Застосування статичних тиристорних компенсаторів в системах електропостачання промислових підприємств
О.А. Бушуєва, А.С. Новиков
Іванівський державний енергетичний університет
Об'єктом дослідження стала система електропостачання одного з найбільших російських металургійних підприємств ВАТ "Северсталь", де є велика кількість електроприймачів з резкопеременной режимом роботи, а також напівпровідникових перетворювачів, які впливають на якість електроенергії.
До приймачів з резкопеременной навантаженням відносяться:
• дугові сталеплавильні печі ємністю 100 т (електросталеплавильний цех);
• блюмінг-слябінг 1300 і безперервно-заготівельний стан 730/530 (обтискний цех);
• реверсивний стан 2800 гарячої прокатки (листопрокатний цех № 1);
• стан 1700 холодної прокатки (цех холодної прокатки);
• середньосортний стан 350, дрібносортний стан 250, дротяні стани 280 і 150 (сортопрокатний цех).
При роботі таких навантажень знижується якість електроенергії, яке проявляється у вигляді коливань напруги і відхилень його від номінального значення, а також в спотворенні синусоидальности кривої напруги. Проведені на діючих печах дослідження показали, що в ряді випадків при роботі печей наброс реактивної потужності від нуля до максимального значення відбувається за час 0,03 с, що відповідає півтора періодів напруги живлення. У загальному випадку швидкість наброса можна оцінити * величиною 500 Мвар / с; при роботі групи печей вона може зростати в порівнянні з роботою однієї печі.
де - наброс реактивної потужності; - наброс активної потужності, відповідної найбільшому накинувся реактивної потужності; r. x - активний і реактивний опори мережі; # 948; - потужність короткого замикання.
Коливання напруги, що виникають при різкозмінних навантаженнях, практично пропорційні коливань реактивної потужності. Тому для їх усунення необхідно застосування компенсуючих пристроїв, які відповідають наступним вимогам: швидкодія, відповідне зміни реактивної потужності вихідного графіка навантаження; достатня розташовується реактивна потужність для компенсації змінної (компенсація коливання напруги) і постійної (поліпшення коефіцієнта потужності) складових споживаної реактивної потужності.
Для зменшення коливань напруги, викликаних накинувся реактивної потужності, в цеху встановлено вісім синхронних компенсаторів марки СК-10000-8 (по чотири на кожну секцію шин) з номінальною располагаемой реактивною потужністю в режимі генерації 7700 квар. Особливістю цих компенсаторів є здатність швидкого наростання видається реактивної потужності (120-200 Мвар / с) завдяки невеликим значенням постійної часу обмотки збудження і застосування спеціального тиристорного збудника, що забезпечує багаторазову форсировку напруги збудження компенсатора при різкозмінних набросах реактивної потужності.
Всі перераховані вище заходи не забезпечують необхідний рівень коливань напруги в мережі (що часто призводить до браку продукції і зупинці стану), їх частота досягає 48 коливань в хвилину при амплітуді до 2,5 кВ (на шинах 10 кВ ГПП-11); комплексне вирішення проблеми можливе з п рименение статичних тиристорних компенсаторів (СТК), що мають більш високу швидкодію, ніж синхронні компенсатори (СТК - це комбінована електроустановка, яка містить одну або кілька тиристорно-реакторних груп, фільтро-яке компенсує пристрій і систему автоматичного управління).
Вимоги, що пред'являються до СТК, дуже різноманітні і для кожної конкретної установки мають свої особливості, практично виключають однотипні рішення. Із загальних вимог слід виділити основні: діапазон регулювання (генерація - споживання реактивної потужності), тип управління (симетричний або пофазний), статизм зовнішньої характеристики (зависи мість реактивної потужності від напруги), необхідність роботи при малих і великих змінах напруги, необхідні перевантаження, швидкодія регулювання реактивної потужності (в тому числі необхідні рівні вищих гармонік струму при підвищеннях напруги) і ін. Вимога обмеження перенапруг не є принципово необхідним, оскільки для цієї мети можна використовувати і інші засоби. Однак СТК може виконати і це завдання, якщо в його схемі міститься потужна індуктивна частина.
Вибір потужності СТК зроблений на підставі наступних розрахунків. Величини # 61448; наброса реактивної потужності визначають виходячи з кратності поштовхів струму по відношенню до номінальних значень:
де - максимальна кратність поштовхів струму по відношенню до номінального; - сумарна номінальна потужність електродвигунів приводу; - значення для даної групи електродвигунів. Згідно [2], для двигунів постійного струму * приймемо. Коефіцієнт потужності перетворювачів знаходиться в межах 0,3-0,8. Приймемо для орієнтовного розрахунку середній. тоді.
Для приводів горизонтальних валків чорнової кліті:
вертикальних валків чорнової кліті:
натискного пристрою чорнової кліті:
Таким чином, величина найбільшого можливого наброса реактивної потужності складе:
Сумарна наявна потужність синхронних компенсаторів, підключених на одну секцію шин, складає:
Коливання напруги для прокатних станів визначаються по (1). З огляду на те, що величина активного опору мережі багато менше величини реактивного опору, коливання напруги, що виникають при роботі різкозмінних навантажень, практично пропорційні коливань реактивної потужності. Частина реактивної потужності компенсується синхронними компенсаторами, тому формулу (1) можна записати в наступному вигляді: