Влияние качества электроэнергии на дорогостоящее оборудование энергообъектов и промышленных предприятий
31 Июля, 2019

Низкое качество электроэнергии (наличие гармонических составляющих тока и напряжения) может приводить к преждевременному износу и выходу из строя оборудования.

Если на подстанции установлены батареи статических конденсаторов (БСК) или установки компенсации реактивной мощности (УКРМ) то для их надёжной работы необходимо выполнять периодический контроль качества электрической энергии на шинах подстанции.

Последствия перегрузки конденсаторов высшими гармониками.

В период с октября 2018 по март 2019 года наша компания завершила работы по проверке качества электрической энергии на трёх подстанциях и переключательных пунктах 110 кВ в Тюменской области. В том числе проводилась оценка работы батарей статических конденсаторов (БСК) 110 кВ, а также оценка влияния управляемого шунтирующего реактора (УШР) на параметры качества электрической энергии.

В ходе замеров были выявлена перегрузка конденсаторных установок высшими гармоническими составляющими, выявлены источники искажений, а также данные рекомендации по дальнейшей эксплуатации БСК.

По отходящим ВЛ 35 кВ подстанции зафиксирована генерация реактивной мощности в питающую сеть. Данное обстоятельство указывает на наличие источника реактивной мощности на стороне потребителя (синхронные двигатели, устройства компенсации реактивной мощности, фильтры высших гармоник). Предположительно в период проведения измерений на стороне потребителя 35 кВ находилось в работе оборудование с малым сопротивлением для 5 и 7 гармоники (УКРМ, ФКУ). Работа подобного оборудования оказывает значительное влияние на величину искажения напряжения на шинах подстанции, а также на направление потоков мощности высших гармоник.

Полученные в ходе измерений данные показывают, что значения токов БСК превышают номинальные, что обусловлено протеканием токов высших гармоник через конденсаторы входящие в состав БСК. Важно отметить, что вклад токов высших гармоник в нагрев элементов конденсаторов выше, чем тока основной частоты, и при одном и том же значении тока возрастает с увеличением частоты гармоники.

Длительная перегрузка БСК токами высших гармоник приводит к перегреву конденсаторов, снижающему сопротивление диэлектрика, что в свою очередь, приводит к преждевременному старению и ускоренному выходу из строя конденсаторов. Так же при перегреве, вследствие нагрева диэлектрической жидкости, наблюдается газообразование. Появление газа в герметичном корпусе конденсатора создаёт избыточное давление, которое может привести к разгерметизации корпуса и утечке диэлектрика.

В ходе выполнения работ были составлены расчетные модели в программе MATLAB Simulink моделирующие высокочастотные переходные процессы в моменты коммутации батарей статических конденсаторов. По полученной модели произведена оценка влияния переходных процессов на конденсаторы входящие в состав БСК, а также даны рекомендации по снижению негативного влияния на БСК бросков зарядных токов.

Ustanovki-kompensatsii-VN-32

Ранее, в ноябре 2018 года нашими специалистами были выполнены работы по определению причин выхода из строя комплектующих установок компенсации реактивной мощности (УКРМ), измерению параметров качества электрической энергии, а также анализу переходных процессов при коммутации ступеней конденсаторных установок на ПС 220 кВ, питающей горно-обогатительный комбинат в Челябинской области.

В ходе замеров были установлены причины нарушения работы УКРМ, а также даны рекомендации по дальнейшей эксплуатации УКРМ.

В гармоническом составе токов и напряжений присутствовали гармонические составляющие высших порядков. Данные гармоники создаются потребителями с нелинейной вольтамперной характеристикой, такими как частотные преобразователи, выпрямители, источники бесперебойного питания, флуоресцентные и светодиодные лампы. Наличие высших гармоник тока и напряжения на шинах подстанции может вызывать перегрузку конденсаторов УКРМ по току и повышение напряжения на конденсаторах.

Помимо этого, в момент включения конденсаторов УРКМ возникает высокочастотный затухающий переходный процесс сопровождающийся бросками тока и перенапряжением. Броски тока со временем могут уменьшить пропускную способность по току предохранителей УКРМ. Что в свою очередь может привести к перегреву и спонтанному срабатыванию предохранителя.

Для выполнения работ был использован программный комплекс Simulink, с помощью которого производилась оценка переходных процессов в моменты коммутации батарей статических конденсаторов.

Периодический контроль качества электрической энергии позволяет оценить условия работы дорогостоящего оборудования, выявить источники искажений, в том числе, на стороне потребителей, дать рекомендации по снижению негативного влияния гармонических составляющих тока и напряжения, предотвратить выход из строя оборудования и продлить срок его службы.