Анонс: Зачем контролируют параметры качества электроэнергии. Новый параметр качества электроэнергии – гармонические искажения. Что важно измерять и где лучше проводить измерения гармонических искажений.
Весь вопрос об измерениях параметров энергосистемы направлен на сбор соответствующих данных для помощи в планировании и эксплуатации сети и оборудования электросетевых компаний в ряде аспектов, имеющих ключевое значение для:
- эффективной передачи и распределения электроэнергии;
- поставок электроэнергии регламентированного стандартами качества вне зависимости от колебаний спроса (нагрузки) в системе;
- обеспечения надежного учета энергопотребления на промышленных, коммерческих и жилых объектах.
Предельно упрощенно для понимания: инженер подстанции проверяет контрольно-измерительные приборы для гарантии, что напряжение и частота поддерживаются в заданных пределах и что ток на различных фидерах соответствует прогнозируемому спросу, который должен соответствовать мощности блоков трансформаторов подстанции. Также контролируется коэффициент мощности для обеспечения надлежащего баланса между активной и реактивной энергией с целью минимизации потерь в системе распределения.
Поскольку нагрузки колеблются в течение дня в ответ на изменения спроса, электросетевые компании включают и выключают батареи конденсаторов, чтобы поддерживать уровень напряжения в допустимых пределах. В условиях небольшой нагрузки (обычно в ночное время) компенсация реактивной мощности не нужна, но с увеличением нагрузки растет и падение напряжения, причем на некотором удалении от подстанции его значение может выйти за допустимый предел и именно тогда «включаются» батареи конденсаторов или индуктивные регуляторы.
В целом такая ситуация была типичной и достаточной для конца прошлого века, но сегодня в связи с неуклонным ростом использования твердотельной электроники в промышленных, коммерческих и жилых объектах задача проведения надежных измерений из-за искажения формы сигналов напряжения и тока стала значительно сложнее. Причем в местах расположения источников гармоник проблема может быть еще хуже.
Неотфильтрованные высокочастотные составляющие тока при нагрузках, создающих гармоники, могут не только вызывать неточности измерительного оборудования, когда они достигают или превышают определенные пороговые значения, но и вызывать помехи связи, нагрев оборудования, ложное срабатывание защитных устройств и даже привести к нестабильности систем регулирования напряжения в синхронных генераторах. Это особенно актуально для ситуаций, в которых трансформаторы подстанций заказчика нагружаются в основном нелинейными нагрузками.
Дополнительная проблема возникает, когда Абонент генерирует значительные гармонические искажения формы волны, которые влияют на соседних потребители коммунальных услуг. А поскольку все потребители в определенной степени могут рассматриваться в качестве«производителей гармоник», то точно определить правильное местоположение источника гармонических искажений может быть очень сложно, особенно когда «в дело вступают» сетевые резонансы.
Что важно измерять и где лучше проводить измерения гармонических искажений
До недавних пор оценку наличия и критичности проблемы гармонических искажений в силовой сети проводили по анализу формы сигналов напряжения и тока, что в целом правильно, ведь активную, реактивную и полную мощность и даже дисбаланс можно рассчитать по этим двум параметрам.
Тем не менее, оборудование для контроля качества электроэнергии в настоящее время дает возможность непосредственного получения пиковых и истинных среднеквадратичных величин напряжения, тока и мощности, а также индексов гармоник, коэффициентов гармонического искажения и т.д. Это на порядки повышает оперативность исследований, нивелирует риски ошибок, обусловленных человеческим фактором, делает замеры более точными и при соответствующей телекоммуникации с системами SCADA решает проблему накопления данных для «прогнозного» регулирования нагрузкой в силовой сети.
В целом возникновение гармонических искажений в силовой сети иногда можно оценить с помощью простой проверки типов нагрузок на объекте и все, что для этого нужно — знание характеристического спектра гармоник каждого типа обычной нелинейной нагрузки. Однако, учитывая дополнительные искажения формы волны, вызванные насыщением трансформатора или резонансными явлениями, в подавляющем большинстве случаев необходимо проводить более точную оценку, включающую прямые измерения в выбранных местах, например, в точке общего присоединения, и в узле, где подключаются нелинейные нагрузки. Понятно, что основное место, где должны проводиться измерения — это интерфейс между абонентом и электросетевой компанией, где ограничения гармоник уже формализованы в новых стандартах.
Но если необходимо разработать схемы фильтрации гармоник,то оптимальным местом замеров становится расположение нелинейных нагрузок. Это характерно для промышленных или коммерческих объектов, где работают большие нагрузки, генерирующие гармоники, и запитанные от трансформаторов, к которым подключены другие чувствительные нагрузки.
Дополнительно «локальные» измерения на местах необходимы для определения причин ненормальной работы или преждевременного отказа оборудования, неожиданного срабатывания релейной защиты или чрезмерных помех в слаботочных линиях телекоммуникации.
Продолжение читайте в следующей статье цикла.
