в данной сети. Если фильтры высших гармоник имеют отдельные выключатели, то их включение необходимо начинать с фильтра низшей гармоники, а отключение проводить с фильтра высшей гармоника. При аварийном отключении фильтра низшей гармоники должны быть немедленно отключены все фильтры высших гармоник.

При коммутационных операциях в СЭС с СРФ, при резких колебаниях напряжения вследствие набросов нагрузки, при различных возмущениях в питающей энергосистеме и т.п. в цепях СРФ возникают переходные процессы, сопровождающиеся сверхтоками и перенапряжениями на конденсаторах и реакторах. Эти процессы, как показали исследования, носят колебательный характер.

В настоящее время выпускаются СРФ на 5, 7, 11, 13-ю гармоники мощностью 2412 квар. Пример условного обозначения типа СРФ: Ф5-10-2412-ЛУЗ - фильтр 5-й гармоники, напряжением 10 кВ, мощностью 2412 квар, с размещением блока управления слева и климатическим исполнением УЗ. Конструктивно фильтр состоит из ячейки ввода с кабельным отсеком, трех конденсаторных ячеек (по 12 конденсаторов типа КС2-6,6-67-2УЗ и одному трансформатору тока ТПЛI-10-200/5-0,5/Р в каждой ячейке) и одной реакторной ячейки (с тремя реакторами ФРОС-160/6УЗ к тремя трансформаторами тока). Принципиальная электрическая схема СРФ представлена на рис. 3.10. В вводной ячейке имеется трехполюсный разъединитель для создания видимого разрыва и заземляющие ножи для заземления СРФ при ремонтных работах.

Q

Рис.3.10

3.6. Статические компенсирующие устройства

Статические компенсирующие устройства (СКУ) являются перспективным средством компенсации РМ. Основным их преимуществом является большое быстродействие и, следовательно, возможность подавления колебаний напряжения. Существенна и возможность выполнения пофазного регулирования РМ, что необходимо в сетях с быстро меняющейся несимметричной нагрузкой, например с дуговыми сталеплавильными печами. В настоящее время разработано много типов СКУ на базе управления реакторов и конденсаторов в основном с использованием управляемых вентилей. Наибольшее распространение в зарубежной и отечественной практике получили устройства прямой и косвенной компенсации. В табл. 3.1. представлено качественное сравнение быстродействующих СК со СКУ прямой и косвенной компенсацией.

32

СКУ прямой компенсации осуществляет ступенчатое регулирование РМ с помощью включения и отключения БК и СРФ при изменении РМ электроприемников (рис. 3.11, а). Для обеспечения быстродействия в качестве выключателей применяются тиристорные ключи. Для улучшения переходных процессов при включении отпирание тиристоров осуществляется в этот момент, когда напряжения сети и конденсаторов равны как по величине, так и по полярности.

Быстродействие СКУ прямой компенсации в основном определяется условиями коммутации при изменении РМ и составляет порядка 0,02 с. Одним из основных преимуществ СКУ прямой компенсации является то, что они не генерируют в сеть высшие гармоники, а к недостаткам следует отнести сложность силовой схемы, схемы управления и значительную стоимость.

СКУ косвенной компенсации состоят из двух частей: плавно регулируемого индуктивного элемента (реактора) и нерегулируемой БК или СРФ (рис. 3.11, б). Принцип косвенной компенсации заключается в том, что управляемый, реактор потребляет РМ, когда нет реактивной нагрузки потребителей, а уменьшение его мощности происходит с набросом PМ злектроприемников, при этом поддерживается постоянство реактивной мощности, получаемой из сети.

Ток в реакторе регулируется различными способами. Например, некоторые зарубежные фирмы применяют управляемый насыщавшийся реактор. Однако его быстродействие оценивается временем задержки более 0,06 с, что недостаточно для таких электроприемников, как ДСП. Поэтому используют регулирование тока реактора с помощью изменения угла проводимости встречно-параллельного включенных тиристоров. Такая схема обеспечивает плавное регулирование РМ с временем задержки 0,01 с, нo является источником высших гармоник.

33

330;220; 110; 35; 10; 6êÂ

T

35; 10; 6; 0.66; 0.38ê VD

á)

Рис.3.11

3.7. Полупроводниковые преобразователи

Вентильные преобразователи различного рода: переменного тока в постоянный; выпрямитель-инвертор; промышленной частоты в другие частоты и т.п. - как правило, являются потребителями PМ. Однако, применяя различные специальные режимы их работы, можно заставить эти преобразователи работать как источники РМ:

1.Искусственная коммутация вентилей, когда вентиль очередной (опережающей) фазы открывают раньше наступления момента естественной, коммутации. Для этого вводится коммутирующая ЭДС (создаваемая с помощью специальных схем включения конденсаторов), которая поднимает напряжение на аноде очередного вентиля, что приводит к его более раннему отпиранию и, следовательно, работе преобразователя с опережающим током.

2.Принудительное изменение порядка работы вентилей, в результате чего реакторы, на которые работают преобразователи, начинают отдавать реактивную мощность в сеть.

