2784.Электроснабжение предприятий Верхнекамского калийного месторождени

Рассмотрим систему компенсации ёмкостных токов, разработанную кафедрой ЭАГП Пермского государственного технического университета, применительно к сетям 6 кВ калийных предприятий Верхнекамского ме­ сторождения. Эта система была внедрена на подстанции «Дурыманы» БКПРУ-2 в 1981 году и дала положительные результаты [ 30 ]. Работа этой системы основана на фазо-импульсном способе регулирования реакторов типа ЗРОМ с помощью тиристоров. Для автоматической настройки ком­ пенсации применён фазовый принцип.

На рис. 10.2 приведена функциональная блок-схема тиристорной системы компенсации ёмкостных токов с автоматическим регулятором на­ стройки. В этой системе используется дугогасящий реактор ДР с двумя па­ раллельными ветвями обмотки. В одну из ветвей включён регулируемый тиристорный блок ТБ. Изменяя величину угла отпирания встречно­ параллельно включенных тиристоров блока ТБ можно регулировать вели­ чину переменного тока, протекающего через одну ветвь дугогасящего реак­ тора ДР, а значит и величину реактивной составляющей ёмкости сети. Для формирования управляющих импульсов, подаваемых на тиристоры, служит блок с системой импульсно-фазового управления СИФУ Автоматическое изменение угла управления тиристорами, необходимое для настройки ДР в резонанс с ёмкостью сети, осуществляется в режиме замыкания фазы на землю через сопротивление с помощью автоматического регулятора АР Входными сигналами АР являются напряжение смещения нейтрали U0 и напряжение повреждённой фазы и пф. Напряжение смещения нейтрали сни­ мается с однофазного трансформатора, подключённого первичной обмот­ кой между нейтралью ТП и землёй. Напряжение и Пф поступает с блока вы­ бора повреждённой фазы БВПФ. Этот блок подключён к вторичной обмот­ ке измерительного трансформатора напряжения. Фильтр Ф предназначен для выделения первой гармоники напряжения повреждённой фазы. Для компенсации сдвига фазы, вызванного фильтром, включена фазосдвигаю­ щая цепочка ФСЦ. Усилители-ограничители У01, У02 формируют прямо­ угольные импульсы, величина амплитуды которых не зависит от изменяю­ щихся входных сигналов. Импульсы с выхода У02 запускают формирова­ тель синхроимпульсов ФСИ. Импульсы ФСИ поступают на С - вход тригге­ ра Т. На Д - вход этого триггера поступают импульсы с выхода У01. Триг­ гер переключается при прохождении резонансной настройки в момент, ко­ гда разность фаз между U0 и и пф равна нулю.

На выходе фазового детектора ФД получаются импульсы, длитель­ ность которых равна разности фаз двух напряжений U0 и и пф.

Выходные сигналы Т («1» или «О») управляют схемами совпадения. Сигнал с ФД поступает на вход интегратора И через схему совпадения СС2 непосредственно (режим перекомпенсации), либо через СС1 и инвер­ тор ИН (режим недокомпенсации).

землю с автоматическим регулятором настройки

ДР -дугогасящий реактор; АР - автоматический регулятор; ТР - тиристорный блок, СИФУ - система импульсно-фазового регулирования; БВПФ - блок выбора поврежденной фазы; Ф - фильтр; УО - усилители-ограничители; ФСЦ - фазосдвигающие цепочки; ФСИформирователь синхроимпульса; Т - триггер; СС - схема совпадения; ИНинверторСФ - схема форсировки; И-интегратор; ФД-фазовый детектор

При больших расстройках в работу вступает схема форсировки СФ, которая увеличивает скорость изменения напряжения на выходе интеграто­ ра И. Напряжение на выходе интегратора изменяется до тех пор, пока су­ ществует разность фаз между U0 и и пф, т.е. до резонансной настройки. С выхода интегратора И напряжение управления поступает на СИФУ По­ следняя управляет работой тиристоров блока ТБ.

