Высоковольтные ККУ имеют ступень регулирования РМ, равную 150 квар, а низковольтные ККУ - в зависимости от используемых конденсаторов от 37,5 до 150 квар.

3.5.2. Особенности эксплуатации конденсаторных установок

Изменение потребляемой РМ на ПП, а также задание энергосистемой двух значения входной РМ QЭ1 и QЭ2 соответственно в режимах наибольшей и наименьшей активных нагрузок энергосистемы предопределяет необходимость регулирования на ПП генерируемой РМ. Для изменения РМ используется автоматическое регулирование возбуждения синхронных машин и изменение числа включенных БК.

Процессы, происходящие при коммутации секций БК, существенно отличаются от процессов при коммутации другого электрооборудования - возникают перенапряжения и броски тока. В момент подключения БК к сети при зарядке емкостей происходит кратковременное резкое снижение напряжений фаз почти до нуля, и при последующем восстановлении напряжения возникают высокочастотные перенапряжения. Такие колебания напряжения, не существенные для основного силового электрооборудования и многих электроприемников, весьма отрицательно сказываются на электронных системах управления, например на работе станков с числовым программным управлением, а также на функционировании вычислительных комплексов и приводят к их сбоям. Кроме того, при подключении дополнительных секций БК, параллельно работающих, кратность тока включения может во много раз превышать номинальный ток (в десятки раз). Но поскольку длительность протекания процесса составляет около 0,005 с, то термический и динамический эффекты не опасны, однако они несколько снижают срок службы и надежность секций БК.

При отключении конденсатора напряжение на его зажимах практически остается постоянным и равным амплитуде напряжения сети, а напряжение на зажимах выключателя, присоединенных к сети, меняется синусоидально. Поэтому через полпериода промышленной частоты к контактам выключателя прикладывается удвоенная амплитуда напряжения, что может вызывать многократные пробои промежутка между контактами в момент их расхождения. При эксплуатации наблюдались случаи разрушения выключателей. Поэтому для коммутации БК необходимы специальные быстродействующие выключатели, имеющие повышенную износостойкость контактной и механической частей. Обычные масляные выключатели на напряжение 6, 10 кВ, а также автоматы и контакторы напряжением 380 В не

28

рассчитаны на отключение емкостной нагрузки. При напряжении 6, 10 кВ рекомендуется использовать вакуумные, воздушные или элегазовые выключатели.

Для улучшения переходных процессов при коммутации БК целесообразно использовать тиристорные выключатели (рис. 3.7), которые, позволяют включать БК в тот момент, когда напряжение на конденсаторах равно напряжению сети, и отключать, когда ток в конденсаторах равен нулю. Но из-за требуемого высокого класса тиристоров по напряжению, большой стоимости, сложности управления бесконтактные выключатели на ПП пока для рассматриваемых целей не применяются.

Защита батарей выбирается с учетом отстройки от токов включения и разряда конденсаторов. При защите БК предохранителями ток плавкой вставки определяется так:

При защите автоматическим выключателем с уставкой расцепителя по току, выбираемой исходя из перегрузочной способности БК 130 %

0,38; 0,66; 6; 10êÂ

Q

VD

Рис.3.7

3.5.3. Защита конденсаторов в сетях с высшими гармониками

В СЭС, питающих преобразовательные установки и другие установки с нелинейными нагрузками, ток и напряжение содержат высшие гармоники. Чем выше номер гармоники, тем меньше емкостное сопротивление ХС конденсатора, что может приводить к дополнительной нагрузке БК. Токи высших гармоник в БК значительно увеличиваются, если в СЭС образуется резонансный контур, состоящий из емкости БК и индуктивностей СЭС. Для предотвращения резонансных явлений последовательно с БК включают реактор (рис. 3.8). Индуктивное сопротивление реактора должно быть рассчитано так, чтобы в этой цепи создавался резонанс напряжений на частоте, которая должна быть меньше наименьшей гармоники, возникавшей при нелинейной нагрузке, т.е. должно выполняться условие:

где νР - гармоника, на которую необходимо настроить последовательную LC - цепь; νMIN - минимальная гармоника, возникающая при нелинейной нагрузке.

