2784.Электроснабжение предприятий Верхнекамского калийного месторождени

возникновения высших гармоник, так и в пунктах их усиления (резонанс токов).

Фильтр высших гармоник является одновременно и источником ре­ активной мощности и может служить в качестве одного из средств ком­ пенсации реактивных нагрузок. Параметры фильтров обычно подбирают так, чтобы их звенья были настроены в резонанс на частоты гармоник, недопустимых в системе электроснабжения, а значения их ёмкостей по­ зволили скомпенсировать необходимую реактивную мощность основной частоты.

В институте Тяжпромэлектропроект разработаны технические тре­ бования на изготовление серии комплектных силовых резонансных фильтров 5, 7, 11 и 13-й гармоник с регулируемым реактором для сетей 6- 10 кВ мощностью 1200 квар для 5-й и 7-й гармоник и мощностью 800 квар для 11-й и 13-й гармоник.

Представленное ФКУ выпускается серийно.

Достоинствами данного типа ФКУ по сравнению с другими источ­ никами реактивной мощности являются: широкий диапазон регулирова­ ния; возможность работы как в режиме генерации, так и потребления ре­ активной мощности; высокое быстродействие; надёжность в работе; хо­ рошие условия для работы тиристоров; возможности наращивания числа фильтров высших гармоник и пофазного симметрирования напряжения сети. Недостаток - наличие нечётных высших гармоник в токе. Основным недостатком фильтров высших гармоник и ФКУ в целом является их вы­ сокая стоимость, обусловленная в основном стоимостью батарей конден­ саторов.

Применение фильтров целесообразно лишь в тех случаях, когда требуется не только не допустить проникновения в электрическую сис­ тему токов высших гармоник, но и скомпенсировать реактивную мощ­ ность в рассматриваемом пункте системы электроснабжения.

Распространению фильтров мешает их большая чувствительность к точности настройки. При неточной настройке звеньев фильтра эффек­ тивность его уменьшается и даже может иметь место увеличение гармо­ ник напряжения на шинах подстанции.

Отличительной особенностью мощного тиристорного электропри­ вода ТП-Д рудничных подъёмных установок является его высокое быст­ родействие, которое наряду с обеспечением требуемой точности регули­ рования скорости приводит к резкому нарастанию (толчку) потребляемой реактивной мощности. В этих условиях особое значение имеют требова­ ния, предъявляемые при индивидуальной компенсации к ФКУ по быст­ родействию и способ управления им.

Автоматическое регулирование ФКУ (ТРГ) обычно осуществляет­

ся:

-по напряжению в узле подключения ФКУ и вентильной нагрузки;

-по реактивному току трансформаторной подстанции, питающей тиристорный привод и ФКУ;

-по напряжению и реактивному току.

При таких способах управления ТРГ не исключаются просадки на­ пряжения в питающей сети из-за толчков реактивной мощности привода ТП-Д, т.к. генерирование реактивной мощности (компенсация) ФКУ на­ чинается после свершившегося факта (наличия понижения напряжения сети, толчка реактивной мощности привода и т.п) Для обеспечения пол­ ной и своевременной компенсации толчка реактивной мощности привода ТП-Д рудничного подъёма либо другой нелинейной нагрузки необходи­ мо упреждающее управляющее воздействие на ФКУ, которое может быть достигнуто следующим образом [ 40 ]. Сигнал на управление индивиду­ альным источником реактивной мощности (ФКУ) формируется парал­ лельно с формированием сигнала управления силовым тиристорным пре­ образователем привода рудничного подъёма, но по времени формирова­ ние сигнала управления ФКУ заканчивается с некоторым опережением по отношению к сигналу управления привода. Это опережение и позво­ ляет обеспечить совпадение временных диаграмм потребления приводом ТП-Д реактивной мощности и генерации ФКУ реактивной мощности (рис. 12.16 )• В результате, как показали исследования, удаётся достичь практически полной компенсации реактивной мощности привода ТП-Д

[ 44 ].