В системе компенсации ёмкостных токов, работающей на принципе сравнения фазовых характеристик сети, блок выбора повреждённой фазы выполняет важную задачу. Чтобы регулятор системы функционировал эффективно, необходимо сразу же после возникновения замыкания на землю за минимальное время выбрать из трёх фаз повреждённую и подать напря­ жение этой фазы на вход регулятора. В течение всего интервала замыкания это напряжение должно поступать на регулятор. После прекращения замы­ кания схема выбора повреждённой фазы должна быстро переключаться в исходное дежурное состояние.

Система компенсации ёмкостных токов сети электроснабжения рабо­ тает следующим образом.

В нормальном режиме работы сети, когда замыкания фазы на землю нет, АР находится в состоянии «дежурный режим». Фазные напряжения на выходе измерительного трансформатора ТР1 равны между собой, напряже­ ние на выходе блока выбора повреждённой фазы отсутствует. Также отсут­ ствует или весьма мало по величине напряжение на вторичной обмотке ТР2, т.к. в нормальном режиме смещение нейтрали сети незначительное.

Поскольку в этом режиме на входы АР сигналы не поступают, его ло­ гическая часть схемы не работает. Однако с выхода АР на СИФУ поступает максимальный или минимальный сигнал. Это потому, что начальное значе­ ние выходного сигнала АР зависит от предыдущего состояния схемы.

При возникновении устойчивого замыкания одной из фаз на землю с выхода БВПФ на первый вход АР поступает сигнал, пропорциональный на­ пряжению повреждённой фазы. Одновременно появляется и напряжение смещения нейтрали, поступающее на второй вход АР. На первом интервале времени после возникновения замыкания, пока напряжения и пф и U0 на входах АР имеют несинусоидальную форму, схема фазового детектора нормально функционировать не может. Лишь после переходного процесса и установления синусоидальной формы входных напряжений на выходе фа­ зового детектора появляются импульсы, длительность которых пропорцио­ нальна степени расстройки компенсации. Одновременно с этим схема оп­ ределения знака фазы задаёт направление движения системы компенсации. Напряжение на выходе интегратора увеличивается или уменьшается, соот­ ветственно изменяется фаза управляющих импульсов на выходе СИФУ и ток компенсирующего реактора. От этого степень расстройки уменьшается. Напряжение на выходе интегратора изменяется до тех пор, пока расстройка не станет минимальной, близкой к нулю.

В процессе автоматической настройки компенсации возможен пере­ ход через состояние резонанса при движении из состояния недокомпенсации или перекомпенсации. В таком случае фазовый детектор изменит своё состояние на противоположное. От этого изменится знак сигнала, посту­ пающего на вход интегратора. Соответственно изменится и напряжение на выходе интегратора, что обеспечит движение системы компенсации в об­ ласть резонансной настройки.

Если в сети произойдёт перемежающееся дуговое замыкание и во время скачкообразного изменения напряжения на повреждённой фазе и на нейтрали не будут иметь синусоидальной формы, то схема АР не успеет от­ реагировать на фазовый сдвиг этих напряжений и поэтому настройка ком­ пенсации будет невозможна. Однако в бестоковые паузы перемежающегося замыкания, если расстройка невелика., а продолжительность паузы состав­ ляет несколько периодов, в схеме АР будет происходить сравнение фаз на­ пряжений. В результате этого будет обеспечиваться подстройка компенса­ ции ближе к резонансной во время паузы. За время нескольких пауз может установиться резонансная настройка. Это снизит скорость восстановления напряжения повреждённой фазы, уменьшит перенапряжения и может при­ вести к самоликвидации замыкания [ 30 ].

Рис. 11.3. Индивидуальное присоединение конденсаторных батарей:

а)к электроприемникупри напряжении сети 380(660) В; б) к потребителю принапря­ жении сети 6 (10) кВ (конденсаторы имеютвстроенныепредохранители)

Рис. 11.4. Групповое присоединение КБ к пунктам сети. Разрядное сопро­ тивление выполнено: а) лампами накаливания; б) трансформаторами напряжения; в) встроенными в каж­ дый конденсатор разрядными сопро­ тивлениями

Различают значения мгновенного, среднего и средневзвешенного ко­ эффициента мощности. Мгновенный коэффициент мощности определяется с помощью фазометра для данного момента времени. Он может быть также определён по амперметру и вольтметру при одновременном отсчёте их по­ казаний и выражению

cos^ “ V3C/-J-10"3 ’

где Р- активная мощность в трёхфазной сети, кВт; U - напряжение, В;

J - ток, А.

