Меню Рубрики

Фильтро компенсирующее устройство для буровых установок

Фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ) 6, 10, 35 кВ

Если Вас интересует фильтрация гармоник гармоник на напряжении 0,4 кВ, то Вам сюда

ФКУ или Силовые фильтры гармоник, также известные как пассивные фильтры гармоник,представляют собой особый тип конденсаторных установок, задачей которых является фильтрация гармоник совместно с компенсацией реактивной мощности. Фильтрокомпенсирующие устройства необходимы на предприятиях тяжелого машиностроения либо перерабатывающих производствах, где широко применяются дуговые плавильные печи, электролитические ванны высокого напряжения 6(10) кВ, а также другое энергоемкое оборудование с нелинейным характером потребления электроэнергии. Работа такого рода оборудования ЗАПРЕЩАЕТСЯ без наличия силовых фильтров гармоник.

Целью внедрения ФКУ является уменьшение реактивного сопротивления LC-цепочек до значений, близких к нулю, и шунтирование главной электрической сети (на частоте заданной гармоники). Фильтрокомпенсирующие установки представляют собой LC либо RLC цепочки, настроенные на резонанс с определенной гармоникой, порядок которой определяется заказчиком либо по результатам замеров. В стандартном исполнении фильтрокомпенсирующее устройство состоит из вводной ячейки, современных однофазных реакторов и нескольких батарей конденсаторов, устанавливаемых на металлических оцинкованных конструкциях. ФКУ огораживается сеткой для безопасности персонала, либо размещается в специализированном контейнере.

Различают несколько типов применяемых LC-фильтров. Узкополосные, одноконтурные фильтры (1) применяют и настраивают на резко выраженные гармоники, как правило низких порядков 3, 5, 7. На высоких частотах применяют режекторные фильтры (2) меньшей добротности, при этом используют шунтирующее реактор сопротивление R. Применение режекторных фильтров позволяет нивелировать присутствие гармоник в широком спектре высоких частот. Комплексное применение узкополосных и широкополосных фильтровых цепочек в составе силовых фильтров гармоник (ФКУ) позволяет в полной мере очистить электрическую сеть от гармонических искажений, вызванных потребителем.

Экономически целесообразно применение Фильтрокомпенсирующих установок на напряжение 6(10) кВ в связи с тем, что высоковольтные потребители создают меньший спектр гармонических искажений (где сильно выражены 3, 5, 7 гармоники и в меньшей степени гармоники более высших порядков) по сравнению с низковольтными потребителями. Поэтому технически и экономически выгоднее реализовать схему Фильтрокомпенсирующего устройства, настроенную на одну (две, три) гармоники, чем на широкий спектр гармоник потребителей 0,4 кВ.

Помимо фильтрации гармоник, Фильтрокомпенсирующие устройства выполняют компенсацию реактивной мощности потребителей на основной частоте (50 Гц). Поэтому силовые фильтры гармоник (Фильтрокомпенсирющие устройства) различают по реактивной мощности. Самое простое Фильтрокомпенсирующее устройство имеет статическую величину реактивной мощности, которую оно передает в главную электрическую сеть и настроено на подавление одной из гармоник (по требованию заказчика).

Компоновка элементов Фильтрокомпенсирующего устройства представлена справа. Вводная ячейка выполнена из листовой стали и имеет антикоррозионное покрытие. Внутри нее размещается вводной аппарат, управляющая, светосигнальная и защитная аппаратура. Блоки конденсаторов располагаются друг над другом и устанавливаются на опорные полимерные изоляторы. В состав блока входят косинусные высоковольтные конденсаторы (трех — или однофазные), закрепленные на стальной раме и соединенные сборными шинами. Все конденсаторы допускают длительную работу при повышении номинального напряжения на 10%. Однофазные реакторы с воздушным сердечником установлены на полимерных изоляторах и соединены с вводной ячейкой и конденсаторными блоками медными шинами. Индуктивность реактора варьируется от нескольких мГн до нескольких десятков мГн.

