Возрастание удельного веса нелинейных нагрузок, имеющих низкий коэффициент мощности, привело к необходимости применять в составе фильтров батареи конденсаторов весьма большой мощности (Кр >0,015), что позволило значительно снизить требования к точности настройки фильтров. Следует также отметить, что ущерб, обусловленный высшими гармониками тока и напряжения в сети максимален при значительных величинах напряжения гармоник и уменьшается в квадратичной зависимости. Поэтому необходимость полного снижения уровней гармоник на основе экономических соображений, практически отсутствует; достаточно снизить их до предела, определяемого техническими требованиями, например, до значения коэффициента несинусоидальности 5%, допустимого согласно ГОСТ 13109-67. При таком подходе в рассматриваемом случае (Кр>0,015 ) отпадает необходимость устанавливать большое число фильтров.
Действующее значение основной и высших гармоник
;
где n - порядковый номер гармоники
Реактивная мощность преобразователя подлежащая компенсации
Q=7,43/2=3,715МВАр;
По табл.16-19 [6] выбираем конденсатор:
тип КС2-6,3-100-2УЗ
емкость С=8,03мкФ; цена Ц=2,15у.е./кВАр.
Вариант распределения реактивной мощности между фильтрами
Ф11 Q=1,5МВАр – 5 параллельно включенных конденсаторов в каждой фазе
Ф13 Q=1,5МВАр – 5 параллельно включенных конденсаторов в каждой фазе
Ф23 Q=0,9МВАр – 3 параллельно включенных конденсаторов в каждой фазе
Фильтр 25 гармоники не устанавливаем, т.к. имеем перекомпенсацию реактивной мощности.
Рассмотрим необходимость установки Ф23 гармоники с точки зрения обоснования точности настройки СРФ.
Ф11 ;
Ф13 ;
Ф23 ;
Т.к. , то снижать требования к точности настройки СРФ нельзя и необходимо использовать все 3 СРФ.
6.9. Анормальные гармоники, генерируемые вентильными преобразователями
При симметрии управляющих импульсов систем импульсно-фазового управления вентильные преобразователи являются источниками нечетных высших гармоник тока, которые могут быть найдены по соответствующим формулам или кривым. При гармоническом анализе кривых линейных токов управляемых преобразователей в ряде случаев имеет место асимметрия управляющих импульсов; углы управления a по отдельным каналам системы управления могут отличаться друг от друга и от установочного значения a на величину ошибки.
Наличие ошибок углов управления в статическом режиме работы преобразователя обусловливается разбросом параметров элементов, из которых собраны устройства импульсно-фазового управления, а также несовершенством частотных фильтров на входе этих устройств; последнее существенно при питании их от сети с несинусоидальным напряжением. Появление значительных ошибок возможно также при некачественной настройке систем импульсно-фазового управления. При 6-фаз-ной схеме в спектре тока преобразователя содержатся как гармоники канонических порядков (n=5; 7; 11;13 ), так и неканонические, или анормальные гармоники (n=2; 3; 4; 6; 8; 9; 10...).
Распределение ошибок углов зажигания управляемых вентилей подчиняется нормальному закону. Это объясняется в первую очередь тем, что на величину ошибки влияет большое число независимых случайных факторов.
Величины анормальных гармоник тока, генерируемых вентильными преобразователями, очень малы; они не могут создать значительных гармоник напряжения в питающей сети.
6.10. Параметры силовых фильтров
Цепи фильтров включаются в звезду с изолированной нейтралью, соединение в треугольник не применяется из опасения, что перекрытие изоляции одной фазы конденсаторов, приводящее к междуфазному замыканию, может вызвать большие повреждения фильтров. К нулевой точке в большинстве случаев подключаются реакторы; при этом корпусная изоляция конденсаторов имеет напряжение относительно земли на несколько процентов меньше, чем в случае, когда к нулевой точке подключены, конденсаторы; это соображение считается существенным и такое включение является рекомендуемым.
В соответствии с техническими условиями эксплуатации батарей конденсаторов, принятыми в большинстве европейских стран, длительно допустимые превышения напряжения и тока сверх номинальных значений лимитируются некоторыми величинами соответственно Си и Ci (в долях от номинальных значений). Согласно ГОСТ1282-68 Си ==1,1 и Сi ==1,3; длительные перегрузки конденсаторов приводят к сокращению срока службы их.
