УКРМ

Устройства Компенсации Реактивной Мощности (УКРМ)

Согласно Концепции развития ЕНЭС от 2003г., п.12.3.1, в регионах разрабатывается система надбавок за потребление реактивной мощности, предусматривающая использование повышающих коэффициентов к платежу потребителя за потери электрической энергии.

Дополнительным шагом на пути улучшения КЭ, регламентируемым ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения», был Приказ МИНПРОМЭНЕРГО РФ № 49 от 22 февраля 2007 г. «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)».

Несинусоидальные режимы, обусловленные протеканием токов высших гармоник по элементам системы электроснабжения промышленного предприятия, вызывают дополнительные потери активной мощности и электроэнергии. Наибольшие потери имеют место в трансформаторах, двигателях и генераторах.

При наличии высших гармоник в кривой напряжения более интенсивно протекает процесс старения изоляции. Так, например, при несинусоидальности в 5 % через 2 года эксплуатации в 2 раза увеличивается tgδ конденсаторов. Ускоренное старение изоляции наблюдается и в силовых кабелях.

За счет высших гармоник тока довольно часто однофазные КЗ переходят в двухфазные в месте первого пробоя вследствие прожигания кабеля. Следовательно, высшие гармоники в кривой напряжения питающей сети приводят к сокращению срока службы силовых кабелей, повышению аварийности в кабельных сетях, увеличению числа необходимых ремонтов. Опыт эксплуатации показал, что при несинусоидальности 5-10 % суммарные амортизационные отчисления и стоимость текущих ремонтов кабелей возрастают на 15-20%.

Если силовые кабели используются в качестве каналов связи между полукомплектами диспетчерского и контролируемого пунктов, то высшие гармоники тока и напряжения ухудшают работу телемеханических устройств, вызывая сбои в их работе. Кроме того, высшие гармоники вызывают ложную работу устройств релейной защиты, в которой используются фильтры токов обратной последовательности, до 10% увеличивают погрешность индукционных счетчиков электроэнергии.

Системы релейной защиты и автоматики (РЗиА) промышленных предприятий осуществляют непрерывный контроль состояния всех элементов системы электроснабжения и реагируют на возникновение повреждений и ненормальных режимов. Большинство находящихся в эксплуатации устройств защиты обеспечивают выполнение предъявляемых к ним требований лишь при синусоидальной форме кривых тока и напряжения. Ухудшение показателей качества электроэнергии, обусловленное ростом числа электроприемников, работа которых сопровождается появлением негативных возмущающих факторов, приводит к возрастанию вероятности неправильной работы устройств защиты. Расчет уставок релейной защиты обычно производится стандартным методом без учета влияния высших гармонических составляющих. Настройка реле защиты производится также подачей синусоидального тока. Но в ненормальных режимах работы электрической сети, сопровождающихся переходными процессами, возникают значительные искажения синусоидальности напряжений и токов, что, несомненно, оказывает влияние на работу устройств РЗ и А.

Действие высших гармоник на системы релейной защиты и автоматики заключается в следующем:

• - снижается срок эксплуатации устройств;
• - сбиваются уставки срабатывания по току и напряжению;
• - возникают необоснованные срабатывания вследствие действия отдельных гармоник.

Эксплуатация систем электроснабжения отечественных и зарубежных промышленных предприятий показала, что батареи конденсаторов, работающие при несинусоидальных режимах, часто выходят из строя в результате вспучивания или взрыва. Причиной разрушения конденсаторов является перегрузка их токами высших гармоник, обуславливающих возникновение в системе электроснабжения резонансного режима на частоте одной из гармоник.

В свою очередь, установки компенсации реактивной мощности применяются для следующих целей:

• — снижение загрузки силовых трансформаторов (при снижении потребления реактивной мощности снижается потребление полной мощности);
• — обеспечение питания нагрузки по кабелю с меньшим сечением (не допуская перегрева изоляции);
• — за счет частичной токовой разгрузки силовых трансформаторов и питающих кабелей подключить дополнительную активную нагрузку;
• избежать глубокой просадки напряжения на линиях электроснабжения удаленных потребителей (водозаборные скважины, карьерные экскаваторы с электроприводом, стройплощадки и т. д.);
• — максимальное использование мощности автономных дизель-генераторов (судовые электроустановки, электроснабжение геологических партий, стройплощадок, установок разведочного бурения и т. д.);
• — облегчение пуска и работы асинхронных двигателей (при индивидуальной компенсации);
• — повышение качества потребляемой электроэнергии;
• — повышение  надежности системы электроснабжения;
• — освобождение от уплаты штрафов за чрезмерное потребление реактивной мощности.

В начало ↑

УКРМ подразделяются на несколько типов:

1. БСК — батареи статических конденсаторов неуправляемые;
2. УБСК — управляемые (регулируемые) БСК;
3. ФКУ — фильтро-компенсирующие устройства;
4. СТК — статический тиристорный компенсатор;
5. Активный фильтр — СТАТКОМ с функцией фильтрации гармоник;

Тип и параметры каждой установки (продольная или поперечная компенсация) определяются на основании детальной проработки требований Заказчика и реальной ситуации в электрической сети.

