Статические фильтро-компенсирующие устройства ФКУ-6 и ФКУ-10

При работе мощных тиристорных преобразователей постоянного тока в питающей сети среднего напряжения (6 и 10 кВ) возникают отрицательные эффекты:

1. Существенное потребление реактивной мощности тиристорными преобразователями.
2. Значительные просадки напряжения сети.
3. Генерация в питающую сеть токов высших гармоник.
4. Сбои в работе оборудования, подключенного к тому же фидеру.
5. При коммутации тока между тиристорами имеет место «фликер».

В Таблице 1 приведены значения гармонических составляющих тока в сети относительно выпрямленного тока для разных схем выпрямления при мгновенной коммутации тиристоров.

Таблица 1

На рисунке 1 показана форма напряжения одной фазы и фазных токов в сети 6 кВ 50 Гц при работе мощного выпрямителя.

Рисунок 1.

Для устранения отрицательных эффектов, возникающих в питающей сети при работе мощных тиристорных преобразователей, ЗАО «ЭРАСИБ» изготавливает и поставляет статические фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ) с резонансными LC-цепями. Количество LC-цепей статического ФКУ и резонансные частоты LC-цепей выбираются в зависимости от используемой схемы мощного тиристорного преобразователя согласно данных Таблицы 1.

Для наиболее часто используемых в мощных тиристорных преобразователях 12-ти пульсных схем выпрямления ЗАО «ЭРАСИБ» поставляет статические ФКУ с четырьмя резонансными LC-цепями для устранения высших гармоник с номерами 11, 13, 23, 25. На рисунке 2 показан вид комплексного сопротивления сети и сопротивления резонансного ФКУ для устранения гармоник с номерами 11, 13, 23, 25.

Рисунок 2.

Силовая часть ФКУ для устранения гармоник с номерами 11, 13, 23, 25

Структурно-функциональная схема ФКУ представлена на рисунке 3.

ФКУ представляет собой комбинацию пассивных высоковольтных LC-фильтров высших гармоник, которые подключаются к питающей сети через блоки высоковольтной коммутационной аппаратуры.

Рисунок 3.

На рисунке 3 приняты следующие обозначения:

БРФ – Блок резонансного фильтра (однофазный LC-фильтр). Соединение трех таких блоков в звезду образует один трехфазный LC-фильтр;

БВКА – Блок высоковольтный коммутационной аппаратуры, содержащий вакуумные контакторы (ВК1, ВК2, ВК3). Один из блоков БВКА (с обозначением БВКА-400-6-50-3) имеет в своем составе датчики тока (ВА) и датчики напряжения (BV) питающей сети;

ШУ ФКУ – Шкаф управления ФКУ, предназначенный для местного и дистанционного управления ФКУ и организации защит блоков ФКУ;

ВВЯ (КСО) – Вводная высоковольтная ячейка, предназначенная для подачи силового напряжения на блоки БВКА, а также для защиты высоковольтной цепи от токов короткого замыкания и замыкания на землю.

Основной особенностью включения ФКУ (каждого отдельного трехфазного фильтра) является запрет подачи напряжения на него при наличии остаточного заряда конденсаторов. Поэтому каждый раз при включении ФКУ в питающую сеть проверяется уровень этого заряда. При выключении уровень заряда конденсаторов спадает до допустимого значения за время, которое составляет около 5 минут.

Максимально-токовая защита каждого БРФ обеспечивается с помощью быстродействующих плавких предохранителей, входящих в состав силовых конденсаторов.

Дополнительно ФКУ имеет следующие защиты:

• от токов коротких замыканий (максимально-токовую);
• от длительного протекания тока недопустимой величины (интегрально-токовую);
• от превышения напряжения питания силовых цепей;
• от перегрева элементов силовой схемы ФКУ.

Защиты от токов КЗ силовых цепей и токов замыкания на землю обеспечиваются ВВЯ.

Для измерения температуры элементов силовых фильтров в одном из трех блоков БРФ (блок с обозначением БРФ-6-N-1-Х-1) присутствует цифровое температурное реле ТР-100, которое при достижении соответствующих уставок формирует сигнал «Перегрев БРФ».

ФКУ подключается параллельно силовым цепям электрооборудования (электроустановки) к сети переменного тока 6 кВ, 50 Гц. Система заземления сети 6 кВ – IT. Подключение питания системы управления осуществляется к сети 220В, 50 Гц (система заземления TN-C).

Система управления ФКУ

Система управления (СУ) ФКУ построена по комбинированному принципу. Основные узлы СУ расположены в шкафу управления (ШУ) и реализованы на современных цифровых контроллерах (STM32, PLC).

