Принцип работы СТК
ООО «Техноэлектро»
Производимая продукция:
низко- и высоковольтные системы компенсации и фильтрокомпенсации реактивной мощности
Информационная статья по реактивной мощности, гармониках и способах борьбы с ними
Сравнительный анализ установок компенсации реактивной мощности 0,4 кВ
Общая статья по реактивной мощности
Выдержки из каталогов в формате pdf:
Статические тиристорные компенсаторы СТК (SVC)
Электрические нагрузки как потребляют, так и генерируют реактивную мощность. Так как мощность, потребляемая из сети, изменяется на протяжении суток, соответственно изменяется баланс реактивной мощности в сети. Результатом являются неприемлемые изменения амплитуды напряжения.
Быстрые тиристорные компенсаторы имеют возможность в непрерывном режиме и практически мгновенно, в соответствии с запросами сети, вводить емкостную или индуктивную составляющую, регулируя, таким образом, напряжение в линии и поддерживая необходимый уровень генерации реактивной мощности. В дополнение к этому статические тиристорные компенсаторы снижают колебания активной мощности, вызванные изменениями напряжения. Статические тиристорные компенсаторы применяются как в распределительных, так и во внутризаводских сетях.
Статические тиристорные компенсаторы — очень эффективное средство для выравнивания колебаний напряжения при быстроизменяющейся нагрузке. Тиристорные компенсаторы реактивной мощности практически единственное экономически выгодное решение для удаленных от подстанции предприятий (нагрузок), где сеть достаточно слабая.
 |
Номинальные параметры СТК и отличительные особенности:
— номинальное напряжение: от 6 до 220 кВ;
— номинальная мощность: от 1 до 360 МВАр;
— водяное или воздушное принудительное охлаждение тиристоров, воздушная изоляция;
— передача импульсов управления тиристоров в виде световых импульсов по волоконно-оптическим каналам;
— избыточные тиристоры в каждой фазе;
— резервирование ключевых компонентов;
— модульная конструкция для легкого обслуживания.
— срок окупаемости компенсатора составляет 1 – 1,5 года.
Установка статических тиристорных компенсаторов в необходимых точках сети позволяет увеличить пропускную способность линий электропередачи, снизить потери, улучшить синусоидальность кривой напряжения в различных режимах работы.
Основная схемная конфигурация СТК включает в себя конденсаторные батареи, настроенные как фильтры высших гармоник – фильтрокомпенсирующие цепи (ФКЦ), постоянно подключенные к сети или коммутируемые выключателями в соответствии с требованиями Заказчика, и включенные параллельно им в «треугольник» три фазы управляемых тиристорами реакторов — тиристорно-реакторная группа (ТРГ). Угол зажигания тиристоров может быстро изменяться таким образом, чтобы ток в реакторе отслеживал ток нагрузки или реактивную мощность в энергосистеме.
Номинальная мощность и схема СТК выбирается для каждого конкретного объекта в зависимости от параметров схемы электроснабжения, вида компенсируемой нагрузки и требований по качеству электроэнергии. Для каждого отдельного случая производится расчет требуемой мощности ТРГ и ФКЦ и определяется их состав.
Виды статических компенсаторов
Существует два основных типа статических тиристорных компенсаторов: тиристорно-управляемые реакторы и тиристорно-включаемые конденсаторы.
Схема TCR (тиристорно-управляемый реактор) наиболее часто используема. Она включает в себя постоянно включенные конденсаторные батареи с реакторами, на строенные на 3, 5, 7 или др. гармоники и генерирующие емкостную реактивную мощность (увеличение напряжения), а также управляемую тиристорами индуктивность (реактор), вводимый в работу полностью или частично для снижения емкостной части реактивной мощности. Постоянно включенные конденсаторы с реакторами образуют фильтры для снижения искажений питающей сети, создаваемых тиристорами, которые управляют реактором.
