Повышение эффективности работы промышленных систем электроснабжения при использовании токоограничивающих устройств

Аннотация

В данной статье рассматривается использование токоограничивающих устройств с трансформаторами. Защита обмоток трансформатора от перегрузки по току в сети. Проанализировано использование токоограничивающих устройств в защите трансформаторов от резких скачков токов. Также приведены диапазоны регулировки напряжения для снижения тока в сети.

Ключевые слова: токоограничивающое устройство, электроснабжение, главная. понизительная подстанция (ГПП), автоматическое резервирование (АВР) ток трансформатор сеть

Annotation

Key words: current limiting device, power supply, main step-down substation (GPP), automatic redundancy (ATS).

Эффективным является использование различного рода токоограничивающих устройств (ТОУ),позволяющих кардинально улучшить характеристики СЭ в нормальных и аварийных режимах. Прогресс в исследовании и разработке ТОУ позволяет предположить, что будут пересмотрены некоторые концепции радиального построения сетей в сторону объединения на параллельную работу через ТОУ секций сборных шин одного напряжения понижающих трансформаторов на промышленных предприятиях. В системах электроснабжения (СЭ) промышленных предприятий обычно выделяют схемы внешнего и внутреннего электроснабжения. На рис. 1 приведены наиболее характерные схемы внешнего электроснабжения, в которых, в зависимости от мощности предприятия, его удаленности от источника питания и характера нагрузки подвод мощности осуществляется по линиям с напряжением от 6 до 330 кВ.

Рис. 1. Характерные схемы электроснабжения промышленных предприятий.

В схеме рис. 1а распределение электроэнергии осуществляется без промежуточной трансформации на напряжении 6, 10 и 20 кВ, что характерно для небольших предприятий, расположенных вблизи источников питания. Схема по рис. 1б широко применяется для средних и крупных промышленных предприятий. Трансформаторы на главных понизительных подстанциях (ГПП) в таких схемах могут выполняться двухобмоточными или с расщепленными обмотками низкого напряжения (НН), работающими раздельно или параллельно. Обычно применяется автоматическое резервирование (АВР) секций сборных шин; между секциями или на отходящих линиях, в зависимости от мощности и наличия двигательной нагрузки, могут устанавливаться токоограничивающие реакторы. Для крупных предприятий также используется схема, приведенная на рис. 1в. Мощности трансформаторов ГПП изменяются в широких пределах, достигая 80 МВ-А. Понизительные трансформаторы, начиная с мощности 25 МВ-А, выполняются с двумя расщепленными обмотками НН.Мощность КЗ на шинах высокого напряжения (ВН) трансформаторов SВНкз = ^З-ЦВНном-ГВНкз обычно настолько велика, что нелинейные искажения и колебания нагрузки отдельных трансформаторов, за редким исключением, не создают недопустимых возмущений в сети ВН. Мощность КЗ на шинах НН трансформаторов при неучете подпитки тока от двигательной нагрузки составляет:

где UННном А номинальное напряжение на шинах НН, Uk А напряжение КЗ трансформатора в о.е. (обычно Uk=0,105), xc = U2ном /SВНкз и xт = (U2ном·Uk)/Sт ном А реактивные сопротивления системы и трансформатора, приведенные к стороне НН. Приближенно мощность SННкз равна 9·Sт ном, а с учетом подпитки 50%-ной двигательной нагрузки может быть в 1,5 раза большей.

