Статические компенсаторы реактивной мощности типа ТКРМ нового поколения предназначены для улучшения качества электрической энергии промышленных сетей напряжением 6,3 и 10,5 кВ, питающих мощные тиристорные электроприводы прокатных станов и шахт, дуговые сталеплавильные и рудотермические печи, прочие нагрузки с резкопеременным потреблением реактивной мощности.
Тиристорные компенсаторы реактивной мощности изготавливаются согласно технических условий ТУ У 27.1-13626132-005:2015.
Применение ТКРМ позволяет:
• улучшить качество электроэнергии, за счет уменьшения амплитуды колебаний напряжения сети от номинального значения и улучшения гармонического состава тока и напряжения;
• уменьшить токовые нагрузки элементов системы электроснабжения, тем самым уменьшив потери в них, а значит, уменьшить плату за активную энергию;
• симметрировать по фазам сети потребляемую активную и реактивную мощности при резкопеременном и несимметричном характере нагрузок;
• уменьшить потери в электродвигателях, трансформаторах, кабелях, увеличить срок службы изоляции и электрооборудования за счет уменьшения в сети высших гармоник;
• снизить оплату за потребленную и генерируемую реактивную мощность практически до нуля и устранить возможные надбавки к тарифу на электроэнергию за потребление реактивной мощности, превышающее договорные значения, за счет автоматической компенсации реактивной мощности;
• повысить надежность и энергоэффективность энергоснабжения за счет уменьшения полного тока;
• обеспечить режим стабилизации напряжения (по отдельному требованию заказчика), что актуально для “слабых” сетей.
Стоимость изделия оптимальна, поскольку ТКРМ и фильтры гармоник проектируются индивидуально для каждого отдельного случая их применения. Это гаранитирует достижение наилучших результатов фильтрации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности, исключает переплату за “запас мощности” (в случае выбора из стандартного ряда изделий).
Средний срок окупаемости компенсатора составляет менее 2 лет.
Каждое изделие проходит компьютерное моделирование с параметрами конкретного применения (в штатной схеме электроснабжения и характерными режимами работы оборудования), с целью проверки и выявления возможных резонансных и аварийных явлений.
Нелинейные приемники электрической энергии (например, тиристорные преобразователи, дуговые и индукционные электропечи) в процессе работы являются источниками гармонических искажений в сети питания.
Присутствие высших гармоник оказывает влияние на работу электрооборудования:
• вызывает дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях;
• затрудняет компенсацию реактивной мощности;
• сокращает срок службы изоляции электрических машин и аппаратов;
• ухудшает работу устройства автоматики, телемеханики и связи;
• вносит погрешность измерений электроизмерительных приборов.
Для решения этих проблем используют тиристорные компенсаторы реактивной мощности (ТКРМ) при резкопеременной нагрузке или фильтры гармоник (ФГ) при изменениях реактивной мощности в небольших пределах. ТКРМ состоит из полупроводникового стабилизатора мощности (ПСМ), компенсирующих реакторов и фильтров гармоник.
Фильтры гармоник:
• снижают полный коэффициент гармонических искажений (THD) приближая форму напряжения к синусоидальной;
• компенсируют реактивную мощность до определенного уровня.
ТКРМ позволяет поддерживать заданный уровень реактивной мощности (или коэффициент мощности) при ее изменениях в широких пределах (от 0 до 100%). Время отработки возмущения – до 10 мс.
Компенсатор, структурно-функциональная схема которого приведена на рисунке 1, выполнен по схеме косвенной компенсации. Процесс регулирования и стабилизации реактивной мощности на вводе распределительной сети осуществляется с помощью силовой схемы в шкафу полупроводникового стабилизатора мощности (ПСМ), а источником реактивной мощности служит конденсаторная установка, образующая совместно с фильтровыми реакторами силовой резонансный фильтр высших гармоник A1..An.
Индуктивность фильтрового реактора и емкость конденсаторной установки образуют последовательную резонансную цепь, которая при подключении параллельно нагрузке минимизирует определенную высшую гармонику в напряжении сети.
ПСМ и компенсирующие реакторы L1..L3 образуют три цепи из последовательно соединенных компенсирующего реактора и пары встречно-параллельных тиристоров, соединенных в треугольник и подключенных параллельно нагрузке и силовым фильтрам.