34

3.Несимметричное управление вентилями в схемах с двумя параллельно включенными преобразователями. Благодаря несимметричному режиму вентилей в этих преобразователях в их первичной цепи можно получить опережающий ток.

4.Использование специальных тиристорных источников РМ. Принцип их работы заключается в том, что выпрямленным током преобразователя питаются накопители электромагнитной {индуктивности) или электростатической (емкости) энергии. Затем накопленная энергия преобразуются в напряжение переменного тока промышленной частоты с опережающим коэффициентом мощности.

Основным преимуществом вентильных преобразователей является их высокое быстродействие и плавное изменение генерируемой РМ, что может быть использовано для регулирования и снижения колебаний напряжения в СЭС ПП с резкопеременными нагрузками.

К числу их недостатков следует отнести: увеличение действующего значения тока высших гармоник в сравнении с обычными преобразователями; относительно большие потери активной мощности; высокая стоимость генерируемой РМ зависимость величины генерируемой РМ от основного режима работы преобразователей (например, величины тока нагрузки) и др.

В то же время преобразователи тока различного рода находят все большее применение в промышленности, имеют значительные мощности (до нескольких десятков МВА) и поэтому их обязательно нужно учитывать при анализе и расчетах СЭС ПП.

3.8. Воздушные и кабельные линии, токопроводы

Эти элементы СЭС обладают междуфазными емкостями (их условно можно представить схемой соединения конденсаторов в треугольник) и емкостями фаз относительно земли (схема соединения в звезду). Генерируемая РМ пропорциональна удельной мощности q на единицу длины линии, длине линии l и квадрату относительного напряжения сети Uc

Данные источники РМ следует учитывать для разветвленной электрической сети предприятия.

3.9. Сравнение характеристик различных источников реактивной мощности

Компенсирующие устройства, устанавливаемые в распределительных сетях ПП, предназначаются для обеспечения баланса РМ, регулирования напряжения в заданных пределах в нормальных и послеаварийных режимах работы сети, обеспечения запаса устойчивости в узлах нагрузки, уменьшения несимметрии и несинусоидальности напряжений. В зависимости от того, для какой конкретной цели устанавливаются компенсирующие устройства, выбирается тот или иной источник.

Достоинства СК по сравнению с БК обусловлены его техническими характеристиками: возможностью плавного ручного или автоматического регулирования реактивной мощности изменением тока возбуждения СК; возможностью резкого увеличения выдачи РМ благодаря форсировке тока возбуждения при внезапных и быстрых изменениях напряжения в контролируемой точке сети; повышенной устойчивостью СЭС благодаря действию АРВ, форсировке и расфорсировке возбуждения СК; возможностью потребления избытка РМ во время минимума нагрузок.

Недостатки СК связаны с его худшими по сравнению с БК экономическими показателями: повышенными потерями активной мощности (рис. 3.12, а и б); повышенными капитальными затратами; большой массой и вибрациями, что вынуждает делать массивные фундаменты для СК; необходимостью постоянного дежурства эксплуатационного персонала.

35

Основным недостатком БК по сравнению с СК является то, что при понижении напряжения в сети конденсаторы снижают выдачу РМ пропорционально квадрату напряжения, в то время как требуется ее повышение. Мощность БК регулируется только ступенями и требует установки дорогостоящей коммутационной аппаратуры для разделения батареи на отдельные секции.

36

37

Использование для генерации РМ некоторых типов СД оказывается менее выгодный, чем установка дополнительных БК, вследствие больших потерь активной мощности в самих двигателях, особенно имеющих низкие частоты вращения. На рис. 3.12, в приведены кривые зависимости удельных затрат на генерации РМ от мощности различных типов СД и БК. Из анализа зависимостей следует, что использовать компенсирующие способности СД напряжением до 1000 и выше 1000 В с частотой вращения 250 об/мин менее выгодно, чем устанавливать дополнительно БК. Этот же вывод относится к СД с частотой вращения до 500 об/мин и мощностью до 1,5...2 Мвар для UH = 10 кВ.

Таким образом, быстроходные CД целесообразнее использовать для компенсации РМ, а тихоходные - в качестве резерва РМ, задавая для них в нормальном режиме СЭС tgφ=0.

Верхний предел генерируемой синхронным двигателем РМ зависит от загрузки СД по активной мощности и от напряжения на его зажимах. Нижний предел РM обычно принимается равным нулю. Работа СД с потреблением РМ из сети не может быть рекомендована, т.к. это уменьшает устойчивость узла нагрузки и в обычных условиях приводит к увеличению потерь электроэнергии. Верхний предел мощности БК практически не ограничен. При проектировании и достаточном технико-экономическом обосновании можно предусмотреть установку БК любой мощности. Нижний предел мощности БК по техническим условиям может быть принят равным нулю, но по соображениям экономичности невыгодно выбирать её мощность слишком малой из-за больших затрат на коммутационную аппаратуру. Поэтому в настоящее время минимальная мощность ККУ составляет 50 квар при напряжении 0,38 кВ и 450 квар при напряжении б, 10 кВ. Для наиболее мощного СК предельные значения РМ составляют QМАХ = 160 Мвар и QMIN = - 45 Мвар.

38