Динамические компенсаторы искажения напряжения с увеличенной глубиной и временем защиты от провалов напряжения

                                                                                                  Когалымский филиал ООО «БКЕ»

«Динамические компенсаторы искажения напряжения с увеличенной глубиной и временем защиты от провалов напряжения»

 

 

ДОКЛАД

К КОНКУРСУ МОЛОДЕЖНЫХ ТВОРЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК

ООО «Буровая компания «Евразия»

 

тема

«Динамические компенсаторы искажения напряжения с увеличенной глубиной и временем защиты от провалов напряжения»

Выполнил:

Ахметов Азат Радкович

1988

Инженер электроник 1 категории, АСУ ТП АУП, КФ «БКЕ»

AkhmetovAR@bke.ru

 

Руководитель:

Сокол Сергей Александрович

Начальник службы АСУТП,

КФ «БКЕ»

7466

SokolSA@bke.ru

 

 

Состояние разработки:

Проект, запрос коммерческого.

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1	ВВЕДЕНИОшибка! Закладка не определена.	3
2	ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ	4
3	ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ  РАБОТЫ ДКИН	6
4	МОДИФИКАЦИИ КОМПЛЕКСА ДКИ	8
5	ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ДКИН И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ	9
6	ПРИМЕРЫ ВНЕДРЕНИЯ ДКИН НАПРЯЖЕНИЕМ 0,4-20кВ	11
7	ВАРИАНТ РЕАЛИЗАЦИИ	13
8	ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ	16
9	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	17
10	КОММЕРЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ ОТ ООО «НПК ПОМИР»	18

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

Качество электрической энергии (КЭЭ) является ключевой основой для экономического роста и повышения уровней производительности. Работа микропроцессорных систем управления, преобразовательных устройств частоты и напряжения, часто прерывается очень короткими по продолжительности провалами питающего напряжения, которые ведут к большим и дорогостоящим экономическим ущербам, хотя они происходят за миллисекунды.

Для выявления реальной картины КЭЭ во второй половине 90-х годов ХХ века были проведены энергетические обследования большого числа промышленных предприятий, результаты которых сыграли важное значение для разработки новых концепций защиты промышленного электрооборудования от провалов напряжения с помощью динамических компенсаторов искажений напряжения (ДКИН). Стоимость ущерба от плохого качества электрической энергии в экономике сегодня оценивается в 150-164 млрд. долл. в год. Существующий рынок решений по улучшению качества электрической энергии сосредоточен на старой системе взглядов по защите предприятий от 2-3 кратковременных нарушений электроснабжения в год, хотя в настоящее время их происходит до 10-40 и даже более.

 

2. Постановка проблемы

 

Кратковременные нарушения электроснабжения (КНЭ) можно разделить на следующие группы.

– Внешние короткие замыкания (КЗ) любых видов. Такие КЗ отключаются релейной защитой за десятые доли секунды и электроснабжение объекта возобновляется. Однако при КЗ возникают провалы напряжений, которые служат причиной аварийного останова технологических процессов.

– Короткие замыкания в системе внутреннего электроснабжения. При таких КЗ для сохранения непрерывности технологических процессов требуется работа автоматического ввода резерва с последующим самозапуском электродвигательной нагрузки, подключенной к потерявшему питание вводу.

– Несанкционированные отключения в цепи питания объекта. Причиной таких отключений могут быть: человеческий фактор (ошибка дежурного персонала); отключения выключателей от технологических защит (например, от понижения уровня масла) и ряд других.

– Коммутации во внутризаводской сети предприятия (пуск мощных электроp двигателей, переключения и т.д.).

Классификация Кратковременных нарушений нормального электроснабжения представлена в Таблице 1

Потребители электрической энергии технологических процессов по способам обеспечения требуемой надежности электроснабжения можно разделить на следующие группы:

1. Электрические двигатели напряжением Uном = 6, 10 кВ. Для них главная задача – обеспечение успешного самозапуска после кратковременного нарушения электроснабжения.

