УДК 621.3
К ВОПРОСУ О ПОКАЗАТЕЛЯХ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
при ПИТАНИи ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВок
ТОКОМ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
,
Россия, г. Омск, ОГТУ
Россия, г. Москва, МЭИ (НИУ)
Приводятся результаты экспериментальных исследований показателей качества электрической энергии в сети, питающей электролизные установки, и на шинах источников питания (электроэнергетических систем).
Experimental results of indicators of the quality of electric of the energy in the network, the supply electrolysis installation and on tires of a power supply (electropower systems).
В настоящее время силовая полупроводниковая техника широко применяется в источниках питания электротехнологических установок и системах возбуждения генераторов электростанций. Это обусловливает повышенный интерес к вопросам качества электроэнергии и электромагнитной совместимости электроприемников. Моральный и физический износ электрооборудования промышленных предприятий и станций (силовых трансформаторов и т. д.) является причиной дополнительных потерь холостого хода и ошибок в расчетах отпуска электроэнергии. Однако при решении вопросов о замене устаревшего оборудования (например, установки силовых трансформаторов с устройствами РПН, ПБВ или без них) следует принимать во внимание и аспекты качества отпущенной потребителям электроэнергии.
Исследования качества электрической энергии проведены на электростанциях, электролизных и металлургических предприятиях России и Казахстана. Основная цель исследований – испытания на соответствие требованиям ГОСТ . В качестве объектов исследования были выбраны шины высокого напряжения подстанций, питающих электролизные установки с использованием тока сложной формы (ЭТУ ТСФ). При рассмотрении вопроса о качестве электроэнергии, необходимо оценивать влияние на показатели качества не только потребителей, но и источников питания (ИП). В работе представлены результаты исследований показателей качества электроэнергии (ПКЭ), выполненных на шинах генераторного напряжения ТЭЦ-3 (г. Павлодар), работающей на твердом топливе, а также на шинах 110 кВ ГРЭС-2 (г. Томск), работающей на твердом топливе и газе. Исследованы основные показатели качества электроэнергии в соответствии с требованиями ГОСТ . В экспериментах использовались следующие контрольно-измерительные приборы: анализаторы несинусоидальности типа АН-1, анализатор спектра С4-53, анализатор гармоник 43250, анализаторы качества ППКЭ-1-50, «ANALYST - 2060», измеритель показателей качества электрической энергии «Ресурс-UF2» № 000 [1-3].
Исследования ПКЭ на шинах закрытого распределительного устройства (ЗРУ-35 кВ), питающих цех электролиза Павлодарского химического завода от ТЭЦ-3 (Казахстан) выполнены:
- в функции ступени РПН трансформатора при нагрузке ванн 21 кА и количестве ванн 35 штук для обычного режима работы преобразовательного агрегата (табл. 1);
- в функции ступени РПН трансформатора преобразовательного агрегата ВАКВ2 в обычном и новом режимах при питании электролизных установок током сложной формы при нагрузке 50-60 кА;
- при изменении нагрузки цеха (50, 60, 150 кА) в новом режиме с питанием электролизеров ТСФ.
Экспериментально установлено, при одинаковой нагрузке и количестве ванн с повышением номера ступени РПН значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Кисн как на низкой, так и на высокой стороне увеличиваются. Особенно это изменение значительно в цепи низкого напряжения – более 15 % (табл. 1) .
Таблица 1. Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Кисн на стороне высокого и низкого напряжения трансформатора в зависимости от ступени РПН
Ступень РПН | Нагрузка, кА | Количество ванн | Кисн , % | |
ВН | НН | |||
4 5 6 7 8 | 21 | 35 | 1,1 1,3 1,4 1,5 1,6 | 13,5 15,0 16,5 17,5 18,5 |
Исследованиями подтверждено, что для обычного и нового режимов работы ЭТУ с увеличением ступени РПН трансформатора значения Кисн и амплитуд гармоник кривой напряжения возрастают. При одном и том же Кисн уровень той или иной гармоники может быть различным. В предлагаемом режиме работы ЭТУ с питанием ТСФ значение Кисн уменьшилось до 0,5 % (против 2,0% при существующем режиме), поскольку заданную нагрузку цеха (50-60 кА) поддерживали на две ступени РПН ниже [2, 3].
Экспериментально подтверждено, при увеличении нагрузки (50, 60 и 115 кА) в режиме с питанием ЭТУ ТСФ спектральный состав и амплитуды гармоник кривой напряжения в сети не превышали нормально и предельно допустимых значений. Перевод преобразовательного агрегата в новый режим работы позволяет снизить суммарную индуктивность трансформатора (работа на более низкой ступени РПН), что снижает содержание высших гармоник в кривой питающего напряжения.