ПК «СлавЭнерго» при изготовлении фильтрокомпенсирующих устройств применяет трехфазные конденсаторы для ФКУ устройств небольшой мощности и однофазные для составления блоков большой мощности (параллельные и последовательные соединения). В отдельных случаях, силовые фильтры гармоник (Фильтрокомпенсирующие устройства) большой мощности могут комплектоваться специальной схемой для сигнализации выхода из строя отдельных конденсаторов (пробой, потеря емкости) и отключения ФКУ — так называемой схемой небалансной защиты.

Фильтровые реакторы с воздушным сердечником имеют высокую линейность индуктивности (L), зависящую от его геометрии и количества витков. Необходимость их использования в конструировании силовых фильтров гармоник была обусловлена потребностью в стабильности частоты фильтра для всех режимов работы Фильтрокомпенсирующего устройства.

Воздушные фильтровые электрические реакторы представляют собой катушки многожильного провода, намотанные на армирующий каркас. Параметры проводников подбираются для каждого типономинала реактора. Основание реактора имеет высокую механическую прочность и антикоррозийную обработку, что позволяет размещать его на открытом воздухе. Конструкцией реактора гарантирована его безотказная работа в условия загрязненных сред и низких температур. Для каждого реактора предусмотрена возможность регулировки индуктивности (схоже с трансформаторам) с помощью регулировочных отпаек в его обмотке.

  • гармоники (для подавления)
  • реактивная мощность силового фильтра на основной частоте (50 Гц)
  • размещение ФКУ
Читайте также:  Установка и восстановление фильтра

* Возможно изготовление Фильтрокомпенсаторов ступенчатого типа для случаев пошаговой компенсации реактивной мощности потребителей с фильтрацией гармоник.

источник

Что такое фильтро-компенсирующее устройство ФКУ?

При современном развитии техники многие промышленные предприятия используют много различных преобразователей. Эти преобразователи при работе создают в цепи пульсации тока и напряжения, это приводит к возникновению в сети высших гармоник тока.

Наличие их в сети ухудшают ее качество и оказывают плохое влияние на работу всего оборудования, и могут приводить к сбоям в различных системах. Это может приводить к аварийным отключениям потребителей, ложным срабатыванием различных электронных приборов и устройств. Также наличие гармоник вызывает нагрев в электродвигателях, кабелях и т.д. Необходимо свести к минимуму их влияния на цепь. Для этого используют фильтро-компенсирующее устройство (ФКУ).

Фильтро-компенсирующее устройство состоит из L-C фильтра, настраиваемого на определенную гармонику сети. Обычно это 5, 7, 11 гармоники, как наиболее выраженные. Также часто на предприятиях могут устанавливаться фильтро-компенсирующее устройства настроенные на различные гармоники. Ниже показана схема ФКУ.

Для правильного выбора фильтро-компенсирующего устройства нужно исследовать какие гармоники наиболее влияют на качественный состав сети и ее мощность. Исходя из этих данных проводится расчет и выбор фильтра.

Главным их достоинством есть то, что они не только выполняют роль фильтра, но и компенсируют реактивную мощность. Как и конденсаторные установки могут быть автоматическими и в автоматическом режиме регулировать реактивную мощность.

При преобладании статической нагрузки (бумагоделательная машина, вентиляторная нагрузка) используют нерегулируемые ФКУ, которые подключаются к цепи и работают в статическом режиме.

Если преобладает динамическая нагрузка (прокатные станы, подъемные машины и т.д.) используют регулируемые ФКУ с декомпенсатором реактивной мощности. При изменении завершении цикла работы какого-либо устройства баланс реактивной мощности изменяется. Так как ФКУ не только компенсирует реактивную составляющую, но и выполняет роль фильтра в цепи, соответственно отключение его от сети не имеет смысла. Для этого подключают декомпенсатор, который поддерживают баланс мощности в цепи.

