для уменьшения отношений Isc/IL и увеличения гармонического порядка.
Здесь следует обратить внимание на следующие аспекты:
- независимо от отношения Isc/IL на PCC, все электроэнергетическое оборудование должно соответствовать значениям неравенства отношения Isc/IL<20;
- четные гармоники ограничены 25 % пределов нечетных гармоник;
- искажения тока, приводящие к искажению постоянного тока (например, полуволновые преобразователи), не допускаются;
- предельные значения оцениваются по суммарным коэффициентам гармонических составляющих, которые рассчитываются по потреблению электроэнергии в течение периода от 15 до 30 минут.
Как контролировать эмиссию гармоник в своей силовой сети
На распространение гармонических токов влияет ряд факторов, которые связывают нарушающую и воздействующую стороны, поскольку они играют важную роль в режиме распространения гармонических токов в энергосистеме. Например, искажение формы волны, создаваемое сильным источником гармоник, все же может быть приемлемым для энергосистемы, если его доминирующая гармоника находится дальше от естественных резонансных точек в системе. И наоборот, небольшой источник гармоник может привести к большим искажениям формы сигнала, если любая из его характеристических гармоник совпадает с резонансной частотой в системе.
Растущая потребность в проведении анализа гармоник в электроэнергетических системах заставляет рассмотреть важность линейных нагрузок, как элементов ослабления гармонических искажений, найти взаимодействие между различными элементами схемы по отношению к установлению параллельных резонансных точек. Важно также установить взаимосвязь между общим уровнем гармонических искажений и провалами напряжения, возникающими при работе тиристоров или любых других электронных коммутационных устройств в силовых преобразователях.
Не последнее значение имеют исследования потока мощности на фундаментальной частоте 50 Гц, чтобы установить оптимальные условия работы для данной сети для удовлетворения требований по генерации и нагрузке. Все существенные системные нагрузки, включая резистивные и индуктивные элементы, батареи конденсаторов, связанные с коэффициентом мощности, профилем напряжения и фильтрами гармоник, должны тщательно анализироваться, причем такие исследования обычно проводятся при анализе энергосистемы в установившемся режиме.
К базовым критериям оценки системы по мощности относят:
- определение потока активной и реактивной мощности для оценки потерь;
- оценку необходимости и уровня выполнения требований компенсации реактивной мощности;
- оценку профиля напряжения вдоль фидеров, особенно в удаленных местах и в условиях большой нагрузки, что позволит определить корректирующие действия для компенсации колебаний и поддержания напряжения в нормируемых пределах;
- оценку пределов нагрузочной способности системы при различных сценариях эксплуатации, что даст информацию о целесообразности изменения размеров проводников и/или трансформаторов и т.д.
Т.е. defacto даже на крупных объектах силами подразделений энергетиков провести полноценный анализ силовой сети нереально, а потому стоит привлекать сторонние организации, безусловно, узкопрофильные и с большим опытом работы в этом направлении. Достоверную информацию можно получить только при полном энергоаудите, а проводить его стоит каждый раз после внесения существенных изменений в нагрузку при модернизации и/или расширении силовой сети и энергосистемы объекта в целом.
Важно
В случае, если по результатам энергоаудита объекта (в часы пиковой нагрузки и ненагруженном состоянии) отмечено наличие трансмиссионных (из других сетей) гармонических искажений, то в соответствие с положениями ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, формализующим ответственности сетевой организации и абонента, будет целесообразной подача рекламации в сетевую организацию. Во всяком случае это снизит риски правовых коллизий с сетевой организацией в будущем, когда ФСТ России наконец внесет изменения в «Правила недискриминационного доступа…» с нормированием показателя электромагнитной эмиссии гармонических искажений.