Средний коэффициент мощности представляет собой среднее значе­ ние коэффициента мощности:

Средневзвешенный коэффициент мощности выраженный через тангенс угла сдвига фаз вычисляется по показаниям счётчиков активной и реактивной энергий за определённый промежуток времени (час, сутки, месяц, год)

11.2. Способы повышения коэффициента мощности

Различают естественный коэффициент мощности, т.е. существую­ щий cos ф до проведения специальных мероприятий по его повышению и искусственный повышенный costp, полученный в результате проведения та­ ких мероприятий.

Низкий коэффициент мощности влечёт за собой следующие негатив­ ные последствия:

- увеличение дополнительных потерь активной мощности АР на на­ гревание кабелей, проводов сетей и обмоток электрических машин, обу­ словленных передачей реактивной мощности Q. Как известно, потери ЛР пропорциональны квадрату реактивной мощности;

-увеличение сечений и веса кабелей и проводов;

-увеличение кажущейся мощности генераторов на станциях и сило­ вых трансформаторов;

-увеличение дополнительных потерь напряжения AUP и, как следст­ вие, увеличение колебаний напряжения в сети;

-введение штрафных санкций путём надбавки к тарифу за потребле­ ние реактивной мощности сверх установленной энергосистемой величины.

Повышение коэффициента мощности системы электроснабжения мо­ жет быть обеспечено двумя способами: естественным путём без примене­ ния компенсирующих устройств; искусственным путём с применением компенсирующих устройств.

Мероприятия по снижению потребления электроустановками реак­ тивной мощности должны рассматриваться в первую очередь, так как их реализация не требует значительных затрат.

Принимая во внимание, что на калийных предприятиях суммарная установленная мощность асинхронных электродвигателей может достигать 80% общей мощности всех электродвигателей, наиболее важным является снижение реактивной мощности, потребляемой асинхронными электродви­ гателями.

К числу таких мероприятий относятся:

-совершенствование организации технологического процесса, обес­ печивающее улучшение энергетического режима электроустановок;

-правильный выбор электродвигателей на стадии проектирования и при эксплуатации. Выбор мощности электродвигателей должен произво­ диться в соответствии с режимом работы производственных механизмов, не допуская излишних запасов мощности. При прочих равных условиях следу­ ет отдавать предпочтение асинхронным короткозамкнутым электродвига­ телям, имеющим лучшие энергетические характеристики по сравнению с электродвигателями с фазным ротором;

-во всех случаях, когда это возможно по условиям обеспечения тех­ нологического процесса, целесообразно применение синхронных электро­ двигателей вместо асинхронных электродвигателей;

-замена малозагруженных асинхронных электродвигателей электро­ двигателями меньшей мощности. В случаях систематической недогрузки электродвигателей необходимо принимать меры к увеличению нагрузки на производственные механизмы. При загрузке асинхронных электродвигате­ лей менее 45% номинальной мощности замена всегда целесообразна, в слу­ чаях загрузки от 45 до 70% целесообразность замены проверяется расчёта­ ми;

-переключение статорных обмоток весьма мало загруженных двига­ телей с треугольника на звезду;

ограничение холостой работы асинхронных двигателей. В режиме холостого хода асинхронные электродвигатели потребляют реактивную мощность порядка 60-65% номинального значения. Сокращение потребле­ ния реактивной мощности может быть достигнуто исключением холостой работы электроустановок, оборудованных асинхронным приводом, посред­ ством применения устройств ограничения холостого хода, отключающих установки при работе в этом режиме;

повышение качества ремонта асинхронных двигателей. При прове­ дении ремонта недопустимо снижение энергетических показателей, которое

может быть обусловлено обточкой роторов, изменением обмоточных дан­ ных, расточкой пазов и т.п., что в конечном счёте приводит к повышенному потреблению электродвигателями реактивной мощности;

повышение загрузки трансформаторов в пределах технически до­ пустимых норм. Замена систематически недогруженных трансформаторов на трансформаторы меньшей мощности.