Наиболее целесообразно устанавливать фильтро-компенсирующее устройство на напряжения 6 кВ, 10 кВ. Так как при работе низковольтных потребителей на стороне низкого напряжения возникают различный спектр гармоник. Компенсировать их на стороне низкого напряжения экономически не целесообразно, потому установка фильтра к каждому потребителю дорого стоит. Высоковольтные потребители создают меньший спектр искажений (3, 5, 7, 11 гармоники), поэтому как с технической так и с экономической стороны проще компенсировать данный спектр на стороне 6 кВ, 10 кВ, чем гораздо более широкий спектр на стороне 0,4 кВ, 0,6 кВ.

Они могут устанавливаться как в помещении так и снаружи. Устанавливаются обычно на ГПП и подключаются к шинам через индивидуальный выключатель. Ниже показаны способы размещения: в помещении и наружное исполнение:

Наружное размещение ФКУ Размещение в помещении

Размещенным в помещении компенсаторам требуется вентиляция. В определенных случаях (в зависимости от вида производства и размещения помещения) для вентиляции требуются фильтры воздуха. Определенный температурный режим должен соблюдаться в помещении, что приводит к дополнительным финансовым затратам.

ФКУ должно быть ограждено и доступ может осуществляться только после разрядки конденсаторов. Они должны снабжаться датчиками напряжения конденсаторов, для безопасности обслуживающего персонала. Если конденсаторы не разрядились до допустимого значения работы по ремонту или обслуживание запрещены.

источник

Активное фильтро-компенсирующее и симметрирующее устройство для подавления высших гармоник и фликера в сетях с быстроменяющейся выпрямительной нагрузкой

Любой из выпускаемых в мире мощных преобразователей частоты, выпрямителей или конверторов является источником нелинейных искажений, а реактивная мощность повышает потери в питающей сети. Негативные последствия, вызванные токами высших гармоник:

  • перегрузки на нейтральных проводах;
  • перегрев трансформаторов и кабельных линий;
  • случайные переключения автоматических выключателей;
  • ложные срабатывания релейной защиты;
  • перегрузка косинусных конденсаторов;
  • добавочные потери от поверхностного эффекта;
  • резонансные явления.
Читайте также:  Воздушные фильтры для вентиляционных установок

На современном этапе развития силовой полупроводниковой продукции наиболее перспективным методом устранения вышеперечисленных негативных явлений с повышением энергоэффективности является разработка и внедрение Активных фильтро-компенсирующих симметрирующих устройств.

Данные необходимые для проектирования фильтров высших гармоник и компенсации реактивной мощности:

Требуемая компенсация реактивной мощности на основной частоте.

  • Значения токов гармонических составляющих нелинейной нагрузки, подлежащих фильтрации или информация по генерирующим гармоники нагрузкам.
  • Мощность короткого замыкания сети.
  • Требуемые параметры качества электроэнергии на шинах питания нелинейной нагрузки (или в другой точке примыкания).
  • Условия окружающей среды (внутренней или наружной установки, диапазон температур).

Активные фильтро-компенсирующие и симметрирующие устройства (АФСК) представляют собой комплекс из пассивных и активных фильтров, подсоединяемых параллельно к потребителям, искажающее действие которых на сеть должно быть скомпенсировано. Активные фильтры можно назвать источниками регулируемого тока, которые подают в систему переменный ток любой формы в режиме реального времени. При подключении к нелинейному потребителю токи высших гармоник компенсируются, и сеть становится загруженной только «чистым» током основной гармоники.

Сеть 6кВ до установки АФСК Сеть 6кВ после установки АФСК

В случае трехфазной сети автоматически осуществляется и симметрирование токов нагрузки, протекающих по фазам. Система управления следит за нужными параметрами сети и способна определять и моментально реагировать, исправляя любые отклонения в токе нагрузки. Время реакции активных фильтров гораздо быстрее, чем у традиционных гармонических фильтров, а так же у других подобных устройств с пассивными компонентами. Во многих режимах работы активного фильтра время реагирования исчисляется микросекундами.

