Модернизация электроснабжения системы электропривода подъемной установки ствола СС-3 рудника "Таймырский" (стр. 11 из 21)
Таким образом, наличие высших гармоник в кривой напряжения, даже в допустимых пределах, приводит к значительной интенсификации процесса старения диэлектрика конденсаторов и как следствие сокращению срока службы их.
В соответствии с ГОСТ 1262-68 батареи конденсаторов могут длительно работать при перегрузке их токами высших гармоник не более чем на 30%; допустимое повышение напряжения лимитируется величиной 10%. Однако при длительной эксплуатации конденсаторов в этих условиях срок службы их сокращается. В условиях промышленных предприятий, как правило, конденсаторы периодически оказываются в режиме, близком к резонансу токов на частоте какой-либо из гармоник низкого порядка; вследствие систематических перегрузок они быстро выходят из строя. В настоящее время на многих крупных промышленных предприятиях, где имеются мощные вентильные преобразователи, батареи конденсаторов без применения специальных мер защиты их от высших гармоник, по существу, не работают. В результате снижается коэффициент мощности электроустановок цехов и производств, ухудшаются экономические показатели систем электроснабжения предприятий.
При несинусоидальном напряжении сети происходит ускоренное старение изоляции силовых кабелей. Для подтверждения этого положения были сопоставлены результаты замеров токов утечки кабелей, проложенных почти одновременно и работающих в сходных температурных условиях; часть обследованных кабелей работала при практически синусоидальном напряжении, другая — при уровне гармоник в кривой напряжения в пределах 6—8,5% (преобладали 5-я и 7-я гармоники). Токи утечки во втором случае через 2,5 года эксплуатации оказались в среднем на 36% больше, через 3,5 года — на 43%.
6.5. Влияние высших гармоник на системы автоматики
Воздействие высших гармоник на системы импульсно-фазового управления вентильными преобразователями может привести к воз-никновению так называемой гармонической неустойчивости. Явление гармонической неустойчивости состоит в появлении на шинах многофазного преобразователя большого напряжения четной гармоники или гармоники, кратной трем; при этом в кривой напряжения сети появляются также другие гармоники четных порядков и кратные трем, однако меньшие по величине. Искажения кривой напряжения сети могут быть столь большими, что в инверторном режиме преобразователя появятся нарушения коммутации; при этом работа системы импульсно-фазового управления также может оказаться неустойчивой.
Гармоническая неустойчивость может возникнуть при подключении преобразователя к электрической системе, мощность короткого замыкания которой соизмерима с мощностью преобразователя, в случае, если имеются другие источники гармоник (например, силовые трансформаторы). Основной причиной появления гармонической неустойчивости является асимметрия управляющих импульсов, неизбежная в реальных системах импульсно-фазового управления. Следствием этой асимметрии является появление в спектре тока преобразователя четных гармоник и гармоник, кратным трем; усиление их при наличии указанных выше условий и приводят к гармонической неустойчивости.
Повышение напряжения на частоте какой-либо гармоники существенно ограничивается при использовании заградительных фильтров в системах импульсно-фазового управления.
Возникновение гармонической неустойчивости исключается при соблюдении условия
, (6.1)где xк — сопротивление короткого замыкания питающей энергосистемы на шинах преобразователя; Idн — номинальный выпрямленный ток преобразователя; U—линейное напряжение сети.
Для преобразователей ПМ СС-3:
;На входе систем импульсно-фазового управления подключаются фильтры, благодаря чему усиление четных гармоник и гармоник, кратных трем, практически не имеет места.
В некоторых энергосистемах были зафиксированы случаи неверной работы блокировок от качаний, причиной которых были высшие гармоники тока, в частности пятая гармоника. Наблюдались также случаи ложной работы устройств релейной защиты, в которых использовались фильтры токов обратной последовательности, из-за наличия токов высших гармоник, которые образуют систему обратной последовательности. Влияние высших гармоник на работу релейной защиты проявляется при уровне гармоник а токе нагрузки линии порядка 5—7%.
Высшие гармоники тока и напряжения в сети ухудшают работу телемеханических устройств и даже вызывают сбои, если силовые цепи используются в качестве каналов связи между полукомплектами диспетчерского и контролируемого пунктов. Затрудняется использование простой и дешевой системы циркуляторного телеуправления по линиям распределительных сетей с использованием четных гармоник.
6.6. Расчет компенсации реактивной мощности
Составим уравнение баланса реактивной мощности
, (6.2)где
- реактивная мощность подлежащая компенсации 
- потери реактивной мощности 
; 
; 
; 
.Дополнительные потери активной мощности в ВЛ от передачи реактивной
;6.7. Расчет компенсации реактивной мощности с учетом подключения силовых резонансных фильтров
При комплексном подходе к решению проблемы качества электроэнергии в сетях с нелинейными нагрузками применим многофункциональные устройства - силовые резонансные фильтры (СРФ) высших гармоник, которые наряду со снижением уровней высших гармоник генерируют в питающую сеть реактивную мощность.
По номограммам рис.8.2.[2] определим возможность подключения вентильной нагрузки исходя из допустимого уровня коэффициента несинусоидальности.
Для подъемных машин СС-3:
;Из данного соотношения следует, что при данной мощности нелинейной (вентильной) нагрузки в сеть будут выдаваться высшие гармоники недопустимого уровня и подключение батарей конденсаторов к шинам ГПП-33 приведет к выходу последних из строя.
Для более точных данных о значении коэффициента несинусоидальности воспользуемся данными из литературы [5].
Проведенное исследование показателей качества электрической энергии в узлах нагрузки с тиристорными преобразователями показало:
Таблица 6.1.
Показатели качества электрической энергии.
| Коэфф.несинус. | с 0.00 до 8.00 | с 8.00 до 16.00 | с 16.00 до 24.00 | Сред. за сутки |
| ПМ “Юг” | 4,175 | 3,35 | 8,425 | 5,325 |
| ПМ “Север” | 11,85 | 10,8 | 19,3 | 14 |
На обеих подъемных машинах Кнс>5%.
Наметим к установке СРФ на каждую подъемную машину.
Для подъемных машин КС-3:
;По номограммам рис.8.2.[4] определить возможность подключения вентильной нагрузки исходя из допустимого уровня коэффициента несинусоидальности затруднительно, т.к. полученная точка находится на границе зоны недопустимости установки БК.
Для более точной оценки воспользуемся формулой:
, (6.3)где
, (6.4)Кр=4 при двенадцати пульсной схеме выпрямления
Кр=0 при шести пульсной схеме выпрямления
Для большой подьемной машины:
; 
%.Для малой подьемной машины:
; 
%.СС-3:
Реактивная нагрузка группы преобразователей
;Допустимое значение реактивной нагрузки группы преобразователей
;Реактивная мощность группы преобразователей подлежащая компенсации
;6.8. Расчет силовых резонансных фильтров
Существующая практика применения резонансных фильтров основывается на использовании комплекта фильтров, настроенных по возможности точно на частоты гармоник, преобладающих в амплитудном спектре токов нелинейных нагрузок. Такой подход определялся, главным образом, стремлением снизить уровень гармоник в сети до минимального значения (теоретически до нуля). Применение фильтров малой и средней мощности (с отношением мощности батарей фильтра Qр к мощности короткого замыкания сети Sкз порядка Кр = Qр/Sкз< 0,01) обусловливало повышенные требования к точности настройки с целью избежать усиление отдельных гармоник напряжения в сети, перегрузки фильтров и других неблагоприятных явлений.