Дипломная работа: Модернизация электроснабжения системы электропривода подъемной установки ствола СС-3 рудника "Таймырский"
6.3. Влияния высших гармоник на силовые установки
Высшие гармоники в системе электроснабжения промышленных предприятий, как
уже отмечалось ранее, нежелательны по ряду причин: появляются дополнительные
потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях; затрудняется
компенсация реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов; сокращается
срок службы изоляции электрических машин и аппаратов; ухудшается качество
работы систем релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи.
При работе асинхронного электродвигателя в условиях несинусоидального
напряжения несколько снижаются его коэффициент мощности и вращающий момент на
валу.
На практике искажение кривой напряжения мало влияет на коэффициент
мощности двигателя; так, например, если амплитуды 5-й и 7-й гармоник напряжения
составляют соответственно 20 и 15% амплитуды первой гармоники, то коэффициент
мощности двигателя уменьшается на 2,6% в сравнении со значением его при
синусоидальном напряжении. В условиях промышленных предприятий искажения
напряжения бывают меньшими, поэтому влияние высших гармоник на коэффициент
мощности асинхронного электродвигателя можно не учитывать.
Моменты, развиваемые высшими гармониками тока, также составляют очень
малую величину вращающего момента асинхронных и синхронных двигателей,
определяемого первой гармоникой питающего напряжения. Так, для асинхронного
двигателя средней мощности при удельном весе 5-й гармоники напряжения, равном
20% основной, момент, обусловленный 5-й гармоникой, не превосходит 0,1%
момента, развиваемого при промышленной частоте.
6.4. Влияние гармоник на изоляцию электроустановок
Искажение формы кривой напряжения оказывает существенное влияние на
возникновение и протекание ионизационных процессов в изоляции электрических
машин и трансформаторов.
При наличии газовых включений в изоляции в этих включениях возникает
ионизация, сущность которой заключается в образовании объемных зарядов и
последующей нейтрализации их. Нейтрализация заряда связана с рассеиванием
энергии, следствием которого является электрическое, механическое и химическое
воздействие на окружающий диэлектрик. В результате ионизационных процессов
развиваются местные дефекты в изоляции, что приводит к снижению ее
электрической прочности, возрастанию диэлектрических потерь и в конечном счете
к сокращению срока службы.
Количество разрядов в газовых включениях зависит от формы кривой
напряжения, приложенного к изоляции.
Подробные многолетние исследования форм кривых напряжения в сетях
промышленных предприятий показывают, что в большинстве случаев за счет высших
гармоник кривые напряжения принимают более заостренную форму в сравнении с
синусоидой и поэтому наличие высших гармоник в этих сетях приводит к
ускоренному старению изоляции электрических машин и трансформаторов.
При наличии гармоник в кривой напряжения процесс старения диэлектрика
конденсаторов протекает также более интенсивно, чем в случае, когда
конденсаторы работают при синусоидальном напряжении. Это объясняется тем, что
физико-химические процессы в диэлектриках, обусловливающие старение их,
значительно ускоряются при высоких частотах электрического поля. Аналогично
влияет дополнительный нагрев, вызванный протеканием высших гармоник тока.
Таким образом, наличие высших гармоник в кривой напряжения, даже в
допустимых пределах, приводит к значительной интенсификации процесса старения
диэлектрика конденсаторов и как следствие сокращению срока службы их.
В соответствии с ГОСТ 1262-68 батареи конденсаторов могут длительно
работать при перегрузке их токами высших гармоник не более чем на 30%;
допустимое повышение напряжения лимитируется величиной 10%. Однако при
длительной эксплуатации конденсаторов в этих условиях срок службы их
сокращается. В условиях промышленных предприятий, как правило, конденсаторы
периодически оказываются в режиме, близком к резонансу токов на частоте
какой-либо из гармоник низкого порядка; вследствие систематических перегрузок
они быстро выходят из строя. В настоящее время на многих крупных промышленных
предприятиях, где имеются мощные вентильные преобразователи, батареи
конденсаторов без применения специальных мер защиты их от высших гармоник, по
существу, не работают. В результате снижается коэффициент мощности
электроустановок цехов и производств, ухудшаются экономические показатели
систем электроснабжения предприятий.