Питание узлов системы управления обеспечивается от источника бесперебойного питания.

Основными управляющими узлами системы управления являются:

Контроллер Control S – контроллер, обеспечивающий отработку сигналов с датчиков тока и напряжения и реализующий программные максимально-токовые и напряженческие защиты;

ПЛК – программируемый логический контроллер (включает в себя центральное программируемое устройство и модули расширения) обеспечивает взаимосвязи между ФКУ и внешними системами управления (АСУ ТП, ПДУ и т.д.), а также осуществляет управление контакторами блоков БВКА и ВВЯ в зависимости от выбранного режима работы;

ПМУ – пульт местного управления (HMI-панель управления ФКУ, расположенная на лицевой части ШУ) предназначен для ввода и редактирования основных параметров ФКУ, а также для управления ФКУ и индикации состояния узлов в режиме реального времени;

ТР-100 – температурные реле блоков БРФ, осуществляющие контроль за температурой силовых элементов фильтров: в случае перегрева формируют дискретные сигналы на отключение соответствующего фильтра.

Панель индикаторов шкафа управления (ШУ)

На лицевой стороне шкафа управления расположены лампы световой индикации «Сеть», «6 кВ», «Работа» (зеленого цвета) и «Неисправность» (красного цвета).

Под панелью индикаторов расположен пульт местного управления ФКУ (ПМУ).

Управление ФКУ с пульта местного управления (ПМУ)

ПМУ предназначен для управления режимами работы, индикации текущего состояния и основных параметров работы ФКУ, а также для редактирования настроек ФКУ.

Основная программа управления ПМУ включает 3 окна: «Управление», «Настройки», «Журнал».

«Управление» является основным окном панели местного управления. Пример вида окна «Управление» представлен на рисунке 4.

Рисунок 4.

Окно «Настройки» позволяет редактировать основные параметры ФКУ.

Окно «Журнал» предназначено для сохранения и вывода на экран всех событий, которые случаются с ФКУ (включения, отключения, срабатывания защит и т.д.). Дополнительно указывается дата и время события.

Пример внедрения статического ФКУ с резонансными LC-цепями

В 2020 году ЗАО «ЭРАСИБ» поставило на скиповую подъемную машину шахты «Заполярная» АО «Воркутауголь» комплектный тиристорный преобразователь постоянного тока «ЭПТОН-М-4100/275-750/220-Р1/Н1-IP35-УХЛ4» (4100А, 750В) по 12-ти пульсной реверсивной схеме выпрямления. Для снижения потребления реактивной мощности из питающей сети и улучшения формы тока в сети ЗАО «ЭРАСИБ» дополнительно поставило фильтро-компенсирующее устройство ФКУ-6-1000-11/13/23/25-IP21-УХЛ3.1 (1000 кВАр) резонансного типа собственной разработки и производства для устранения 11-ой, 13-ой, 23-ей и 25-ой гармоник тока в сети 6 кВ 50 Гц.

В Таблице 2 приведен гармонический состав напряжения фазы сети, измеренный во время реального разгона скипа подъемной машины шахты «Заполярная» при отключенном ФКУ и при работающем ФКУ-6-1000-11/13/23/25-IP21-УХЛ3.1. Сравнительный анализ гармонического состава напряжения сети при работе тиристорного преобразователя подъемной машины без ФКУ и с ФКУ-6-1000-11/13/23/25-IP21-УХЛ3.1 показывает значительное снижение высших гармоник напряжения сети за счет действия статического ФКУ с резонансными LC-цепями.

Таблица 2

На рисунке 5 показана осциллограмма фазного напряжения сети во время реального разгона скипа подъемной машины шахты «Заполярная» при отключенном ФКУ, где видны значительные искажения напряжения за счет высших гармоник.

Рисунок 5.

На рисунке 6 показана форма фазного напряжения сети и ток ФКУ во время реального разгона скипа подъемной машины шахты «Заполярная» при включенном ФКУ-6-1000-11/13/23/25-IP21-УХЛ3.1. Форма фазного напряжения сети при включенном ФКУ близка к синусоидальной.

Рисунок 6.

ЗАО «ЭРАСИБ» проектирует ФКУ с LC фильтрами высших гармоник индивидуально для каждого конкретного случая их применения, что обеспечивает достижение наилучшей фильтрации высших гармоник и компенсации реактивной мощности с минимизацией затрат на оборудование.

Для заказа устройства компенсации реактивной мощности и гармоник обратитесь к нашим специалистам по телефону (383) 383 07 96 либо по электронной почте erasib@erasib.ru и Вы получите предложение с учетом специфики вашего предприятия и с учетом расходов на доставку, проектные работы, шефмонтаж и пуско-наладочные работы.