Вторая серия опытов выполнена на шинах генераторного напряжения ТЭЦ-3, где установлены турбогенераторы мощностью 50-60 МВт. Турбогенераторы ТГ-1, ТГ-2, ТГ-3 оснащены машинными возбудителями, а ТГ-4 и ТГ-5 полупроводниковыми (тип ВУГГ). На генераторах установлены турбины с противодавлением ПТ-60-130/13 и котлы типа БКЗ.
Исследования ПКЭ на шинах генераторного напряжения ТЭЦ-3 выполнены:
- для турбогенераторов ТГ-2, ТГ-4, ТГ-5, оснащенных машинными и полупроводниковыми возбудителями, работающих в режиме холостого хода;
- для турбогенератора ТГ-4 с полупроводниковым возбудителем в режиме холостого хода и при работе под нагрузкой.
Исследованиями установлено, что показатели качества электроэнергии зависят от типа возбудителей генераторов электростанции. При наличии полупроводниковых возбудителей значение Кисн превышали предельно допустимые значения (ТГ-2 – 0,6 %, ТГ-4 – 3,1 %, ТГ-5 – 3,1%). В кривой напряжения значительно возрастают амплитуды третьей, пятой, одиннадцатой, тринадцатой гармоник. Исследованиями установлено, что турбогенераторы с полупроводниковыми возбудителями вносят искажения в кривую питающего напряжения даже при работе в режиме холостого хода.
В третьей серии экспериментов исследованы ПКЭ на секциях шин 110 кВ ГРЭС-2 (г. Томск). В состав электрической схемы входят пять турбоагрегатов различной мощности (30, 50, 60, 110 МВт), четыре блочных трансформатора, резервные трансформаторы, трансформаторы собственных нужд, открытые распределительные устройства, генераторное распределительное устройство, распределительные устройства собственных нужд. Главная электрическая схема ГРЭС-2 построена по блочному принципу. Параллельная работа блоков осуществляется на шины ОРУ-110 кВ. На генераторах установлены турбины типов Т-43(50)-90-2, Т-50-2, ПТ-25-90/10, ПТ-60-90/3, Т-110/ и котлы типов БКЗ-220, ТП-230-2, БКЗ. Турбогенератор ТГ-08 имеет в качестве основной тиристорную систему возбуждения. Однако блочный трансформатор турбогенератора ТГ-08 не имеет устройства регулирования напряжения РПН (ПБВ). Поэтому исследования ПКЭ на секциях шин 110 кВ ГРЭС-2 (г. Томск) выполнены в функции нагрузки блоков турбогенератор-трансформатор: опыты проведены в «летний период», когда трансформаторы имеют нагрузку менее 10-40 %.
Исследованиями установлено, что для блоков турбогенератор-трансформатор коэффициент 5-й гармонической составляющей напряжения фазных и междуфазных напряжений превышал нормально допустимые значения на 10 – 15 %, то есть со стороны высокого напряжения блочных трансформаторов. Другие ПКЭ были в норме.
Таким образом, результаты, полученные по преобразовательным подстанциям для ЭТУ с питанием ТСФ по улучшению ПКЭ, разумно использовать на станциях с блочными трансформаторами. Как показано в проведенных исследованиях имеется, возможность правильным выбором ступени РПН трансформатора, в зависимости от величины нагрузки снижать уровень гармоник и улучшать условия работы оборудования и технико-экономические показатели производства.
Литература
1. ГОСТ . Показатели качества электроэнергии.
2. Птицына и газоразрядные электротехнологические установки с питанием током сложной формы / Под ред. . – Павлодар: ТОО НПФ «ЭКО», 20с.
3. Птицына на электрическую сеть электротехнологических установок с питанием током сложной формы. / // Электротехника. – 2001. - № 8. – С. 11-16.
Авторы
– д. т.н., профессор кафедры «Теоретическая и общая электротехника» Омского Государственного технического университета. Адрес: Россия, 644050 г. Омск, пр. Мира 11, раб. e-mail: *****@***ru
– д. т.н., профессор кафедры ФЭМАЭК МЭИ, заслуженный деятель науки РФ. Адрес: Россия, г. Москва, Красноказарменная ул., 14, раб. –70–75, e-mail: *****@***ru
– магистрант Омского Государственного технического университета. Адрес: Россия, 644050 г. Омск, пр. Мира 11.