2. Электрические двигатели напряжением до 1 кВ. В большинстве случаев это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, для которых особых проблем с самозапуском нет. Однако эти двигатели подключаются к электрической сети контакторами или магнитными пускателями, удерживающимися во включенном состоянии напряжением сети. При кратковременных нарушениях электроснабжения возникают провалы напряжения длительностью десятые доли секунды, но этого времени оказывается достаточно для массового отключения контакторов.

3. Устройства управления технологическим процессом. Современные устройства управления выполняются на микроконтроллерах и поэтому особо чувствительны к провалам напряжения. Допустимые провалы напряжения для таких устройств составляют: по напряжению 0,8 U и длительности до 0,02 с, после чего возникают сбои в программах управления. Реальная длительность провалов напряжения – десятые доли секунды. Сбой в программах управления технологическими процессами неизбежно ведет к аварийным остановам технологических процессов.

Таблица 1 Классификация Кратковременных нарушений нормального электроснабжения

 

3. сновные принципы работы ДКИН

Динамические компенсаторы искажений напряжения представляют собой устройства с двукратным преобразованием напряжения, вход которого подключён к системе электроснабжения, Функциональная схема работы устройства ДКИН представлена на рис 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uс – напряжение энергосистемы; Uн – напряжение на нагрузке; Udp – положительное напряжение постоянного тока; Udm – отрицательное напряжение постоянного тока; dUв – напряжение компенсации провала; 1 – входной трансформатор; 2 – тиристорный управляемый выпрямитель; 3 – аккумулирующие конденсаторы; 4 – управляемый инвертор на базе ПУВ; 5 – вольтодобавочный трансформатор; 6 – фильтр высших гармонических составляющих напряжения; 7 – выключатели; 8 – защитное устройство ДКИН; 9 – байпасный выключатель.

 

Рис. 1. Функциональная схема работы устройства ДКИН

 

Через управляемый выпрямитель напряжение подаётся на конденсаторы Cd ; через управляемый инвертор на базе ПУВ и через вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) выход ДКИН подключён к нагрузке. Вторичная обмотка ВДТ включена последовательно с нагрузкой, и в ней наводится напряжение dU , компенсирующее провал напряжения в системе электроснабжения (СЭС).

 В состав ряда устройства ДКИН не входят аккумуляторные батареи, поэтому они отличаются высокой надёжностью, низкой потребляемой мощностью и малыми затратами на эксплуатацию.

Система управления непрерывно контролирует напряжение поставки и сравнивает его с заданным пороговым уровнем напряжения. Если напряжение поставки меньше заданного значения, преобразователь источника напряжения немедленно начинает вводить дифференциальное напряжение и поддерживать номинальное напряжение на стороне нагрузки.

В состав ДКИН входит выпрямитель, который поддерживает напряжение на накопительных конденсаторах, преобразователь постоянного напряжения в переменное, подаваемое на обмотку вольтодобавочного трансформатора. Вторичная обмотка ВДТ включена последовательно с нагрузкой и в ней наводится напряжение

 dU , компенсирующее провал напряжения в системе электроснабжения (СЭС).

Основные цели устройства ДКИН:

· обеспечение надежного и непрерывного электроснабжения за счет IGBT-преобразователя напряжения и вольтодобавочных трансформаторов в случае аварийных и ненормальных режимов в электрических сетях,

· устранение несимметрии по фазам в нормальном режиме работе, т.е. снижение электропотребления на 3-5 %.

 

4. МОДИФИКАЦИИ КОМПЛЕКСА ДКИН

Имеются следующие модификации комплекса ДКИН:

· по входному напряжению:

380, 480, 690, 6000, 10000, 35000, 110000В;

· по мощности устройств:

380В – от 200 до 6 000 кВА;

6 (10) кВ – от 300 до 9 600 кВА;

· с системой водяного и/или воздушного охлаждения; · контейнерного или шкафного исполнения;

· по условиям эксплуатации: 1( –20 ¸ +40 °С); 2 (–40 ¸ +50 °С);

- IP20.

Имеются готовые устройства, отвечающие номинальным требованиям.

 

5. ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ДКИН И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Динамический компенсатор искажения напряжения предназначен для того, чтобы компенсировать влияние провалов напряжения на линиях, электроснабжающих чувствительное к качеству электрической энергии оборудование.

Технические характеристики устройства ДКИН напряжением 6,3кВ представлены в таблице 2.