  • в сетях тяговых подстанций электрифицированных железных дорог;
  • в сетях мощных электродуговых печей;
  • в сетях буровых установок ;
  • в сетях питания промышленных предприятий;
  • на сборных шинах параллельно нагрузке с сильно несинусоидальным потреблением тока

(UPS, различные электрофизические установки и т.д.).

источник

Динамические фильтрокомпенсирующие устройства (ДФКУ) 0,4 кВ.

В настоящее время большая часть промышленной и коммерческой нагрузки является нелинейной, что увеличивает уровень высших гармоник тока в низковольтных распределительных сетях и во всей системе электроснабжения. Это выражается в перегрузке трансформаторов, увеличении потерь мощности, ускоренном старении оборудования, ложных срабатываниях устройств защиты и т.д. Соответственно устройства сглаживания или компенсации гармонических составляющих тока приобретают все большую значимость как для производителей и поставщиков электроэнергии, так и для их потребителей.

В сетях с повышенным содержанием высших гармоник, генерируемых нелинейными нагрузками, применение обычных средств компенсации реактивной мощности, рассчитанных на синусоидальные токи и напряжения, связано с техническими трудностями.

При необходимости компенсации нагрузок с быстроизменяющейся реактивной мощностью применяемое повсеместно регулирование мощности конденсаторной батареи путем подключения или отключения ее секций с помощью механических выключателей оказывается затруднительным, а часто и невозможным в связи с высокой стоимостью, малым быстродействием и низкой механической прочностью выключателей, а также ступенчатым характером регулирования мощности батареи. Возможно, кроме того, возникновение ударных коммутационных сверхтоков, зависящих от момента подключения батареи конденсаторов к питающей сети, а также неблагоприятное воздействие на конденсаторы токовых перегрузок при частоте высших гармоник, генерируемых нелинейными нагрузками.

Практика работы промышленных предприятий свидетельствует о том, что батареи конденсаторов, работающие при несинусоидальном напряжении, в ряде случаев быстро выходят из строя в результате вспучиваний и взрывов. Причиной разрушения конденсаторов является перегрузка их токами высших гармоник, которая возникает, как правило, из-за того, что конденсаторные батареи изменяют частотные характеристики систем и способствуют возникновению резонанса токов. При подключении батареи конденсаторов к шинам подстанции, питающей мощную вентильную нагрузку, какое бы ни было значение емкости батареи, всегда найдется такая группа гармоник, при которых конденсаторы вступают в режим резонанса токов (или близкий к нему) с индуктивностью сети.

Токи резонансной группы гармоник, генерируемые вентильным преобразователем в сеть, приложены к батарее конденсаторов непосредственно. В то же время емкостное сопротивление батареи конденсаторов уменьшается с увеличением номера гармоники. Это приводит к тому, что через БК протекают значительные токи резонирующих гармоник, соизмеримые, а иногда и значительно превосходящие ток первой гармоники. Перегрузки по току на конденсаторы допускают до 30%, по напряжению – до 10% от номинальных значений. На самом деле за счет появления резонансных явлений перегрузка по току может достигать 400–500%, т.к. токи резонансных частот могут значительно превышать ток первой гармоники.

Читайте также:  Установка фильтра на модулятор кайрон

Для приведения в соответствие с ГОСТ параметров электроэнергии в сетях любых объектов служат динамические фильтрокомпенсирующие установки – ДФКУ, другие названия:

  • активные фильтры гармоник — АФГ;
  • в англоязычной литературе – AHC;
  • динамические компенсаторы реактивной мощности с функцией фильтра высших гармоник – ДКРф;
  • регулируемый источник реактивной мощности — ИРМ).

Эти устройства предназначены для подавления гармоник до 25 включительно. Выборочно либо одновременно, на усмотрение пользователя — компенсации реактивной мощности и контроля коэффициента мощности.