12.6. Расчёт и выбор элементов фильтро-компенсирующих устройств

Для расчёта, в качестве примера, воспользуемся однолинейной схемой подключения конденсаторных батарей КБ к шинам 6 кВ 1 111 1 ру­ доуправления с мощным тиристорным преобразователем на подъёмной установке, показанной на рис.12.13

При решении вопросов компенсации реактивной мощности в сетях с тиристорными электроприводами мощных подъёмных машин системы ТП-Д в первую очередь необходимо проверить возможность применения и нормальной работы конденсаторных батарей рассматриваемой сети по условию возникновения параллельного резонанса на высших гармониче­ ских составляющих (на третьей и выше) в системе «сеть-КБ»:

v nr = , (12.2)

где Vp,,,- номер гармонической составляющей, в зоне которой будет про­ исходить резонанс токов; Х кб - емкостное сопротивление КБ на основной

частоте, Ом; X s - суммарное индуктивное сопротивление питающей сети и прочих нагрузок на основной частоте, Ом.

где Xj-нагр- суммарное индуктивное сопротивление элементов сети и на­ грузок рудника на основной частоте, Ом; Х1С - суммарное индуктивное сопротивление питающей сети на основной частоте, Ом.

Суммарное индуктивное сопротивление питающей сети

где УЕ„аГр - проводимость суммарной нагрузки рудника, определяемая по формуле

где £Y n0B и EY|ЮДсуммарные проводимости поверхностных и подзем­ ных электроприёмников рудника, соответственно.

Проводимости электроприёмников рудника зависят от сопротивле­ ний синхронных и асинхронных двигателей, трансформаторов.

Индуктивное сопротивление синхронного двигателя

где х"а- сверхпереходное индуктивное сопротивление машины по про­ дольной оси; Sca - номинальная мощность двигателя, кВА.

Индуктивное сопротивление асинхронного двигателя

где Кпуск - кратность пускового тока двигателя; cos(pnyCK- коэффициент мощности в режиме пуска.

Суммарное индуктивное сопротивление асинхронных двигателей рудника может быть найдено по формуле

где ЕЭад - суммарная мощность асинхронных двигателей рудника, кВ-А. Если рассчитанный по формуле (12.2) номер гармоники vnp >3, то

применять КБ нельзя и во избежание параллельного резонанса (индуктивности «сеть-нагрузка» с ёмкостью КБ) последовательно с КБ следует включать токоограничивающие реакторы (РКБ), смещающие ре­ зонансный полюс частотной характеристики системы в зону vnp 3.

Использование КБ, РКБ и фильтров без регулирования генерируе­ мой мощности допустимо только при мало изменяющемся графике реак­ тивной мощности нагрузки, так как иначе неуправляемые источники ре­ активной мощности будут дополнительными источниками нестабильно­ сти напряжения в узле подключения.

Реактированные конденсаторные батареи (рис. 12.12 ,а) целесооб­ разно применять в случае мало изменяющегося графика реактивной мощности нагрузки в условиях, когда расчётный коэффициент несинусоидальности напряжения на шинах 6 (10) кВ при отключениях РКБ сравнительно мал (Кнс ^ 5 %), но существует опасность резонанса на КБ без последовательных реакторов.

Расчётное индуктивное сопротивление последовательного реактора

где vP= 3-4,6 - выбранная зона размещения «нуля» частотной характери­ стики системы «РКБ-сеть-прочие нагрузки» (частоты настройки РКБ последовательный резонанс); Х Кб = U2KBHOM/QKBHOM - ёмкостное сопротив­ ление конденсаторной батареи установленной мощности (QKBHOM, Мвар) с номинальным напряжением (UKBном, кВ) на основной частоте, Ом.

Номинальное напряжение КБ или последовательно включённых конденсаторных банок выбирают ближайшим (большим) к расчётному. Расчётное линейное напряжение КБ учитывает увеличение первой гар­ моники напряжения на конденсаторах относительно напряжения сети

f J _

ном , за счёт последовательного реактора РКБ и наличия состав­

где v- номер гармоники частоты настройки РКБ; и л.НОм - линейное номи­ нальное напряжение в узле подключения РКБ, В; п - номера гармоник то­ ка (учитываемых), поступающих в РКБ от источника (тиристорного пре­ образователя или группы преобразователей) с уровнем Jm(A);Xc„- емко­ стное сопротивление КБ на основной частоте.

При работе группы тиристорных преобразователей

Фильтры высших гармонических составляющих образуются рядом параллельно включенных цепочек фильтров РЦФ (рис. 12.12 , б), настро­ енных на доминирующие гармоники, которые генерируются тиристор­ ными преобразователями (v= 5, 7, 11, 13), или РЦФ и параллельными конденсаторами ПК (рис. 12.12, е).