В реальных специфических условиях эксплуатации ряда шахтных машин и механизмов общешахтный естественный коэффициент мощности путём жёсткого проведения указанных выше мероприятий может быть по­ вышен, но только до определённого предела (ниже нейтрального коэффи­ циента мощности cos ср = 0,9 -г 0,92). Это полностью не решает проблемы разгрузки сети от реактивной энергии. Поэтому при недостатке реактивной мощности в энергосистеме, снабжающей шахту (рудник) электроэнергией можно искусственно повысить общешахтный коэффициент мощности.

К искусственным мероприятиям по повышению коэффициента мощ­ ности с компенсацией реактивной мощности относятся применение син­ хронных компенсаторов (СК) и статических конденсаторных батарей (КБ). Эти средства компенсации используются в сетях с линейными нагрузками.

Синхронные компенсаторы представляют собой трёхфазные машины переменного тока, обычно многополюсные, с явно выраженными полюса­ ми. Промышленностью выпускаются синхронные компенсаторы мощно­ стью от 5000 до 160000 кВар. Компенсаторы снабжены автоматическим ре­ гулятором возбуждения, при перевозбуждении они генерируют реактивную мощность, при недовозбуждении - потребляют. Это качество СК позволяет осуществить плавное регулирование генерируемой реактивной мощности. Но СК требуют значительных затрат на монтаж и эксплуатацию, создают значительный шум и вибрацию, нуждаются в специальных фундаментах. Кроме того, потери в СК превышают потери в КБ на целый порядок (0,015- 0,032 кВт/кВар против 0,001-0,0045 кВт/кВар). СК применяются в горно­ рудной промышленности сравнительно редко и устанавливаются только на крупных районных распределительных подстанциях.

При соответствующих технико-экономических обоснованиях может применяться и синхронизация двигателей. Статические конденсаторы пред­ ставляют собой электрическую емкость, создающую отрицательный сдвиг фаз. При достаточной емкости батарей конденсаторов (КБ) они ликвидиру­ ют положительный сдвиг фаз на определенном участке сети в зависимости от места установки, улучшая общий коэффициент мощности предприятия.

Конденсаторы выпускаются на напряжение 0,22; 0,38; 0,5; 0,66; 1,05; 3,15; 6,3 и 10,5 кВ. Конденсаторы на напряжение свыше 1000 В имеют од­ нофазное исполнение, конденсаторы на напряжение ниже 1000 В - трёх­ фазное исполнение с соединением внутри в треугольник.

В обозначениях конденсаторов, например, КМ2-6,3-24-2У1 и КС1- 0,66-16-ЗУ1 буквы и числа означают:

К - косинусный; М - масляная пропитка бумаги;

С - пропитка синтетической негорючей жидкостью; Первое число - типоразмер (1,2); Второе число - напряжение, кВ; Третье число - мощность, кВАр;

Четвёртое число - количество выводов (1,2, 3); Сочетание У2, Т1 и т.д. - вид климатического исполнения.

11.3. Определение мощности конденсаторной установки

Потребная мощность батареи статических конденсаторов (КУ) для компенсации угла сдвига от (pi до ф2 может быть ориентировочно опреде­ лена по формуле (рис. 11.2).

Wa - расход активной электроэнергии за год, кВт час;

Т - число рабочих часов в год - 4000, 6000 или 6000 при, соответст­ венно, двухсменном, трёхсменном или непрерывном режиме работы пред­ приятия;

tg ф] - соответствует средневзвешенному естественному cos ф1за год на стороне 6(10) кВ;

tg ф2 - соответствует заданному нормативному cos ф2 после компенса­

ций.

Количество и ёмкость конденсаторов выбирается в зависимости от величины реактивной мощности, требуемой для компенсации.

Для максимального использования мощности конденсаторы включа­ ются на линейное напряжение и соединяются в треугольник.

Общая мощность конденсаторной установки при этом определяется

С ёмкость конденсаторов, включённых между каждой парой

фаз, КВар;

и ном - напряжение сети, кВ.

Реактивная мощность конденсаторной установки при соединении фаз

Зная реактивную мощность и напряжение сети, можно определить необходимую ёмкость статических конденсаторов С (мкф) на фазу.

При соединении треугольником