Схема TSC (тиристорно-включаемые конденсаторы) используется реже. В этой схеме реактор (индуктивность) включен постоянно, а регулирование реактивной мощности происходит быстрым включением/отключением ступеней конденсаторов. Конденсаторы обычно полностью включаются тиристором, соответственно, гармоники тока не генерируются. Момент включения конденсаторов выбирается из условия минимума разницы потенциалов в сети и на выводах конденсатора, момент отключения при переходе тока через 0. Соответственно, переходные процессы при коммутации конденсаторов сведены к минимуму.
Основные преимущества применения СТК заключаются в следующем:
Для линий электропередач:
— повышение статической и динамической устойчивости линии передачи;
— снижение отклонений напряжения при больших возмущениях в системе;
— стабилизация напряжения;
— ограничение внутренних перенапряжений;
— увеличение передаточной способности электропередачи из-за улучшения устойчивости при большой передаваемой мощности;
— фильтрация токов высших гармоник.
Для промышленных установок:
— снижение колебаний напряжения;
— повышение коэффициента мощности;
— снижение токов высших гармоник;
— снижение искажений напряжения.
Для дуговых сталеплавильных печей:
— существенное снижение возмущений в питающей сети;
— возможность подключения мощных печей к энергосистемам с низкой мощностью КЗ;
— повышение среднего коэффициента мощности;
— снижение токов высших гармоник, текущих в энергосистему;
— компенсация несимметрии токов фаз ДСП;
— повышение производительности печи;
— увеличение вводимой в печь мощности за счет стабилизации напряжения;
— снижение расхода электродов;
— предотвращения резонансных явлений за счет установки фиксированных фильтров высших гармоник.
Пример применения СТК для дуговой сталеплавильной печи:
Применение статического компенсатора реактивной мощности позволяет в течение миллисекунд компенсировать колебания реактивной мощности по каждой фазе индивидуально и обеспечить подачу уравновешенного и стабильного напряжения.
Помимо существенного снижения возмущений в питающей сети, снижения несимметрии токов фаз печи и предотвращения резонансных явлений за счет фильтрации высших гармоник, применение СТК способствует повышению среднего коэффициента мощности печи, снижению времени плавки и повышению производительности печи.
Увеличивая подаваемую на электропечь активную мощность, СТК может сократить время расплава до 30 %. Указанное время вычисляется по формуле:
где G – вес закладки, тонн;
W – удельное потребление энергии, кВт/тонн;
F – коэффициент использования, равный примерно 0,8;
P1 – мощность печи без СТК;
P2 – мощность печи с СТК.
Сокращение времени расплава для печи в результате увеличения активной мощности:
Рассмотрим, как изменятся основные показатели работы электродуговой сталеплавильной печи, после применения СТК:
Сайт для электриков
Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (СТК) широко используются для решения различных проблем передачи и распределения электрической энергии, связанных с большими и быстрыми колебаниями реактивной мощности.
СТК являются высоконадежным продуктом, основанным на длительных исследованиях, современной технологии и опыте эксплуатации на различных промышленных объектах.
Основная схемная конфигурация СТК включает в себя конденсаторные батареи, настроенные как фильтры высших гармоник – фильтрокомпенсирующие цепи (ФКЦ), постоянно подключенные к сети или коммутируемые выключателями в соответствии с требованиями Заказчика, и включенные параллельно им в треугольник три фазы управляемых тиристорами реакторов — тиристорно-реакторная группа (ТРГ).
Угол зажигания тиристоров может быстро изменяться таким образом, чтобы ток в реакторе отслеживал ток нагрузки или реактивную мощность в энергосистеме.
Номинальная мощность и схема СТК выбирается для каждого конкретного объекта в зависимости от параметров схемы электроснабжения, вида компенсируемой нагрузки и требований по качеству электроэнергии. Для каждого отдельного случая производится расчет требуемой мощности ТРГ и ФКЦ и определяется их состав.
