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
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
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.
УКРМ подразделяются на несколько типов:
- БСК — батареи статических конденсаторов неуправляемые;
- УБСК — управляемые (регулируемые) БСК;
- ФКУ — фильтро-компенсирующие устройства;
- СТК — статический тиристорный компенсатор;
- 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:
- превышение напряжения в отдельных точках энергосистемы и выход из строя оборудования;
- перекомпенсация;
- возникновение резонансных контуров;
- 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:
ЭДСП 50 МВА, 65 тонн | без СТК | с СТК | Улучшение, % |
---|---|---|---|
СТК, МВАр | - | 60 | - |
Коэффициент мощности | 0,71 | 1 | - |
Падение напряжения, % | 10 | 0 | - |
Мощность на металлолом, МВт | 20,2 | 24,4 |
21 |
Энергия, кВтч/тонна |
406 |
481 |
18 |
Время плавки, ч |
1,6 |
1,33 |
17 |
Производство стали, тыс.тонн/год | 200 | 243 | 22,5 |
Износ электрода, кг/тонна | 3,5 | 3,2 | 9 |
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.