Статические компенсаторы реактивной мощности типа ТКРМ нового поколения предназначены для улучшения качества электрической энергии промышленных сетей напряжением 6,3 и 10,5 кВ, питающих мощные тиристорные электроприводы прокатных станов и шахт, дуговые сталеплавильные и рудотермические печи, прочие нагрузки с резкопеременным потреблением реактивной мощности.
Тиристорные компенсаторы реактивной мощности изготавливаются согласно технических условий ТУ У 27.1-13626132-005:2015.
Применение ТКРМ позволяет:
• улучшить качество электроэнергии, за счет уменьшения амплитуды колебаний напряжения сети от номинального значения и улучшения гармонического состава тока и напряжения;
• уменьшить токовые нагрузки элементов системы электроснабжения, тем самым уменьшив потери в них, а значит, уменьшить плату за активную энергию;
• симметрировать по фазам сети потребляемую активную и реактивную мощности при резкопеременном и несимметричном характере нагрузок;
• уменьшить потери в электродвигателях, трансформаторах, кабелях, увеличить срок службы изоляции и электрооборудования за счет уменьшения в сети высших гармоник;
• снизить оплату за потребленную и генерируемую реактивную мощность практически до нуля и устранить возможные надбавки к тарифу на электроэнергию за потребление реактивной мощности, превышающее договорные значения, за счет автоматической компенсации реактивной мощности;
• повысить надежность и энергоэффективность энергоснабжения за счет уменьшения полного тока;
• обеспечить режим стабилизации напряжения (по отдельному требованию заказчика), что актуально для “слабых” сетей.
Стоимость изделия оптимальна, поскольку ТКРМ и фильтры гармоник проектируются индивидуально для каждого отдельного случая их применения. Это гаранитирует достижение наилучших результатов фильтрации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности, исключает переплату за “запас мощности” (в случае выбора из стандартного ряда изделий).
Средний срок окупаемости компенсатора составляет менее 2 лет.
Каждое изделие проходит компьютерное моделирование с параметрами конкретного применения (в штатной схеме электроснабжения и характерными режимами работы оборудования), с целью проверки и выявления возможных резонансных и аварийных явлений.
Принцип действия
Нелинейные приемники электрической энергии (например, тиристорные преобразователи, дуговые и индукционные электропечи) в процессе работы являются источниками гармонических искажений в сети питания.
Присутствие высших гармоник оказывает влияние на работу электрооборудования:
• вызывает дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях;
• затрудняет компенсацию реактивной мощности;
• сокращает срок службы изоляции электрических машин и аппаратов;
• ухудшает работу устройства автоматики, телемеханики и связи;
• вносит погрешность измерений электроизмерительных приборов.
Структурная схема ТКРМ
Принцип компенсации реактивной мощности
Для решения этих проблем используют тиристорные компенсаторы реактивной мощности (ТКРМ) при резкопеременной нагрузке или фильтры гармоник (ФГ) при изменениях реактивной мощности в небольших пределах. ТКРМ состоит из полупроводникового стабилизатора мощности (ПСМ), компенсирующих реакторов и фильтров гармоник.
Фильтры гармоник:
• снижают полный коэффициент гармонических искажений (THD) приближая форму напряжения к синусоидальной;
• компенсируют реактивную мощность до определенного уровня.
ТКРМ позволяет поддерживать заданный уровень реактивной мощности (или коэффициент мощности) при ее изменениях в широких пределах (от 0 до 100%). Время отработки возмущения – до 10 мс.
Компенсатор, структурно-функциональная схема которого приведена на рисунке 1, выполнен по схеме косвенной компенсации. Процесс регулирования и стабилизации реактивной мощности на вводе распределительной сети осуществляется с помощью силовой схемы в шкафу полупроводникового стабилизатора мощности (ПСМ), а источником реактивной мощности служит конденсаторная установка, образующая совместно с фильтровыми реакторами силовой резонансный фильтр высших гармоник A1..An.
Внешний вид ПСМ
Индуктивность фильтрового реактора и емкость конденсаторной установки образуют последовательную резонансную цепь, которая при подключении параллельно нагрузке минимизирует определенную высшую гармонику в напряжении сети.
ПСМ и компенсирующие реакторы L1..L3 образуют три цепи из последовательно соединенных компенсирующего реактора и пары встречно-параллельных тиристоров, соединенных в треугольник и подключенных параллельно нагрузке и силовым фильтрам.