Система автоматического управления СТК обеспечивает быструю компенсацию реактивной мощности нагрузки и поддержание регулируемого параметра в соответствии с заданной уставкой, выполняет защиту оборудования СТК, контроль и сигнализацию отказов и может быть модифицирована под конкретные требования Заказчика.
Шкаф управления тиристорных вентилей: преобразует электрические импульсы управления тиристоров в световые и передает их на высокий потенциал посредством волоконно-оптических световодов, принимает контрольные световые импульсы с каждой тиристорной ячейки и регистрирует количество и расположение отказавших тиристоров.
СТК разрабатываются в двух основных модификациях — для линий электропередач и для промышленных установок типа дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и тиристорных приводов прокатных станов.
-
Основные преимущества применения СТК заключаются в следующем:
Линии электропередач
Срок окупаемости компенсатора составляет 1 – 1,5 года.
-
Номинальные параметры и отличительные особенности
-
Комплект поставки компенсатора
- Высоковольтные встречно-параллельные тиристорные вентили (ВТСВП)
- Шкаф управления тиристорными вентилями (ШУ)
- Система охлаждения ВТВ
- Компенсирующие реакторы
- Конденсаторные батареи и реакторы фильтров
- Шкаф автоматического управления и защиты СТК
Выпускает статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности ЗАО «АО Ансальдо-ВЭИ».
ЗАО «АО Ансальдо-ВЭИ» было создано в 1996 г. на базе научно-инженерного центра «Преобразователь» Всероссийского электротехнического института им. В.И.Ленина (BЭИ), ведущего разработчика высоковольтного преобразовательного оборудования в СССР, и Ansaldo Sistemi Industriale S.p.A.(Италия), действующей на рынке электрооборудования более 100 лет.
Основные направления деятельности компании — разработка, изготовление, испытания, пуско-наладочные работы и обслуживание высоковольтных электрических преобразователей различного назначения в широком диапазоне напряжения, мощности и частоты. Система менеджмента качества компании соответствует требованиям стандарта ISO 9001:2000.
Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности
В настоящее время основной нагрузкой электрических сетей являются асинхронные двигатели, различные распределительные или преобразовательные трансформаторы, полупроводниковые преобразовательные аппараты и т.д.
Подобная нагрузка в процессе работы является потребителем реактивной мощности, которая, совершая колебания между источником, расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную загрузку оборудования для производства, передачи и распределения электроэнергии. Резкопеременный характер потребления электроэнергии сопровождается колебаниями напряжения в узлах нагрузки.
Использование нагрузки с нелинейной вольт-амперной характеристикой сопровождается генерацией несинусоидальных искажений в питающую сеть, негативно влияющих на все электрооборудование энергетического объекта:
- — повышенный нагрев аппаратуры передачи и распределения электроэнергии, увеличение активных потерь в проводниковых и диэлектрических материалах;
- — вибрации, нестабильная работа двигателей;
- — ложные срабатывания устройств РЗиА;
- — электромагнитные помехи в аппаратуре измерения и устройствах управления;
- — несанкционированное срабатывание коммутационной аппаратуры;
- — возможность возникновения резонансных явлений при компенсации реактивной мощности.
Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности являются одним из устройств, обеспечивающих повышение эффективности работы и энергосбережения систем передачи и распределения электрической энергии.
СТК разрабатываются в двух основных модификациях: для промышленных установок типа дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и тиристорных приводов прокатных станов и для высоковольтных линий электропередачи. Также есть специальное исполнение СТК для применения на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог.