Компенсатор обеспечивает стабилизацию величины, потребляемой из сети реактивной мощности, а также симметрирование по фазам сети, потребляемой активной и реактивной мощностей при резкопеременном и несимметричном характере нагрузок. При этом на вход системы управления подаются сигналы напряжения, токи сети и нагрузки со вторичных обмоток трансформаторов напряжения TU и трансформаторов тока TA.
Таким образом, перетоки реактивной мощности происходят только между потребителями реактивной мощности и ТКРМ. Из сети реактивная мощность не потребляется и не генерируется, соответственно счетчик ее не регистрирует. Обмен энергией с сетью идет только активной мощностью. Визуально это показано на рисунке 2, где красной линией изображена полная мощность.
Управление ПСМ, защита и сигнализация, автоматическое регулирование осуществляется микропроцессорной системой управления (СУ). СУ размещена в отдельном шкафу управления. Печатные платы системы управления легко заменить и настроить.
СУ унифицирована для всей номенклатуры высоковольтных преобразователей и имеет:
• встроенную систему диагностики и записи “аварийного следа”;
• полнофункциональную систему защит;
• быстродействующие двухповодные интерфейсы для связи с оборудованием верхнего уровня, в том числе других поставщиков.
СУ позволяет реализовать любую объектную ориентацию по требованию Заказчика.
При пробое одного тиристора в плече система управления формирует предупредительный сигнал, но преобразователь остается в работе. Пробой второго тиристора в этом плече вызывает аварийное отключение с соответствующим аварийным сообщением пультового терминала.
Основными составными частями компенсатора ТКРМ являются:
ПСМ в зависимости от мощности выполнен в виде одного шкафа или нескольких, образующих секцию. Конструктивно ПСМ выполнено в виде шкафов двухстороннего обслуживания, со степенью защиты IP21.
На лицевой двери блока и шкафа управления установлен пульт управления. Он содержит жидкокристаллический дисплей и блок клавиатуры. состоящей из семи герметизированных кнопок. Интерфейс с пользователем реализован в виде меню на ЖКИ дисплее.
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала при эксплуатации двери шкафов ПСМ снабжены замками электромагнитной блокировки и концевыми выключателями отключающими силовое напряжение при открытии двери.
Силовая часть ПСМ состоит из:
• последовательного набора встречно параллельно включенных тиристоров;
• ячеек управления тиристоров;
• демпфирующих RC-цепочек;
• вентиляторов системы охлаждения.
Компенсирующие реакторы имеют исполнения:
• воздушное;
• с магнитопроводом.
Фильтровые реакторы имеют однофазную и трехфазную конструкции. Конденсаторные установки силовых фильтров выполнены в виде рам с установленными в них параллельно соединенными конденсаторами и защищенных предохранителями.
В комплект поставки входят:
• шкаф силовой;
• система управления (блок в шкафу силовом или отдельный шкаф);
• компенсирующий реактор;
• фильтры гармоник, состоящие из фильтрового реактора и конденсаторной установки;
• комплект запасных частей, инструмента и принадлежностей согласно ведомости ЗИП на соответствующий тип конденсатора;
• комплект эксплуатационных документов согласно ведомостям эксплуатационных документов.
ТКРМ комплектуется силовым оборудование следующих производителей:
• тиристоры ABB (Швейцария) или Dynex (Англия);
• высоковольтные конденсторы ZEZ SILKO s.r.o (Чехия);
• реакторы Элтиз (Украина).
• Новокраматорский машиностроительный завод, комплектная поставка ТКРМ, 6кВ, 13Мвар, в составе:
– фильтр 3-ей гармоники мощностью 9Мвар,
– фильтр 5-ой гармоники мощностью 7,2Мвар,
– полупроводниковый стабилизатор мощности с номинальным током 700А,
– компенсирующие реакторы типа РКОС с расщепленной обмоткой.
• Запорожсталь, поставка двух полупроводниковых стабилизаторов мощности 1000А, 6кВ;
• Запорожсталь, модернизация ТКРМ, замена шкафа управления;
• Днепроспецсталь, поставка шкафа управления ТКРМ;
• Митал стил, поставка шкафа управления ТКРМ.