Статья для журнала «Энергоаудит»

Авторы: В. Ф. Карманов, генеральный директор ООО «Энергия-Т»
В. Ф. Николаев, главный конструктор ООО «Энергия-Т»

Улучшение качества электроэнергии

Устойчивое функционирование единого сетевого электроэнергетического комплекса нашей страны невозможно без качественной и надежной работы распределительных электрических сетей — завершающего звена в системе обеспечения потребителей электроэнергией. В последние годы значительный рост потребления электроэнергии, при отсутствии ввода новых мощностей, привел к тому, что значительная часть подстанций работает с перегрузкой из-за превышения указанной в технических условиях разрешенной мощности, а также недостаточной компенсации реактивной мощности. К тому же все возрастающей общей проблемой становятся гармонические искажения в магистральных и распределительных сетях из-за подключения к системе нелинейных нагрузок. Таким образом, сегодня проблема улучшения качества электрической энергии неразрывно связана с надежной и качественной работой всего электроэнергетического комплекса.

Эффективным средством управления потоками реактивной мощности, улучшения качества электроэнергии является внедрение высоковольтных конденсаторных батарей, применяемых как для коррекции коэффициента мощности, так и в составе управляемых шунтирующих реакторов в качестве источника реактивной мощности емкостного характера. Нашим предприятием — ООО «Энергия-Т» — разработаны и производятся конденсаторные батареи на напряжения 6, 10, 35, 110 и 220 кВ на базе косинусных однофазных конденсаторов фирмы «ZEZ SILKO» (Чехия) путем параллельно-последовательного их соединения в звезду или треугольник в зависимости от режима работы нейтрали. В батареях используются самые передовые технические решения, а также комплектующие изделия ведущих мировых производителей:

Конденсаторы серии CUEFS «ZEZ SILKO» на напряжение до 24кВ, мощностью до 650 кВАр и уровнем изоляции между выводами и корпусом 50/125 кВ.
Полимерные (кремнийорганические) опорные изоляторы типа ИОСПК, имеющие малый вес, гидрофобность и грязестойкость, улучшенные влагоразрядные характеристики и сейсмостойкость, достаточно большую стойкость к электрическому старению, и, что немаловажно — антивандальность.
Цифровые реле небаланса, с возможностью программирования и передачи данных в РС (как правило, по интерфейсу RS-485) и наличием системы самонаблюдения, контролирующей схему, память и программное обеспечение в фоновом режиме.
Рама конденсаторной батареи изготавливается или из оцинкованной стали с полимерным покрытием, или из устойчивого к климатическим воздействиям алюминиевого сплава, также с полимерным покрытием. В любом случае покрытие способно выдерживать длительные воздействия факторов окружающей среды.

Сегодня, в связи с освоением новых нефтяных и газовых месторождений Крайнего Севера, при проектировании, изготовлении и эксплуатации высоковольтных конденсаторных батарей особое внимание обращается на экстремальные климатические условия их размещения. К сожалению, ни один производитель в мире не изготавливает сегодня конденсаторы с температурой эксплуатации ниже -40°С и с градиентом температуры до — 55°С. Таким образом, изготовление конденсаторных батарей с категорией УХЛ1 в открытом исполнении становится невозможным.

Единственный способ решения этой проблемы — монтаж батарей в специально оборудованном здании. Подобная батарея проектируется для п/с 110кВ «Лысенковская» (Аганская-2) ОАО «Тюменьэнерго». Проектом предусмотрен монтаж батареи в закрытом помещении модульной конструкции. Абсолютный минимум температуры воздуха заказчиком установлен -55°С. При этом необходимо иметь в виду, что при монтаже и эксплуатации батареи в закрытом помещении потребуются специальные технические решения.

В связи с подключением к сетям большого количества нелинейных нагрузок — преобразователей, дуговых электропечей, тиристорных приводов и т. д. — все более актуальной становится проблема гармонических искажений, так как все эти устройства вырабатывают гармоники. Наиболее часто это 3, 5, 7 и 11 гармоники.

Из-за высокочастотных гармонических токов часто возникают проблемы, порой неожиданные:

дополнительные потери и резонансные явления в трансформаторах;
дополнительные тепловые потери в проводниках;
перегрузка трансформаторов, что вынуждает увеличивать запас по установленной мощности;
выход из строя из-за перегрузки установок компенсации реактивной мощности.

Одновременно нарушается работа систем управления, измерения и защиты, сетей передачи данных. Если в сети есть конденсаторная батарея для коррекции коэффициента мощности, то может образоваться параллельный резонансный контур на частоте гармоники, в результате напряжение становиться крайне нестабильным.

Оптимальное решение проблемы искажений — применение фильтров гармоник.

Используются фильтры, настроенные на одну, две частоты и широкополосные. Очень важным является максимально точное согласование параметров конденсатора и дросселя-только в этом случае достигается их безотказная работа и качество фильтра в целом; уровень гармоник при этом удается снизить на 70%. Для проведения необходимых расчетов нужно иметь следующие данные:

Номинальное напряжение и длительность колебаний напряжения в системе.
Требования к реактивной мощности на базовой частоте.
Токи гармоник, протекающие в сети.
Существующий уровень токов короткого замыкания в сети.
Допустимый уровень гармонических токов и напряжений в сети.
Категория размещения и климатическое исполнение.

Специалистами ООО «Энергия-Т» используются самые современные компьютерные программы для моделирования и проектирования как конденсаторных батарей, так и фильтров, что позволяет найти наиболее оптимальное решение. По требованию заказчика специалисты выполняют все необходимые измерения в системе и составляют отчет с подробным указанием типа необходимой компенсации или фильтрации.

Специалисты ООО «Энергия-Т» готовы оказать весь комплекс услуг по
разработке, изготовлению и запуску в эксплуатацию конденсаторных батарей и фильтров гармоник всех типов, провести анализ различных вариантов и составить детальную схему наиболее выгодного решения.