 

Таблица 2. Технические характеристики устройства ДКИН напряжением 6,3кВ

 

Выходные
Номинальное выходное напряжение	6,3 кВ
Частота	50 Гц ± 10 %
Номинальная выходная мощность	2,1 МВА (+0,3 МВА избыточное)
Номинальный выходной ток	210 А
Максимальный КПД	> 98 %
Перегрузочная способность	114% длительно 150% в течение 30 с
Рабочая температура	0 ч 40 °С
Температура хранения	0 ч 85 °С
Регулирование выходного напряжения  под нагрузкой от 0 до 100 %	± 0,5 %
Степень защиты шкафа	IP20
Максимальная высота над уровнем моря при полной нагрузке	<1500 м
Масса габаритные показатели	Д	Ш	В	Вес
Электронное оборудование ДКИН	6000	2200	2185	9250
Распределительный отсек	8000	805	2185	7740
Динамические характеристики
Провал напряжения	Выходное напряжение
30 % от входного напряжения, длительно	6,3 кВ ± 0,5 %
40 % от входного напряжения, 10 с	6,3 кВ ± 0,5 %
50 % от входного напряжения, 10 с	90% х6,3 кВ ± 0,5 %
> 50 % от входного напряжения	Байпас - Uвыходное = Uвходное

 

 

Основные преимущества динамических компенсаторов искажения напряжения:

1. защита от всех видов коротких замыканий;
2. время реакции на кратковременные нарушение электроснабжения не более 3 мс;
3. эффективность работы устройств более 97,5 % при 100 % нагрузке;
4. низкая потребляемая мощность и малые эксплуатационные затраты;
5. компенсация колебаний напряжения, фликеров и перенапряжений;
6. синусоидальная форма выходного напряжения;
7. отсутствие аккумуляторных батарей и высокая надежность.

 

6. ПРИМЕРЫ ВНЕДРЕНИЯ ДКИН НАПРЯЖЕНИЕМ 0,4-20кВ

Внедрение ДКИН позволяет устранить (уменьшить):

· повреждение оборудования,

· снижение производительности,

· травмы персонала,

· загрязнение окружающей среды.

Ниже приведены типовые примеры применения устройств ДКИН напряжением 0,38, 6,3 и 20 кВ для решения поставленных Заказчиком задач.

А) ДКИН напряжением 380В и мощностью 600 кВА Завод по опреснению морской воды

 

 

 

 

 

 

Проблема

В каждой из 18 существующих скважин есть погружной насос для добычи воды и некоторые из них работают непрерывно. Система управления насосами подачи воды очень чувствительна к провалам напряжения. При наличии колебаний напряжения в блоке питания, насосы останавливаются и пуск их не контролируется. При повторных пусках насосов возникает турбулентность в колодцах, что приводит к забору загрязненной воды с примесью песка с морского дна. Песок забивает каналы, используемые в технологическом процессе, а также портит мембраны обратного осмоса.

Решение

В течение 2006 года комплекс ДКИН мощностью 600 кВА был установлен на заводе по опреснению морской воды с целью поддержания стабильного уровня напряжения питания в цепях регуляторов скорости насосов. С тех пор удалось избежать неконтролируемой остановки и запуска насосов из-за провалов напряжения в питающей линии.

 

 

 

 

 

Б) ДКИН напряжением 20кВ и мощностью 3,6МВА

Завод по производству пластмасс (фирмы Sotrafa SA) Испания

 

 

 

Проблема

Непрерывный процесс изготовления пластмасс на заводе, расположенном в Эхидо (Almeria) Испания, очень чувствителен к провалам напряжения, что является общей проблемой всех предприятий в данном регионе.

Наиболее важной частью производственного процесса является нагрев полиэтилена за счет конвекции воздуха, когда пластик увеличивается в размере на несколько футов. При провалах напряжения он остывает до процесса складывания. Во время кратковременных нарушений электроснабжения и неожиданной остановки процесса пластик попадает на эжекторные сопла и засоряет их. Когда оборудование остывает – это приводит не только к производственным потерям, но и требует нескольких часов для очистки всего пострадавшего оборудования.