Принцип действия ДФКУ

Электронная измерительная система контролирует активную и реактивную составляющую мощности путем измерения мгновенных значений напряжения и тока в силовой сети. Данные анализируются процессорной системой для определения картины спектра гармоник и фазового угла сдвига тока. Эта информация используется генератором импульсов, поступающих на мост широтно-импульсной модуляции преобразователя на основе IGBT для производства и выдачи в цепь именно такого гармонического тока (по амплитуде, форме и фазе), который необходим для компенсации искажений нагрузки и реактивной составляющей, выходящей за установленные пределы в следующем цикле основной кривой тока (синусоиды).

Особенности и достоинства

  • ДФКУ — это единственные устройства повышения качества электроэнергии, которые способны автоматически менять свои собственные характеристики при изменении параметров сети и динамически адаптироваться к изменениям в гармониках нагрузки и реактивной составляющей по каждой фазе;
  • отсутствует риск резонанса с какой-либо гармонической частотой;
  • устройство легко программируется на компенсацию только отдельных гармоник с целью обеспечения максимального КПД в пределах характеристик устройства;
  • на практике величина гармонического тока уменьшается приблизительно на 90%;
  • компенсация реактивной мощности сверх заданной величины может осуществляться с точностью до десятых долей процента с миллисекундным быстродействием, что исключает возможность перекомпенсации, присущей статическим батареям конденсаторов;
  • изделие автоматически ограничивает ток компенсации по своему максимальному номинальному значению, поэтому ДФКУ не может перегружаться и будет продолжать постоянно работать в таком состоянии без повреждений;
  • ДФКУ имеют компактные габариты по сравнению с пассивными фильтрами гармоник;
  • для оптимизации компенсации гармоник несколько ДФКУ могут быть соединены в различных конфигурациях, а также в комплексной схеме с пассивными фильтрами и другими устройствами компенсации реактивной мощности;

Результат применения ДФКУ

  • поддержка требуемого коэффициента мощности установок нагрузки в строго заданных пределах;
  • одновременное устранение несимметрии напряжения по фазам;
  • устранение тока гармоник нулевой последовательности;
  • подавление всего (либо заданного) спектра высших гармоник;
  • компенсация просадок и скачков напряжения, уменьшение фликкер-эффекта;
  • уменьшение потерь мощности;
  • устранение ложных срабатываний устройств релейной защиты;
  • снижение общих расходов на электроэнергию за счёт снижение потерь электроэнергии в питающей и распределительной сети;
  • уменьшение потерь активной мощности при максимуме нагрузки энергосистемы; снижение потерь реактивной мощности в питающей и распределительной сетях вследствие уменьшения токовых нагрузок средствами компенсации;
  • подключение дополнительной активной нагрузки за счет частичной токовой разгрузки силовых трансформаторов и питающих кабелей;
  • уменьшение нагрузки элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продление их срока службы;
  • снижение стоимости оборудования вновь вводимых трансформаторных подстанций и стоимости сооружения питающей и распределительной сети, обусловленное уменьшением токовых нагрузок;
  • максимальное использование мощности автономных дизель-генераторов (судовые установки, электроснабжение геологических партий, стройплощадок, установок разведочного бурения и т.д.);
  • устранение глубокой «просадки» напряжения на линиях электроснабжения удаленных потребителей и исключение генерации реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;
  • обеспечение оперативной коррекции коэффициента мощности для устройств с сильнопеременной нагрузкой и стабилизацию питающего напряжения.

Конструкция

ДФКУ изготавливаются в металлических 19-дюймовых шкафах (IP 21), внутри которых расположены специальные IGBT – модули, модуль индикации и управления и блок коммутации установки к сети. Модули снабжены системой принудительной вентиляции, что допускает работу в помещениях с температурой окружающей среды от +5 до +30 С.


Рис 1. Блок-схема ДФКУ

источник

Добавить комментарий