Приведённые выше для РКБ расчётные формулы пригодны также для выбора параметров элементов РЦФ: напряжения БК, генерируемой мощности и тока реактора, они действительны, кроме того, и для расчё­ тов резонансных цепочек фильтров. При этом под v подразумевают но­ мера гармоник резонансной настройки РЦФ ( v= 5, 7, 11 и 13).

Многозвенные фильтры высших гармонических составляющих, обеспечивающие более широкую полосу пропускания, чем у РКБ, приме­ няют в случае повышенного (Кнс > 5 %) содержания высших гармониче­

ских составляющих в сети электроснабжения рудника (без фильтров). Вариант схемы фильтров (или РКБ) выбирают на основании сравнитель­ ных технико-экономических расчётов по минимуму приведённых затрат при условии поддержания требований ГОСТ 13109-87 и обеспечения до­ говорных условий потребления реактивной мощности на границе раздела с энергоснабжающей системой.

Мощность, генерируемая группой параллельно включённых РЦФ,

При этом обеспечивается равномерная удельная загрузка КБ со­ ставляющими тока основной и высших гармонических составляющих при равных номинальных напряжения КБ, входящих в РЦФ.

Наряду с этим практикуется менее рациональное, ко более простое при комплектации равномерное распределение установленных мощно­ стей КБ (однотипные КБ):

В этом случае мощность, генерируемая отдельными РЦФ, посте­ пенно затухает с ростом номера гармоники частоты настройки:

При сочетании РЦФ с параллельными конденсаторами необходимо обратить внимание на правильный выбор мощностей (ёмкостей) РЦФ и ПК по условиям предупреждения резонанса на частотах не фильтруемых гармоник выше частоты настройки последней (высшей) РЦФ.

Частотная характеристика x z =/(v) системы «сеть-РЦФ-ПК» опи­

сывается уравнением проводимостей (без учёта прочих нагрузок):

где Xsиндуктивное сопротивление питающей сети в узле подключения фильтров на основной частоте, Ом; LLv- индуктивное сопротивление ре­

акторов РЦФ v-й гармоники на основной частоте, Ом; X cv- ёмкостное

сопротивление КБ РЦФ v-й гармоники на основной частоте, Ом; Хспк - ёмкостное сопротивление ПК на основной частоте, Ом; Xz(v)- суммар­

ное сопротивление системы при изменяющихся частотах (номерах гар­ моник у= var) возмущающих воздействий высших гармонических со­ ставляющих; у= 5, 7,..., L- номера гармоник частот настройки РЦФ.

Примерный вид частотной характеристики Xz =/(v) для двухзвен­

ного фильтра (РЦФ 5-й и 7-й гармоник) и параллельного конденсатора показан на рис. 12.15.

Вправильно спроектированной системе параметры мощности РЦФ

иПК должны быть выбраны таким образом, чтобы последний полюс функции Xz = /(у) размещался между последней фильтруемой (в данном

случае 7-й) и последующей не фильтруемой (11-й) нормальными (каноническими) гармониками тиристорного преобразователя. На рас­ сматриваемом рисунке отражён случай неверного распределения мощно­ стей: последний полюс выше v = И. Это приводит к резонансному усиле­ нию 11-й гармоники и существенному увеличению коэффициента несинусоидальности напряжения. На этом же графике хорошо видно фильт­ рующее (шунтирующее) действие ёмкости ПК на частотах, следующих за последним полюсом функции. При этом достигается эффект предупреж­ дения резонансных режимов на прочих ёмкостных элементах системы электроснабжения (местных компенсирующих конденсаторных батареях, ёмкостных сопротивлениях кабельных линий).

Условие размещения последнего полюса частотной характеристики системы «сеть-РЦФ-ПК» необязательно для широко полюсных РЦФ с фильтровыми реакторами повышенных активных потерь (шунтированных резисторами), однако при этом возникает задача опти­ мизации приведённых затрат с учётом снижения к.п.д. установки.

Если за критерий выбора мощности управляемой части ФКУ при­ нять допустимый размах колебаний напряжения (SV‘), то при макси­ мальном изменении (диапазоне) графика реактивной мощности тири­ сторной подъёмной установки (д0„) требуемая мощность (управляемой части ФКУ) ТРГ

где SKмощность к.з. в узле подключения ФКУ и тиристорного привода. Изложенная методика демонстрирует порядок расчёта параметров ФКУ в конкретном частном случае построения схемы электроснабжения. Естественно, что с изменением схемного решения потребуется опреде­ лённая корректировка вычислений, но сам подход к расчётам останется

прежним.