Для конденсаторов, работающих в схемах силовых фильтров, стремятся не допускать превышения напряжения в сравнении с номинальным значением (Сu=1) Фазное напряжение промышленной частоты на зажимах батареи конденсаторов фильтра определяется по формуле
, (6.5)
где Un—фазное напряжение промышленной частоты на шинах подстанции.
, (6.6)
Коэффициент характеризует степень увеличения напряжения на батарее, в сравнении с напряжением на шинах за счет последовательного включения реактора.
Напряжение n-й гармоники на конденсаторах при соединении в звезду
, (6.7)
где Inб — ток n-й гармоники, протекающий в батарее конденсаторов; — емкостное сопротивление ее при промышленной частоте.
Номинальный ток батареи конденсаторов:
, (6.8)
Проверка выбранных батарей конденсаторов производиться по условию допустимой перегрузки по напряжению:
, (6.9)
где ;
Проверка выбранных батарей конденсаторов по условию допустимой перегрузки по току:
, (6.10)
Учитывая возможность проникновения в фильтр других гармоник помимо той, на которую он настроен, целесообразно выбрать коэффициент Сi с некоторым запасом; окончательно второе условие для выбора батарей фильтров представим в виде
, (6.11)
Ф11 , - условие не выполняется.
В реальных условиях необходимо принимать во внимание отклонения емкости от номинальных значений. Данное отклонение рассмотрим ниже.
Ф13 , - условие выполняется;
Ф23 , - условие выполняется;
Выбор реактора производим по уравнению идеального резонанса. При идеальной настройке в резонанс и номинальных значениях индуктивности Lном и емкости Сном справедливо следующее соотношение:
, (6.12)
, (6.13)
По табл.4-30 [3] выбираем:
Ф11 тип РБА-6-200-4
DР=5,1кВт на фазу, Ц=1720у.е.
По табл.16-38 [6] выбираем:
Ф13 тип РБАС-6-2х1000-4
DР=8,5кВт на фазу
Ф23 тип РБАС-6-2х600-4
- одной ветви
DР=7,5кВт на фазу
Отклонения индуктивности и емкости от номинальных значений.
Индуктивность L имеет отклонение, обусловленное несовершенством технологии изготовления реакторов:
; (6.14)
где относительное отклонение индуктивности от номинального значения .
Согласно ГОСТ 1479-69 допускается относительное отклонение индуктивности в пределах 0—15%.
В реальных условиях вследствие изменения геометрических размеров реактора в зависимости от температуры нагрева индуктивность его несколько возрастает с температурой; однако это изменение незначительно и им можно пренебречь.
Емкость батарей конденсаторов С также имеет отклонение DС от номинального значения, обусловленное в первую очередь разной толщиной бумаги, пропитываемой синтетическими жидкостями:
, (6.15)
где относительное отклонение емкости от номинального значения .
Согласно ГОСТ 1282-68 допускается относительное отклонение емкости конденсаторов в пределах -5 +10%.
Зависимость емкости батареи конденсаторов Сt от температуры нагрева определяется известным соотношением
, (6.16)
Здесь Со - величина емкости при температуре 20 °С;
Dt = t °-20°; —температурный коэффициент емкости;
для конденсаторов с пропиткой синтетическими жидкостями он равен -4—8•10-4 1/°С.
Таким образом, выражение для емкости конденсаторов одной фазы фильтра можно представить в виде
, (6.17)
С учетом выше изложенного, сделаем перерасчет для фильтра 11 гармоники по допустимой перегрузки по току.
Ф11 , 1,14>1,12 – превышение допустимого тока на 1,7%.
Индуктивное и емкостное сопротивления фильтра изменяются с изменением частоты питающей сети. Обозначив через Dw отклонение частоты от номинального значения , можем записать:
, (6.18)
где относительное отклонение частот от номинального значения .
Абсолютная величина реактивного сопротивления фильтра гармоники DXфn при расстройке резонансного контура вследствие отклонений индуктивности и емкости от номинальных значений представляется выражением
, (6.19)
Реальные значения и пределы изменения величин, входящих в формулу, следующие:
Dt=0—60°С; = -0,02 -0,01.
=
= -83Ом – отклонение носит емкостной характер.
= -70Ом – отклонение носит емкостной характер.