При несинусоидальном напряжении сети происходит ускоренное старение
изоляции силовых кабелей. Для подтверждения этого положения были сопоставлены
результаты замеров токов утечки кабелей, проложенных почти одновременно и
работающих в сходных температурных условиях; часть обследованных кабелей
работала при практически синусоидальном напряжении, другая — при уровне
гармоник в кривой напряжения в пределах 6—8,5% (преобладали 5-я и 7-я
гармоники). Токи утечки во втором случае через 2,5 года эксплуатации оказались
в среднем на 36% больше, через 3,5 года — на 43%.
6.5. Влияние высших гармоник на системы автоматики
Воздействие высших гармоник на системы импульсно-фазового управления
вентильными преобразователями может привести к воз-никновению так называемой
гармонической неустойчивости. Явление гармонической неустойчивости состоит в
появлении на шинах многофазного преобразователя большого напряжения четной
гармоники или гармоники, кратной трем; при этом в кривой напряжения сети
появляются также другие гармоники четных порядков и кратные трем, однако
меньшие по величине. Искажения кривой напряжения сети могут быть столь
большими, что в инверторном режиме преобразователя появятся нарушения
коммутации; при этом работа системы импульсно-фазового управления также может
оказаться неустойчивой.
Гармоническая неустойчивость может возникнуть при подключении
преобразователя к электрической системе, мощность короткого замыкания которой
соизмерима с мощностью преобразователя, в случае, если имеются другие источники
гармоник (например, силовые трансформаторы). Основной причиной появления
гармонической неустойчивости является асимметрия управляющих импульсов,
неизбежная в реальных системах импульсно-фазового управления. Следствием этой
асимметрии является появление в спектре тока преобразователя четных гармоник и
гармоник, кратным трем; усиление их при наличии указанных выше условий и
приводят к гармонической неустойчивости.
Повышение напряжения на частоте какой-либо гармоники существенно
ограничивается при использовании заградительных фильтров в системах
импульсно-фазового управления.
Возникновение гармонической неустойчивости исключается при соблюдении
условия
 ,
(6.1)
где xк — сопротивление короткого
замыкания питающей энергосистемы на шинах преобразователя; Idн
— номинальный выпрямленный ток преобразователя; U—линейное
напряжение сети.
Для преобразователей ПМ СС-3:
 ;
На входе систем импульсно-фазового управления подключаются фильтры,
благодаря чему усиление четных гармоник и гармоник, кратных трем, практически
не имеет места.
В некоторых энергосистемах были зафиксированы случаи неверной работы
блокировок от качаний, причиной которых были высшие гармоники тока, в частности
пятая гармоника. Наблюдались также случаи ложной работы устройств релейной
защиты, в которых использовались фильтры токов обратной последовательности,
из-за наличия токов высших гармоник, которые образуют систему обратной
последовательности. Влияние высших гармоник на работу релейной защиты
проявляется при уровне гармоник а токе нагрузки линии порядка 5—7%.
Высшие гармоники тока и напряжения в сети ухудшают работу
телемеханических устройств и даже вызывают сбои, если силовые цепи используются
в качестве каналов связи между полукомплектами диспетчерского и контролируемого
пунктов. Затрудняется использование простой и дешевой системы циркуляторного телеуправления
по линиям распределительных сетей с использованием четных гармоник.
6.6. Расчет компенсации реактивной мощности
Составим уравнение баланса реактивной мощности
 ,
(6.2)
где  -
реактивная мощность подлежащая компенсации
 -
потери реактивной мощности
 ;
 ;
 ;
 .
Дополнительные потери активной мощности в ВЛ от передачи реактивной
 ;
6.7. Расчет компенсации реактивной мощности с
учетом подключения силовых резонансных фильтров
При комплексном подходе к решению проблемы качества электроэнергии в
сетях с нелинейными нагрузками применим многофункциональные устройства -
силовые резонансные фильтры (СРФ) высших гармоник, которые наряду со снижением
уровней высших гармоник генерируют в питающую сеть реактивную мощность.
По номограммам рис.8.2.[2] определим возможность подключения вентильной
нагрузки исходя из допустимого уровня коэффициента несинусоидальности.
Для подъемных машин СС-3:
 ;
Из данного соотношения следует, что при данной мощности нелинейной
(вентильной) нагрузки в сеть будут выдаваться высшие гармоники недопустимого
уровня и подключение батарей конденсаторов к шинам ГПП-33 приведет к выходу
последних из строя.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 |