Глава тринадцатая. Сетевая автоматика

Основная задача автоматизации в электроснабжении обеспечение бесперебойной работы промышленного предприятия, что особенно важно для тех производств, где остановка машин и установок может повлечь за собой значительный экономический ущерб или опасность для жизни лю­ дей. Это справедливо и для калийных предприятий Верхнекамского место­ рождения.

Автоматизация позволяет перевести большинство распределительных и трансформаторных подстанций на работу без постоянного дежурного персонала. Это уменьшает эксплуатационные расходы, значительно повы­ шает надёжность электроснабжения за счёт увеличения быстродействия при производстве различных операций и сокращает число аварий по вине персонала.

Автоматизация электроснабжения обеспечивается:

1)устройствами сетевой автоматики;

2)самозапуском электродвигателей;

3)диспетчерским управлением средствами связи и телемеханики. Область применения средств сетевой автоматики в схемах электро­

снабжения промышленных предприятий определяют ПУЭ [1,2 ] и отрасле­ вые правила безопасностей [ 6,9 ]•

Сетевая автоматика на калийных предприятиях состоит из:

-устройств автоматического включения резервного питания (АВР)\

-устройств автоматического повторного включения (АПВ);

-устройств автоматической частотной разгрузки (А ЧР).

Основными требованиями, предъявляемыми к устройствам автомати­ зации, являются простота и надёжность.

Особенно эффективно работают устройства АВР, АПВ и А ЧР в систе­ мах электроснабжения с радиальными разомкнутыми сетями.

13.1. Автоматическое включение резервного питания (АВР)

Автоматическое включение резерва является наиболее эффективным средством повышения надёжности электроснабжения. Устройства АВР в соответствии с ПУЭ [ 1 ] обязательны для потребителей 1-ой категории по надёжности электроснабжения, питание которых производится не менее чем от двух независимых источников.

Устройства АВР широко применяются на воздушных, кабельных и смешанных линиях электропередач, силовых трансформаторах, секцион­ ных выключателях.

Устройства АВР должны быстро и надёжно обесценить включение резервного источника питания при непредвиденном отключений рабочего

источника, сокращая время перерыва питания потребителя до времени сра­ батывания АВР.

При наличии двух источников питания возможны два варианта бес­ перебойного электроснабжения:

1) . Один источник является рабочим и питает все потребители, а дру гой источник находится в резерве;

2) . Оба источника являются рабочими и нормально работают раз дельно на часть потребителей.

В первом случае при исчезновении напряжения на рабочем источнике устройства АВР включают резервную линию (рис. 13.1,а). Этот вариант ре­ зервирования имеет ряд существенных недостатков, среди которых плохое использование оборудования, более тяжёлые условия для самозапуска элек­ тродвигателей после переключения источников, так как на резервный ис­ точник оказываются включёнными сразу все электродвигатели. Кроме того, резервная линия в нужный момент может быть не готовой к работе, так как отсутствует непрерывный контроль её исправности.

При раздельной работе источников питания по второму варианту (рис. 13.1,6) нарушенное электроснабжение на одной части потребителей восстанавливается устройством АВР, которое включает нормально отклю­ ченный секционный выключатель на шинах подстанции. Питание всех по­ требителей при этом переводится на одну линию или на один трансформа­ тор. Следует отметить, что в нормальном режиме и в этом варианте резер­ вирования оборудование тоже используется не на полную мощность, но с достаточно высоким к.п.д. Кроме того, раздельная работа линий, трансфор­ маторов способствует уменьшению величины токов к.з., упрощению релей­ ной защиты.

13.1.1. Требования, предъявляемые к устройствам АВР

Устройства АВР должны удовлетворять следующим основным требо­ ваниям:

1. Устройства АВР должны начинать действовать при исчезновении напряжения на шинах подстанции по любой причине, в том числе при ава­ рийном или самопроизвольном отключении выключателей рабочего источ­ ника питания, а также при исчезновении напряжения на шинах, от которых осуществляется питание рабочего источника.

2.В целях сокращения длительности перерыва в питании потребите­ лей включение резервного источника питания должно происходить как можно быстрее, сразу же после отключения рабочего источника.

3.Для недопущения нескольких включений резервного источника на не устранившееся к.з. действие АВР должно быть однократным.

4.Схема АВР не должна приходить в действие до отключения выклю­ чателя рабочего источника, чтобы не произошло включения резервного ис-