Главная » Каталог оборудования » Конденсаторные установки »

Конденсаторные установки специализированного применения 6…35 кВ

Для современных крупных промышленных предприятий горно-металлургического комплекса проблема компенсации реактивной мощности на напряжениях 6…35 кВ с каждым годом ставится все актуальнее.

Сейчас она уже не может не рассматриваться, поскольку кроме затрат на оплату потребленной (или генерируемой) реактивной мощности имеется также и проблема затрат, связанных с простоем оборудования из-за воздействий на него высших гармонических составляющих (ВГС).

Но если раньше проблема качества сети касалась только узкого круга нагрузок, то сейчас она существенно расширилась, поскольку современные разработки в области управления мощными асинхронными двигателями и дуговыми печами с помощью полупроводниковых преобразователей существенно повысили производительность таких устройств, но одновременно привели к существенному ухудшению показателей качества сети предприятия.

На крупном металлургическом или машиностроительном предприятии можно выделить несколько групп нагрузок 6…35 кВ:

Двигательная, стабильная нагрузка без ВГС – это приводы различных транспортеров, насосов, вентиляторов, скорость которых не регулируется во время технологического процесса;
Двигательная, стабильная нагрузка с ВГС – это все регулируемые виды приводов, где применяются выпрямители, тиристорно-управляемые устройства, инверторы частоты – т.е. привода прокатных станов, горных подъемных машин, насосов с регулируемой производительностью и.т.п. Спектр гармоник не широкий и сосредоточен, как правило, вокруг одной из нечетных гармоник (обычно 5-й, 7-й, 11-й и 13-й);
Быстроизменяющаяся нестабильная нагрузка с ВГС – это ДСП всех видов, электрифицированный ЖД-транспорт и т.п. Спектр гармоник очень широкий и может достигать до 81-й включительно, с пиками на 3-й, 5-й, 7-й, и 11-й гармониках;

Последняя группа заслуживает особого внимания, поскольку кроме затрат на оплату потребляемой ею реактивной энергии, которые могут достигать до 50…60% от всей оплаты за реактивную энергию по предприятию, такая нагрузка постоянно генерирует широкий спектр ВГС, существенно увеличивая вероятность возникновения резонансов. В совокупности со скоростью протекания процессов в несколько полупериодов сети, это приводит к появлению выбросов тока и напряжения в сети од 3-х кратных от номинальных значений, к «перекрытию» токоведущих частей при отсутствии необходимого срабатывания защитных аппаратов – т.е. к повреждениям оборудования, вынужденным простоям, недоотпускам продукции и убыткам предприятия.

Для возможности предотвращения таких последствий и выбора адекватной системы компенсации проанализируем все средства компенсации реактивной мощности, доступные современным предприятиям. Технические характеристики сведены в таблицы.

Тип системы	Нерегулируемые батареи конденсаторов	Нерегулируемые синхронные двигатели
Техническое описание	Конденсаторные батареи подключаются к сети дискретно без регулировки	Синхронный двигатель с ручным регулированием возбуждения
Точность регулирования cos	нет	нет
Быстродействие	нет	нет
Симметричность регулирования	По 3-м фазам	По 3-м фазам
Способ регулирования	Ручное включение и отключение	Ручное регулирование
Способ коммутации	Отдельный выключатель с низким ресурсом	Нет (бесконтактный)
Вероятность генерации (перекомпенсации)	высокая	высокая
Вероятность перенапряжений	высокая	высокая
Влияние на систему	постоянно	Только когда двигатель включен в работу
Ресурс системы	Определяется ресурсом выключателя батареи и наличием гармоник в сети	Определяется ресурсом двигателя
Наличие реакторов или фильтров	нет	нет
Потери	0,5Вт на кВАр (минимальные)	Большие, из-за потерь в кабеле двигателя
Наличие защит от ВГС	нет	нет
Снижение гармоник сети	нет	нет
Предотвращение резонанса	нет	нет
Трудоемкость настройки	нет	высокая
Ремонтопригодность	высокая	приемлемая
Трудоемкость обслуживания	низкая	низкая
Стоимость (о.е.)	0,5	0,5

Применение нерегулируемых систем без реакторов, выглядит привлекательно с точки зрения первичных капиталовложений, однако с учетом отсутствия регулирования генерации реактивной мощности в сети энергоснабжающей компании, такие способы компенсации сведут на «нет» экономический эффект от повышения cosφ. Отсутствие реакторов будет приводить к периодическим резонансам с последующим выходом из строя оборудования, поэтому данные способы не являются решением проблемы.