Массовое применение в сетях 6-10 кВ находят ячейки комплектных распредустройств (КРУ) с маломасляными и вакуумными выключателями отходящих линий, рассчитанные на мощность КЗ 350 МВ-А в сетях 10 кВ и 200 МВ-А в сетях 6 кВ (предельные токи отключения 20 кА). В последние годы начинают получать распространение выключатели с током отключения 31,5 кА, что позволяет использовать их в сетях с мощностью КЗ соответственно 550 и 330 МВ-А. В случае несоответствия реальной мощности Shho и предельной отключающей способности выключателя устанавливают более мощные и дорогие выключатели или применяют меры токоограничения: раздельную работу расщепленных обмоток трансформатора и установку на вводах секций сборных шин одинарных или сдвоенных токоограничивающих реакторов. Внутреннее электроснабжение осуществляется по радиальным, магистральным или смешанным схемам на напряжении 6 -10 кВ. Вид схемы зависит от количества цеховых подстанций 6-10/0,4 кВ, их мощности и мест расположения. Подстанции выполняются однотрансформаторными или двухтрансформаторными и мощность трансформатора на них доходит до 2500 кВ-А. Распределение электроэнергии в цехах на напряжении 0,4 кВ осуществляется кабельными линиями или магистральными и распределительными шинопроводами. Нагрузки электроприемников в соответствии с их влиянием на СЭ, можно условно разделить на симметричные с ровным графиком, несимметричные, нелинейные, резкопеременные. К симметричным со спокойным графиком нагрузки следует отнести, в основном, силовые общепромышленные установки с асинхронными и синхронными двигателями.¹ Мощность таких двигателей изменяется от долей до десятков мегаватт. Осветительная нагрузка, хотя и относится к однофазной, но благодаря незначительной мощности одного светильника при правильной группировке приборов в трехфазной сети удается достичь практически равномерной нагрузки по фазам. Электроприемниками с несимметричной нагрузкой являются электросварочные установки переменного тока, электровозы внутрикарьерного и внутрицехового транспорта на переменном токе, мощные однофазные нагрузки электродных печей, печей электрошлакового переплава и индукционного нагрева. Широко распространенные трехфазные дуговые электропечи также вызывают несимметрию нагрузок из-за неустойчивого горения дуги в каждой из трех фаз. Нелинейную нагрузку составляют всевозможные управляемые и неуправляемые полупроводниковые преобразователи, мощность которых особенно велика в цехах металлургических заводов и предприятий цветной металлургии и химической промышленности. К резкопеременной нагрузке относятся дуговые электропечи, сварочные установки, крановая нагрузка, управляемые вентильные преобразователи прокатных станов, шахтных подъемников и т.п. Все возрастающая мощность потребителей с нелинейной, несимметричной и резкопеременной нагрузкой создает проблемы, связанные с ухудшением качества электрической энергии. Остановимся на методах оценки показателей качества электроэнергии (ПКЭ) в СЭ с подобными потребителями. Нагрузки электроприемников в соответствии с их влиянием на СЭ, можно условно разделить на симметричные с ровным графиком, несимметричные, нелинейные, резкопеременные. К симметричным со спокойным графиком нагрузки следует отнести, в основном, силовые общепромышленные установки с асинхронными и синхронными двигателями. Мощность таких двигателей изменяется от долей до десятков мегаватт.

Осветительная нагрузка, хотя и относится к однофазной, но благодаря незначительной мощности одного светильника при правильной группировке приборов в трехфазной сети удается достичь практически равномерной нагрузки по фазам.² Электроприемниками с несимметричной нагрузкой являются электросварочные установки переменного тока, электровозы внутрикарьерного и внутрицехового транспорта на переменном токе, мощные однофазные нагрузки электродных печей, печей электрошлакового переплава и индукционного нагрева. Широко распространенные трехфазные дуговые электропечи также вызывают несимметрию нагрузок из -за неустойчивого горения дуги в каждой из трех фаз. Нелинейную нагрузку составляют всевозможные управляемые и неуправляемые полупроводниковые преобразователи, мощность которых особенно велика в цехах металлургических заводов и предприятий цветной металлургии и химической промышленности. Допустимые значения ПКЭ нормируются в процентах в зависимости от длительности существования того или иного возмущения в течение суток. Отклонения напряжения SU на входе электроприемников (ЭП) в течение 95 % времени измерения (сутки) не должны выходить за пределы ± 5 % и не превышать ± 10 %. Отклонения напряжения зависят от технических возможностей и законов регулирования централизованных и местных средств регулирования напряжения, а также от суточных диапазонов изменения нагрузки электроприемников. В целом отклонения напряжения на шинах тем меньше, чем меньше результирующее сопротивление цепей питания (больше мощность So).³ Размах изменения напряжения цUt в процентах определяется по формуле:

где Ui и U2 - значения следующих друг за другом экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей действующего значения напряжения. Учитывать следует только размахи, происходящие с интервалом не более 1 минуты (для периодических изменений - с частотой 1 раз в минуту и более). Для близких к периодическим изменениям напряжения норма на цUt установлена в зависимости от частоты изменения напряжения

где m - число изменений за время Т.

Литература