Ф23 ,
= -12Ом – отклонение носит емкостной характер.
Относительное отклонение реактивного сопротивления фильтра от величины емкостного сопротивления при идеальной резонансной настройке выражается формулой
, (6.20)
a—это коэффициент, характеризующий расстройку фильтра в зависимости от возможных отклонений индуктивности и емкости, обусловленных технологическими и эксплуатационными условиями. Требуется, чтобы çaï<0,1, таким образом, возможная расстройка может достигать двух порядков.
Оценим величину относительного отклонения реактивного сопротивления фильтра на нерезонансных частотах в частности на частоте n=13. Реактивное сопротивление фильтра на частоте гармоники порядка :
, (6.21)
- отклонение реактивного сопротивления фильтра на нерезонансных частотах можно не учитывать.
6.11. Особенности работы силового фильтра при отклонениях от резонансной настройки
Идеальный фильтр гармоники полностью потребляет ток этой гармоники In, генерируемый нелинейными нагрузками в питающую сеть. При конечных значениях активного и реактивного сопротивлений фильтра потребляемый им ток может быть больше или меньше тока гармоники, генерируемого всеми источниками.
Обозначим коэффициентом загрузки фильтра n-й гармоники током этой гармоники или, для краткости, коэффициентом загрузки по току.
, (6.22)
где , (6.23)
Qr – условная добротность фильтра, определяемая отношением реактивного сопротивления реактора и активного сопротивления цепи фильтра при промышленной частоте; принимаем Qr>10,
b - относительное отклонение полного сопротивления фильтра от величины индуктивного (емкостного) сопротивления при резонансе
, (6.24)
Анализ цепей фильтров с учетом возможных вариантов компоновок их показывает, что для фильтров 5, 7, 11 и 13-й гармоник с мощностью батарей конденсаторов 1 500 квар и более практически всегда можно обеспечить Qr>10. При этих условиях с достаточной для практики точностью можно считать b»a.
При пренебрежении активным сопротивлением фильтра (Qr®), формула переходит в более простую
, (6.25)
В формуле берется знак “плюс”, если проводимость фильтра носит индуктивный характер.
Ф11 =1,5,
Коэффициент эффективности работы фильтра (сокращенно — коэффициент эффективности) характеризует относительное уменьшение гармоники напряжения в сети и определяется отношением проводимости сети и эквивалентной проводимости сети и фильтра (а также и отдельных батарей конденсаторов, если они имеются) на частоте этой гармоники.
Коэффициент эффективности определяется по формуле
, (6.26)
Ф13 =2,
.
6.12. Анализ частотных характеристик сетей с фильтрами и отдельно устанавливаемыми батареями конденсаторов
Включение в сеть батареи конденсаторов без защитных реакторов, приводит к изменению эквивалентной реактивной проводимости сети. Влияние емкости батарей на эквивалентную частотную характеристику возрастает с ростом номера гармоники. Подключение батареи обуславливает уменьшение величины емкостного сопротивления прямой последовательности сети, вследствие чего нуль частотной характеристики сдвигается в область меньших частот. При этом возможно возникновение резонанса токов на частотах, как правило, 11-й и 13-й гармоник, что весьма опасно для сети и батареи. Поэтому в случае, когда в сети имеются силовые фильтры, батарею конденсаторов следует включать после подключения фильтров.
Для исключения резонанса токов на частотах гармоник относительно невысокого порядка (n=17, 19) при наличии батарей конденсаторов без защитных реакторов необходимо устанавливать силовые фильтры повышенной мощности, в особенности на частоты гармоник порядков n=11, 13; мощность конденсаторов фильтров в сравнении с расчетной увеличивается на 15—20%.
Совместное использование силовых фильтров и батарей конденсаторов без защитных реакторов вполне допустимо, однако необходимо дополнительно учитывать возможность появления нулей частотной характеристики на частотах гармоник 17—25-го порядков.
Проведенный анализ позволяет также построить рациональную систему защитных отключений фильтров при аварийном отключении одного из них.
Если включены фильтры 11-й и 13-й гармоник, то при аварийном отключении фильтра 11-й гармоники должен отключаться также фильтр 13-й гармоники; при отключении фильтра 13-й гармоники фильтр 11-й гармоники может быть оставлен в работе. Батарея конденсаторов, подключенная к шинам без защитного реактора может быть оставлена в работе.