Тип системы	Регулируемые батареи конденсаторов	То же с детюнинговыми реакторами	То же с фильтровыми реакторами
Техническое описание	Конденсаторы подключаются к сети через отдельные коммутационные аппараты по командам регулятора
Техническое описание	Без реакторов	С реакторами детюнинговыми фильтровыми
Точность регулирования cos	Обеспечение среднесуточного cos в пределах 0,92 …0,94 (зависит от конфигурации ступеней)
Быстродействие	5-10 минут
Симметричность регулирования	По 3-м фазам
Способ регулирования	Автоматически
Способ коммутации	Электромеханические вакуумные контакторы
Вероятность генерации (перекомпенсации)	Низкая, но увеличивается при быстрых изменениях нагрузки
Вероятность перенапряжений	нет
Влияние на систему	Постоянно
Ресурс системы	Определяется ресурсом контакторов (300 тыс. В-О)
Наличие реакторов или фильтров	нет	Да, реакторы «детюнинговые»	Да, реакторы фильтровые
Потери	Минимальные (0,5Вт на кВАр)	Средние, дополнительные потери в реакторах
Наличие защит от ВГС	Да, действуют на отключение	Нет необходимости
Снижение гармоник в сети	нет	частичное ослабление всего спектра	устранение только гармоник, на которые настроены фильтры
Предотвращение резонанса	путем отключения	С помощью реакторов
Трудоемкость настройки	низкая	низкая	Очень высокая
Ремонтопригодность	высокая	средняя	низкая
Трудоемкость обслуживания	низкая	средняя	средняя
Стоимость (в о.е.)	1,0	1,8...2,5	4,0...5,0

Применение регулируемых систем без реакторов возможно только для стабильных нагрузок, не генерирующих ВГС. В остальных случаях первичный эффект внедрения такой системы будет несколько выше эффекта от нерегулируемой, но вероятность выхода из строя оборудования из-за резонанса будет существенно выше, поскольку автоматическая система изначально будет поддерживать cosφ на высоком уровне.

Применение регулируемых систем с реакторами является существенным шагом вперед по экономии затрат на реактивную энергию, с одновременным предотвращением выхода из строя оборудования из-за воздействия ВГС. Однако недостатком в данном случае будет низкая скорость реакции таких установок – из-за быстроты протекания процессов в нагрузках, среднесуточный cosφ не превысит 0,92…0,94, а повышение уставки может привести к генерации.

РЕГУЛИРУЕМЫЕ СИСТЕМЫ БЫСТРОГО ДЕЙСТВИЯ

Тип системы	Статическая бесступенчатая компенсация с ФКУ	Тиристорно-коммутируемые батареи конденсаторов
Техническое описание	Набор нерегулируемых конденсаторов снабжается реакторами, ток которых регулируется тиристорами отдельно в каждой фазе. Дополнительно система фильтрами гармоник (обычно – 3-й, 5-й, 7-й и 11-й)	Низковольтные конденсаторы подключаются к сети через отдельные тиристорные ключи по командам регулятора. Сопряжение низковольтной системы с РУ высшего напряжения выполнено через силовой трансформатор
Точность регулирования cos	Обеспечение cos 0,97 в реальном времени
Быстродействие	Время реакции системы – 20мс	Время реакции системы – 4…20мс
Симметричность регулирования	По каждой фазе отдельно
Способ регулирования	Автоматически
Способ коммутации	Бесступенчатое регулирование тока тиристором	Тиристорные ключи открываются в момент перехода тока через ноль
Вероятность генерации (перекомпенации)	Средняя, вызванная емкостной частью фильтров	нет
Вероятность перенапряжений	нет	нет
Влияние на систему	Постоянно	Постоянно
Ресурс системы	Определяется только условиями охлаждения тиристоров	Определяется только условиями охлаждения тиристоров
Наличие реакторов или фильтров	Да, реакторы фильтровые (без реакторов эксплуатация невозможна)	Да, реакторы «детюнинговые»
Потери	высокие, дополнительные потери на тиристорах и в реакторах	средние, дополнительные потери в тиристорах, реакторах и тр-ре
Наличие защит, в т.ч. и по гармоникам	Нет необходимости	Нет необходимости
Снижение гармоник в сети	Устранение только тех гармоник, на которые настроены фильтры, но генерация других гармоник из-за недостатков способа регулирования	частичное ослабление всего спектра
Предотвращение резонанса	Только для гармоник, на которые настроены фильтры	Полное, с помощью реакторов
Трудоемкость настройки	Очень высокая	высокая
Ремонтопригодность	низкая	средняя
Трудоемкость обслуживания	высокая	средняя
Стоимость (в относит. единицах)	15...20	8…10

Рассмотренные системы являются оптимальным решением для компенсации быстродействующих нагрузок с ВГС, поскольку обладают как необходимым быстродействием, так и защитой от ВГС, однако наиболее перспективной является система с тиристорно-коммутируемыми батареями конденсаторов, так как при меньшей стоимости не генерирует собственные гармоники и обладает существенно более высоким показателем надежности благодаря блочно-модульному компоновочному принципу.

Оборудование успешно зарекомендовало себя на объектах ЖД-транспорта Европы, Азии и Америки (в т.ч. – тяговые электровозы Панамского канала), на ветровых электростанциях Австралии, на металлургических заводах Кореи и во многих других странах.