Эффективность применения СТК, в зависимости от объекта установки, определяется реализацией ими следующих функций:
Для промышленных установок и тяговых подстанций железных дорог
- Снижение колебаний напряжения
- Повышение коэффициента мощности
- Балансирование нагрузки
- Снижение токов высших гармоник
Для дуговых сталеплавильных печей
- Существенное снижение колебаний напряжения (фликера) в питающей сети
- Возможность подключения мощных печей к энергосистемам с низкой мощностью КЗ
- Повышение среднего коэффициента мощности
- Снижение токов высших гармоник, текущих в энергосистему
- Симметрирование токов, потребляемых из сети
- Стабилизация напряжения на шинах нагрузки
- Повышение производительности печи
- Снижение расхода электродов и футеровки
Для линий электропередачи
- Повышение статической и динамической устойчивости передачи
- Снижение отклонений напряжения при больших возмущениях в системе
- Стабилизация напряжения
- Ограничение внутренних перенапряжений
- Увеличение передаточной способности электропередачи из-за улучшения устойчивости при большой передаваемой мощности
- Фильтрация токов высших гармоник
Помимо обеспечения требований действующих стандартов по основным показателям качества электроэнергии СТК осуществляют разгрузку сетевых трансформаторов и питающих линий электропередачи от реактивной мощности и, тем самым, снижают в них величину действующего тока и активных потерь, что позволяет увеличить пропускную способность без установки нового оборудования. Срок окупаемости СТК составляет от 1 до 3 лет.
Таким образом, по аналогии с охраной окружающей среды, СТК являются своего рода «очистными системами» для энергетической среды, восстанавливая качество электроэнергии, испорченное потребителями, и снижая активные потери на ее передачу.
Статический тиристорный компенсатор реактивной мощности
На многих промышленных предприятиях для улучшения гармонического состава сети устанавливаются фильтро-компенсирующие устройства ФКУ. Они не только улучшают гармонический состав сети, но и компенсируют реактивную энергию, улучшая тем самым коэффициент мощности сети cosφ.
На предприятиях с резко-переменной нагрузкой при отключении какого-либо из потребителей могут возникать проблемы с тем, что cosφ может становиться больше единицы. Для того чтобы не отдавать реактивную мощность обратно в сеть необходимо отключить фильтр от цепи, как делается при секционном регулировании в конденсаторных установках. Но если отключить фильтр от цепи, он перестанет сглаживать гармоники, то есть теряется смысл его установки. Разбивать ФКУ на секции и вводить посекционно — дорого, требует огромных площадей и большого числа коммутационной аппаратуры. Для решения этой задачи был создан статический компенсатор реактивной мощности или декомпенсатор.
Он состоит из тиристорного регулятора напряжения (ТРН) и реактора, подключенного через вентильный ключ к цепи. Мощности реактора и ФКУ равны. При изменении cosφ>1 тиристорный регулятор увеличивает ток реактора, чем увеличивает реактивную составляющую потребляемую этими реакторами, тем самым выравнивая баланс мощности в заданном диапазоне. На рис.1 приведена схема этого устройства
Рис.1 Схема включения статического компенсатора
Главным достоинством статического компенсатора является быстрое и плавное изменение реактивной составляющей цепи. При его применении можно регулировать cosφ в заданных пределах в автоматическом режиме.
Статический тиристорный компенсатор со шкафом управления не может быть расположен на улице, они всегда располагаются в помещении. ФКУ может быть расположено как в помещении, так и снаружи. Фильтры и реакторы могут соединяться шинами или кабелями в зависимости от токов и напряжений установок. На рис.2 показан пример размещения оборудования
Рис.2 Схема размещения оборудования
Как видно из рис.2 в помещении находится система управления статическим компенсатором и вентильный ключ. Через шины он соединяется с реакторами и фильтрами высших гармоник, которые находятся на улице.
Система охлаждения тиристорного регулятора, как правило воздушная. Она дешевле жидкостной, легче в эксплуатации, не требует дополнительных узлов электроники, механики, вращающихся компонентов. Также, воздух, проходящий через вентиляционные шахты, преобразователя охлаждает не только силовые модули, но и R-C цепи (служащие для защиты тиристоров от перенапряжений) и другие элементы. Если токи слишком большие, а размеры аппаратуры ограничены, применяют жидкостное охлаждение.
Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности автоматизированы. Управление осуществляется как в автоматическом режиме, так и в ручном с панели оператора. Данные о работе устройства могут записываться в память статического тиристорного компенсатора и таким образом вести учет компенсируемой энергии за промежуток времени, а также хранится данные о всех неисправностях, методах их устранения. Это очень удобно для анализа потребляемой энергии, статистических данных по электроснабжению, а также проводить качественный анализ сети в различных режимах работы.
Вывод: статический тиристорный компенсатор очень удобен для предприятий с наличием высших гармоник и резко-переменной нагрузкой. Он позволяет плавно регулировать реактивную энергию в цепи, а также фильтровать высшие гармоники, улучшая тем самым качество сети.
Статические компенсаторы реактивной мощности
Статические компенсаторы реактивной мощности (СКРМ) основаны на использовании управляемых реакторов и конденсаторных батарей. При параллельном их включении мощность всего устройства равна алгебраической сумме мощностей реактора и конденсаторной батареи (рис. 2). Весьма полезным свойством компенсаторов реактивной мощности на базе УШР является возможность подключения в точку необходимой компенсации реактивной мощности без использования промежуточных устройств. Это особенно важно для создания гибких линий электропередач с применением плавно-регулируемых устройств компенсации реактивной мощности по концам линии. Перспективно использование СКРМ в сетях с реверсивными перетоками активной мощности, в системах со слабыми межсистемными связями и в протяженных распределительных сетях.
Рис. 2 Принципиальная схема СКРМ на базе УШР
Статические тиристорные компенсаторы
Статические компенсаторы, где реактор регулируется с помощью тиристорного ключа, получили название статических тиристорных компенсаторов (СТК). Эти устройства могут работать как на выдачу, так и на потребление реактивной мощности. Регулирование реактивной мощности происходит плавно и в широких пределах. С другой стороны, при работе тиристорных ключей возникают высшие гармоники, что требует введения в схему фильтров. Кроме того, СТК неэффективны в слабых сетях.
Применение СТК в энергосистеме позволяет решить проблему изменения реактивного тока и сгладить колебания напряжения в узлах нагрузки и непосредственно у потребителя. Срок окупаемости затрат на СТК составляет в среднем от 0,5 до 1 года. Например, применение СТК на одном из российских металлургических предприятий увеличило коэффициент мощности нагрузки с 0,7 до 0,97, снизило колебания напряжения питающей сети в 3 раза, снизило время одной плавки металла со 150 мин. до 130 мин. и удельный расход электроэнергии на тонну выплавленной стали на 4%.
Рис. 3 СТК российского производства в Анголе
СТАТКОМ
СТАТКОМ – статический компенсатор реактивной мощности. Он предназначен для регулирования реактивной мощности в широких пределах (плюс-минус 100%). СТАТКОМ отличается от описанного выше СКРМ иным устройством, увеличенным набором функций и улучшенными характеристиками. Упрощенно, СТАТКОМ, это преобразователь напряжения на управляемых силовых тиристорах (или транзисторах), включенный через трансформатор параллельно линии в узле сети, к которому подключена линия (рис. 4). Принцип работы СТАТКОМ идентичен принципу работы агрегатов бесперебойного питания: из напряжения источника постоянного тока за счет широтно-импульсной модуляции и использования фильтра гармоник формируется синусоидальное напряжение частотой 50 Гц±3 Гц. Главное свойство СТАТКОМ – способность генерировать ток любой фазы относительно напряжения сети. То есть СТАТКОМ обеспечивает регулирование значения выходного напряжения и его фазы. Регулирование происходит за счет изменения реактивной мощности, потребленной или выданной в сеть.