При отсутствии у Заказчика возможности единовременной реализации целостного проекта мы предлагаем компромиссное решение, которое состоит в поэтапном строительстве и внедрении разработанных мероприятий, а именно: установка минимально возможного количества оборудования на начальном этапе с получением конкретных показателей с возможностью дальнейшей модернизации этого оборудования без замены существующего и постепенный выход на проектные показатели.

При неправильном применении оборудования компенсации реактивной мощности возможны следующие последствия:

1. превышение напряжения в отдельных точках энергосистемы и выход из строя оборудования;
2. перекомпенсация;
3. возникновение резонансных контуров;
4. выход из строя самого оборудования компенсации.

Примеры применения для дуговой сталеплавильной печи:

Применение статического компенсатора реактивной мощности позволяет в течение миллисекунд компенсировать колебания реактивной мощности по каждой фазе индивидуально и обеспечить подачу уравновешенного и стабильного напряжения.
Помимо существенного снижения возмущений в питающей сети, снижения несимметрии токов фаз печи и предотвращения резонансных явлений за счет фильтрации высших гармоник, применение СТК способствует повышению среднего коэффициента мощности печи, снижению времени плавки и повышению производительности печи.
Увеличивая подаваемую на электропечь активную мощность, СТК может сократить время расплава до 30 %. Указанное время вычисляется по формуле:

где G – вес закладки, тонн;
W – удельное потребление энергии, кВт/тонн;
F – коэффициент использования, равный примерно 0,8;
P1 – мощность печи без СТК;
P2 – мощность печи с СТК.

Сокращение времени расплава для печи в результате увеличения активной мощности:

 Рассмотрим, как изменятся основные показатели работы электродуговой сталеплавильной печи, после применения СТК:
 

Система компенсации реактивной мощности (СКРМ)

На больших промышленных предприятиях с разветвленной сетью электроснабжения задача по компенсации реактивной мощности и приведению параметров качества электрической энергии к ГОСТ становится абсолютно не тривиальной. Как показывает практика зачастую на промышленных объектах требуется  множество УКРМ разного типа, исполнения, классов напряжения, мощности и количества ступеней. Разнородные источники реактивной мощности и фильтрации ВГС становятся подвержены не только влиянию технологического оборудования установленного на предприятии, но и сами становятся источником возмущений негативно влияющими на другие УКРМ. В такой сети создаются колебательные контуры, которые порождают ограничения по работе сети. Несогласованность работы разных УКРМ может приводить к опасным резонансам для исключения которых необходимо выполнение математического моделирования и последующая разработка алгоритмов АУС УКРМ для исключения аварийных ситуаций.

Для исключения аварийных режимов и оптимального подбора набора УКРМ (БСК, УБСК, ФКУ, СТК, АФ, СТАТКОМ и т.д.) техническими специалистам ООО «МЭК» был разработан программно -технологический комплекс системы компенсации реактивной мощности (СКРМ).

«МЭК» имеет богатый опыт в создании СКРМ. Каждый элемент системы связан с другими общей системой управления с человеко-машинным интерфейсом. Автоматизированное рабочее место позволяет управлять и контролировать работу каждого УКРМ. Все действия, режимы работы, сигнализация, все события отображаются на экране рабочей станции. Огромные потоки информации стекаются со всех частей системы в главный вычислительный центр СКРМ на базе высокопроизводительного контроллера. Обработка массива данных происходит с поразительной быстротой. Все события оказываются в ведении системы и не проходят незамеченными. Система постоянно следит за состоянием оборудования и конфигурацией устройств. Опасные и неблагоприятные режимы заранее выявляются и нейтрализуются путем переключения устройств и изменения конфигурации всего комплекса оборудования.

В задачи решаемые СКРМ входит:

- измерение активной, реактивной мощностей на секциях РП, на линиях УКРМ и на вводах;

- обработка полученных данных, протоколирование (в виде таблиц и графиков) и архивирование (в виде таблиц и графиков) их в формате Excel;

- визуализация измеряемых, расчетных и управляющих параметров;

- регулирование напряжения и реактивной мощности посредством отключения и включения ступеней УКРМ;

- оптимальный расчет необходимой реактивной мощности выдаваемой в сеть всеми УКРМ;

- оптимальный расчет в определенный промежуток времени мощности каждой УКРМ

- подстраивание под технологию производства;

- сигнализация тревожных и аварийных ситуаций;

- печать протоколов в утвержденной форме;

- копирование архивов на внешний носитель;

- срок хранения данных – 1 год.

Учитывая тенденции времени СКРМ изначально проектируется и реализуется как FACTS устройство базовый кластер  Smart Grid (Умные сети). Это во многом экономит денежные средства Заказчика и избавляет его в будущем от затрат на модернизацию уже имеющихся УКРМ.

Компания «МЭК» производит системы СКРМ под все индивидуальные требования Заказчика и предоставляет полный пакет документов, согласно требований НД РФ.

В начало ↑