Компенсатор обеспечивает стабилизацию величины, потребляемой из сети реактивной мощности, а также симметрирование по фазам сети, потребляемой активной и реактивной мощностей при резкопеременном и несимметричном характере нагрузок. При этом на вход системы управления подаются сигналы напряжения, токи сети и нагрузки со вторичных обмоток трансформаторов напряжения TU и трансформаторов тока TA.
Внешний вид ПСМ с вводом кабеля сверху
Таким образом, перетоки реактивной мощности происходят только между потребителями реактивной мощности и ТКРМ. Из сети реактивная мощность не потребляется и не генерируется, соответственно счетчик ее не регистрирует. Обмен энергией с сетью идет только активной мощностью. Визуально это показано на рисунке 2, где красной линией изображена полная мощность.
Система управления
Управление ПСМ, защита и сигнализация, автоматическое регулирование осуществляется микропроцессорной системой управления (СУ). СУ размещена в отдельном шкафу управления. Печатные платы системы управления легко заменить и настроить.
СУ унифицирована для всей номенклатуры высоковольтных преобразователей и имеет:
• встроенную систему диагностики и записи “аварийного следа”;
• полнофункциональную систему защит;
• быстродействующие двухповодные интерфейсы для связи с оборудованием верхнего уровня, в том числе других поставщиков.
СУ позволяет реализовать любую объектную ориентацию по требованию Заказчика.
При пробое одного тиристора в плече система управления формирует предупредительный сигнал, но преобразователь остается в работе. Пробой второго тиристора в этом плече вызывает аварийное отключение с соответствующим аварийным сообщением пультового терминала.
Внешний вид компенсирующего реактора
Конструкция
Основными составными частями компенсатора ТКРМ являются:
- полупроводниковый стабилизатор мощности;
- компенсирующие реакторы;
- фильтры высших гармоник, состоящих из фильтрового реактора и конденсаторной установки.
ПСМ в зависимости от мощности выполнен в виде одного шкафа или нескольких, образующих секцию. Конструктивно ПСМ выполнено в виде шкафов двухстороннего обслуживания, со степенью защиты IP21.
На лицевой двери блока и шкафа управления установлен пульт управления. Он содержит жидкокристаллический дисплей и блок клавиатуры. состоящей из семи герметизированных кнопок. Интерфейс с пользователем реализован в виде меню на ЖКИ дисплее.
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала при эксплуатации двери шкафов ПСМ снабжены замками электромагнитной блокировки и концевыми выключателями отключающими силовое напряжение при открытии двери.
Внешний вид ФКУ
Силовая часть ПСМ состоит из:
• последовательного набора встречно параллельно включенных тиристоров;
• ячеек управления тиристоров;
• демпфирующих RC-цепочек;
• вентиляторов системы охлаждения.
Компенсирующие реакторы имеют исполнения:
• воздушное;
• с магнитопроводом.
Фильтровые реакторы имеют однофазную и трехфазную конструкции. Конденсаторные установки силовых фильтров выполнены в виде рам с установленными в них параллельно соединенными конденсаторами и защищенных предохранителями.
Комплектность поставки
В комплект поставки входят:
• шкаф силовой;
• система управления (блок в шкафу силовом или отдельный шкаф);
• компенсирующий реактор;
• фильтры гармоник, состоящие из фильтрового реактора и конденсаторной установки;
• комплект запасных частей, инструмента и принадлежностей согласно ведомости ЗИП на соответствующий тип конденсатора;
• комплект эксплуатационных документов согласно ведомостям эксплуатационных документов.
Комплектация
ТКРМ комплектуется силовым оборудование следующих производителей:
• тиристоры ABB (Швейцария) или Dynex (Англия);
• высоковольтные конденсторы ZEZ SILKO s.r.o (Чехия);
• реакторы Элтиз (Украина).
Проекты:
• Новокраматорский машиностроительный завод, комплектная поставка ТКРМ, 6кВ, 13Мвар, в составе:
– фильтр 3-ей гармоники мощностью 9Мвар,
– фильтр 5-ой гармоники мощностью 7,2Мвар,
– полупроводниковый стабилизатор мощности с номинальным током 700А,
– компенсирующие реакторы типа РКОС с расщепленной обмоткой.
• Запорожсталь, поставка двух полупроводниковых стабилизаторов мощности 1000А, 6кВ;
• Запорожсталь, модернизация ТКРМ, замена шкафа управления;
• Днепроспецсталь, поставка шкафа управления ТКРМ;
• Митал стил, поставка шкафа управления ТКРМ.
Структура условного обозначения