Индуктивное сопротивление защитного реактора на частоте 50 Гц определяется из условия

29

где UК.Н. и QК.Н. - номинальные напряжение и мощность БК.

6; 10êÂ

Q

XP

XC

Рис.3.8

Минимальная гармоника для вентильных преобразователей с любой фазностью выпрямления принимается νMIN =5, а для ДСП νMIN =3. Для защиты БК необходимо, чтобы эта цепь имела индуктивный характер для всех высших гармоник и емкостный - для основной частоты сети. В нормальном режиме работы напряжение 1-й гармоники на реакторе определяется выражением:

и составляет около 12,5% U1 для νР = 3 и 4,2% U1 для νР = 5.

На такую же величину повышается напряжение на последовательно включенном конденсаторе. Поэтому в таких схемах, должны быть использованы конденсаторы с повышенным номинальным напряжением. Для защиты реактора от перенапряжений в момент включения или при пробое конденсатора параллельно с реактором устанавливается разрядник многократного действия (рис. 3.8).

Такая схема несколько увеличивает РМ Q'K, отдаваемую БК в сеть. Рассмотрим это влияние для νР = 3. Запишем соотношение:

Итак, отдаваемая в сеть РМ Q'К схемы, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и реактора, возрастает до 1,125 QК.Н. мощности БК. Последнее нужно учитывать при выборе параметров данного вида компенсирующего устройства.

Схемы КУ с реакторами, установленными для защиты БК, следует отличать от силовых резонансных фильтров, которые настраиваются на определенные частоты. В настоящее время ККУ на напряжения до 1000 В и выше 1000 В выполняются с защитой от высших гармоник.

3.5.4. Силовые резонансные фильтры

Появление в СЭС ПП мощных управляемых вентильных преобразователей, электроприемников с нелинейными вольтамперными характеристиками привело к значительному искажении кривых токов и напряжений. Несинусоидальность кривой напряжения достигает в ряде случаев, например в сетях, питающих прокатные станы, 10...15 %. Одним из путей решения указанной проблемы является установка нерегулируемых или регулируемых силовых резонансных фильтров (СРФ) высших гармоник. Использование СРФ в настоящее время является перспективным, тем более, что конденсаторы этих фильтров

30

одновременно являются источником РМ, т.е. СРФ являются многофункциональными устройствами. В СЭС металлургических заводов за рубежом СРФ получили широкое распространение.

СРФ представляют собой различные комбинации схем соединения индуктивных и емкостных элементов. На практике широкое распространение получили две схемы (рис. 3.9, а и б), особенно с последовательным соединением конденсаторов и реакторов и включением их по схеме "звезда".

Рис.3.9

Параметры реактора а конденсатора (рис. 3.9, б) подбирают таким образом, чтобы их результирующее реактивное сопротивление XФν=XLν-XC /ν было равно нулю на определенной частоте. При этом сопротивление фильтра на основной гармонике носит емкостный характер:

Реактивная мощность СРФ несколько больше мощности QK используемых в ней конденсаторов:

Напряжения основной частоты на реакторе и конденсаторе СРФ соответственно

Напряжение UL1 в процентах от основной гармоники напряжения сети U1 для фильтров 5, 7, 11 и 13-й гармоник составляет соответственно. 4,2; 2,08; 0,83 и 0,59 %, а напряжение UC1 на такие же величины превышает 100 % U1.

Общее напряжение на конденсаторе может быть подсчитано по формуле

νMIN

где UК.Н. - номинальное напряжение, конденсаторной батареи. Действующее значение тока в LС - цепи определяется по формуле:

νMIN

где IC1 и ICν - токи 1-й и ν-й гармоник в цепи БК.

СРФ могут являться причиной резонансные явлений в электрической сети. Для эффективной работы СРФ их надо устанавливать начиная с гармоники самого низкого порядка, возникавшей

31