По табл.31.7.[1] выбираем разъеденитель тип: РВ-6/400
Предельный сквозной ток I=41кА
Предельный ток термической стойкости/время прохождения тока термической стойкости
16кА/4с.
Проверку производим по термической устойчивости:
Выбор вакуумного выключателя.
По табл.31.4. [1] намечаем к применению тип: ВВ-10-20/630УЗ
Ток динамической устойчивости Iдин=52кА
20кА/3с.
Время отключения 0,075с.
Время включения 0,1с. Привод пружинный.
Ц=161у.е.
Проверка:
по динамической стойкости:
i ном.дин.> i уд., 52кА>47,4.
Выбор предохранителей.
Согласно ПУЭ [2] номинальный ток плавкой вставки предохранителя Iв, не должен превышать 160% номинального тока защищаемого им конденсатора, т. е.
, (6.27)
Рабочий ток фильтра:
, (6.28)
, ;
Ф13 , ;
По табл.31.14. [1] выбираем
Ф11,13 тип: ПКТ 102-6-31,5УЗ
Iном=50А
Ф23 тип: ПКТ 102-6-31,5УЗ
Iном=80А
6.14. Расчет батарей конденсаторов
Составим уравнение баланса реактивной мощности
,
По табл.31.25.[1] намечаем к применению конденсаторную установку типа:
УКЛ-6,3-1800У1 из 4 ячеек.
тип: ПКТ 101-6-20УЗ
Iном=31,5А
6.15. Измерения, управление, сигнализация и блокировка
Измерение тока в цепи конденсаторной установки позволяет контролировать нормальную работу конденсаторов. Равенство емкостей всех трех фаз конденсаторной установки должно измеряться тремя амперметрами, указывающими ток в каждой фазе установки, либо одним амперметром с переключателем.
По показаниям амперметров можно судить о загрузке конденсаторов токами как основной, так и высших гармоник. Для подключения трех амперметров достаточно двух трансформаторов тока, третий амперметр включается на сумму токов, проходящих в двух других фазах.
Для нормальной эксплуатации конденсаторных установок необходимо контролировать напряжение на зажимах конденсаторов, которое не должно превышать допустимое для них напряжение. Целесообразно подключать вольтметр к шинам распределительного устройства, так как при этом представляется возможным измерение напряжения в сети при отключенной конденсаторной установке. Так же включается вольтметр при отсутствии разрядного трансформатора напряжения, когда применяются конденсаторы со встроенными разрядными сопротивлениями.
Учет выработанной конденсаторной установкой реактивной энергии осуществляется счетчиками реактивной энергии, которые устанавливают на присоединениях конденсаторных установок мощностью 100 кВАр и выше при условии, если отдача ими реактивной энергии учитывается при расчете с предприятием по коэффициенту мощности. Данные о количестве реактивной энергии, выработанной конденсаторной установкой, и данные о потреблении активной энергии позволяют определить коэффициент мощности электроустановки.
Присоединение конденсаторных установок возможно к сети как ниже, так и выше 1 000 В. Включение конденсаторных установок может производиться рубильником или разъединителем при ручном управлении или выключателем при дистанционном управлении на переменном или постоянном оперативном токе. Однако эти способы не могут обеспечить быстроты оперативного управления и требуют наличия на подстанциях обслуживающего персонала. Целесообразно отдавать предпочтение автоматическому управлению конденсаторными установками.
Схемы управления присоединениями КУ аналогичны схемам управления трансформаторами, электродвигателями. При этом необходимо особое внимание обратить на следующее. Включение и отключение присоединения КУ следует производить по возможности быстрее во избежание повторных зажиганий при переключении.
При дистанционном автоматическом управлении присоединением КУ следует предусматривать в схеме включения КУ после ее отключения выдержку времени порядка 3—5 мин., которая необходима для разрядки КУ до безопасного напряжения (не выше 50 в). Выдержку времени порядка 3—5 мин. необходимо предусматривать и в схеме автоматического управления, которая необходима для отстройки от кратковременных изменений режимов работы сети. В схеме автоматического управления предусматривается установка переключателя для перевода на ручное или автоматическое управление. При этом должна быть учтена возможность обязательного ручного аварийного отключения выключателя конденсаторной установки.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