Рис. 4 Схема СТАТКОМ
Специалисты считают, что сегодня СТАТКОМ – наиболее совершенное статическое устройство FACTS. Он обладает высоким быстродействием, малым содержанием высших гармоник, малыми габаритами, может использоваться в любых электрических сетях. Использование СТАТКОМ позволяет не только регулировать напряжение, но и увеличивать пропускную способность сети, оптимизировать потоки мощности, улучшать форму кривой напряжения и т.д. Модификация СТАТКОМа – активный фильтр – позволяет компенсировать все высшие гармоники в сетях.
Рис. 5 Внешний вид СТАТКОМ
Фазоповоротные устройства
Фазоповоротное устройство (ФПУ) воздействует на угол передачи и соответственно на изменение передаваемой по линии мощности. Простейшая схема ФПУ (рис. 6) состоит из двух трансформаторов: параллельного Т1 и последовательного Т2, создающего вектор дополнительного напряжения в линии, перпендикулярно направленного к вектору U1, что формирует фазовый сдвиг по отношению к основному напряжению на некоторый регулируемый угол. Вариант ФПУ с тиристорным управлением обладает быстродействием, способен влиять не только на распределение потоков активной мощности, но и на пределы динамической устойчивости.
Рис. 6 Схема фазоповоротного устройства
При включении в сеть ФПУ, электроэнергия распределяется по линиям электропередач пропорционально косинусу разности фазовых углов напряжения на входе и выходе линии. Там, где между двумя точками существуют параллельные цепи с разной емкостью, прямое управление величиной фазового угла позволяет контролировать распределение потока электроэнергии между ними, предотвращая перегрузки.
Следует заметить, что ФПУ принципиально отличается от описанных выше статических тиристорных компенсаторов (СКРМ, СТК, СТАТКОМ). Хотя все эти устройства изменяют передаваемую по линии мощность, но они воздействуют на разные параметры. Статические компенсаторы воздействуют на напряжение, а ФПУ – на угол передачи.
Вставки постоянного тока
Вставка постоянного тока (ВПТ) – это преобразовательная подстанция, в которой инверторы (устройства для преобразования постоянного тока в переменный) и выпрямители находятся в одном месте. ВПТ предназначена для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты. Вставки постоянного тока используются для: соединения магистральных линий различной частоты или двух электрических сетей той же самой номинальной частоты, но разных нефиксированных фазовых сдвигов.
Самая известная в России и самая крупная в мире (передаваемая мощность – 1400 МВт) вставка постоянного тока установлена на подстанции Выборгская (Ленинградская область), построенной специально для передачи электроэнергии в Финляндию. На энергообъекте установлены четыре блока комплектных выпрямительно-преобразовательных устройств (КВПУ) по 350 МВт. В отличие от большинства других ВПТ, устройство в Выборге может передавать электроэнергию только в одну сторону – от энергосистемы России в энергосистему Финляндии.
Заключение.
Устройства FACTS служат для комплексного решения следующих актуальных проблем транспорта электроэнергии в ЕЭС России:
· недостаточная пропускная способность межсистемных и системообразующих линий электропередачи, ограничиваются возможности удовлетворения требований рынка;
· ограничения по выдаче мощности электростанций;
· слабая управляемость сети, недостаточный объем устройств регулирования напряжения, как следствие повышенные до опасных значений напряжения в периоды суточного и сезонного снижения нагрузки;
· недостаточная степень устойчивости ОЭС;
· неоптимальное распределение потоков мощности по параллельным линиям различного класса напряжений, как следствие недоиспользование сетей, рост потерь в сетях.
· Эффекты от внедрения (использования)
FACTS — это устройства, служащие для:
· повышения пропускной способности линий электропередачи;
· обеспечения устойчивой работы энергосистемы при различных возмущениях;
· обеспечения заданного (принудительного) распределения мощности в электрических сетях в соответствии с требованиями диспетчера;
· повышения надежности энергосбережения потребителей;
· снижения потерь в электрических сетях, решения задачи по превращению электрической сети из пассивного устройства транспорта электроэнергии в активный элемент управления режимами работы.
Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 1363 ; Мы поможем в написании вашей работы!
