Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Кузнецов Н. М., Бебихов Ю. В., Самсонов А. В., Егоров А. Н., Семенов А. С.,

2.2. Результаты контроля КЭ

а) Анализ ПКЭ на 1СШ-6-2Т 6 кВ (надземное РУ 6,3 кВ) (протокол №110503145005).

Измерения проводились с 3 по 5 мая 2011 г.

Качество электроэнергии соответствует требованиям ГОСТ 13109-97 по отклонениям частоты и коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности. Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности за период измерений не превышал 1,01 %. Отклонение частоты за период измерений превышало нормально допустимое значение (0,2 Гц), но непродолжительное время (в течение 8,5 минуты). Максимальное отклонение частоты 0,24 Гц.

Отклонение напряжения за период контроля изменялось в диапазоне от 1,03 до 7,51 %. Установившееся отклонение напряжения нормирует на зажимах электроприемников. Поэтому, по измерениям на шинах подстанции невозможно дать заключение о соответствие КЭ требованиям ГОСТ 13109-97 по показателю установившееся отклонение напряжение из-за того, что неизвестны потери напряжения до ближайшего и удаленного электроприемников. Для оценки потерь напряжения до электроприемников необходима дополнительная информация, включающая в себя длину и марку кабелей, фактические режимы работы оборудования шахты, технические требования установок к отклонению напряжения.

По коэффициентам n-й гармонической составляющей напряжения по 3,4,6,8,29,35,37 и 39 гармоникам КЭ не соответствует требованиям ГОСТ 13109-97. Наибольшие значения гармоник, по которым зафиксировано превышение – 3-я гармоника (до 2,45 %), 4-я (до 2,81 %), 6-я (до 1,38 %), 8-я (до 1,24 %), 29-я (до 1,37 %), 35-я (до 2,37 %), 37-я (до 1,61 %) и 39-я (до 4,11 %). Причем для всех высших гармоник (за исключением 35 и 37 гармоник) не соответствие требованием ГОСТ обусловлено кратковременным превышением предельно допустимого значения. Спектр гармоник свидетельствует о работе мощных преобразователей (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Спектр гармоник напряжения на шинах1СШ-6-2Т 6 кВ (надземное РУ 6,3 кВ)

Для подавления высших гармонических составляющих на секции шин установлена ФКУ с фильтрами 5, 7, 11, 13 гармоник. Работа ФКУ значительно снижает уровень гармоник напряжения. Спектр тока присоединения ФКУ отображен на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Спектр гармоник тока ФКУ

Длительное превышение коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения для 35-й и 37-й гармоник возникает из-за совместной работы преобразователей с 6-ти, 12-ти и 18-пульсными схемами выпрямления. На рис. 2.4 и 2.5 представлены графики гармоник напряжения на секции шин для 35 и 37-й гармоник.

Рис. 2.4. Изменение 35-й гармоники напряжения

Рис. 2.5. Изменение 37-й гармоники напряжения

График нагрузки секции шин (рис. 2.6) неритмичный, характеризуется большим колебанием потребляемой активной и реактивной мощности (до 1,5 МВт и 2,0 Мвар соответственно) за короткий промежуток времени (в течение нескольких минут) на всем периоде измерений. Из-за колебания нагрузки невозможно поддерживать стабильным напряжение на секции шин 6,3 кВ (рис. 2.7). Быстрые изменения напряжения и уровня гармоник приводит к ускорению износа электротехнического оборудования, в том числе и фильтрокомпенсирующих устройств.

Оценим режим работы ФКУ. Оценку произведем по реактивной мощности, генерируемой ФКУ на основной частоте в фиксированный момент времени 3.05.11 в 23:15, сравнив расчетное значение с фактически измеренным с помощью прибора. Суммарное сопротивление ФКУ на основной частоте носит емкостной характер, значение его равно 15,709 Ом, и за период измерений оно не изменялось. Зная значение напряжения в контрольный момент времени (6,49 кВ), определим генерируемую ФКУ реактивную мощность:

Полученное значение превосходит измеренное с помощью прибора значение реактивной мощности (2,33 Мвар).

По такому же принципу были сформированы два массива: минутных расчетных значений и минутных измеренных значений реактивной мощности. Затем был сформирован массив отклонения значений как разница расчетных и измеренных значений.

Для подтверждения отклонения расчетного значения реактивной мощности с измеренными значениями приведена статистическая обработка массива значений отклонения реактивной мощности (табл. 2.1 и рис. 2.8.)

Таблица 2.1

Статистическая обработка значений отклонения реактивной мощности

Рис. 2.8. Гистограмма распределения разницы между минутными расчетными и измеренными значениями реактивной мощности

Из гистограммы и табл. 2.1 видно, что среднее значение отклонения расчетного значения реактивной мощности от измеренного составляет ?350 квар, что составляет 15 % от измеренного с помощью прибора значения. Возможной причиной такого расхождения является выход из строя одного или нескольких конденсаторов фильтра.

В техническом отчете по наладке ФКУ, предоставленном заказчиком, оговаривается, что фильтр 5-й гармоники является самым загруженным. Измерения, проводимые перед приемом в эксплуатацию ФКУ, осуществлялись при работе следующих источниках искажения на секции ЗРУ: вентилятор ГВУ с током 180 А, ГПКС с током 180А и КПСС с током 200 А. При испытаниях, как указывают наладчики в отчете, запас по напряжению на конденсаторах фильтра 5-й гармоники имеется только при пониженном напряжении сети. Во время эксперимента при приемке на шинах поддерживалось напряжение ?5,8 кВ (при двухдневных измерениях, проводимых ИЛ КЭ МЭИ (ТУ), зафиксировано максимальное напряжение 6,502 кВ). При неизменной нагрузке и повышенном, в пределах допустимого, напряжении сети напряжение на конденсаторах фильтра 5-й гармоники будет близко к предельному. С учетом увеличения нелинейной нагрузки на шинах наземного ЗРУ и отрицательного влияния нелинейных электроприемников на секции 6,6 кВ подземного ЗРУ увеличиться значение высших гармоник. Таким образом, при напряжении, превышающем допустимое значение, и при перегрузке фильтра высшими гармониками может сложиться ситуация, приводящая к выходу из строя конденсатора. В связи с вышеизложенным, организации, эксплуатирующей ФКУ, рекомендуется провести диагностическую работу на предмет целостности конденсаторов фильтра 5-й гармоники.

В табл. 2.2. приведено сопоставление расчетных значений показателей качества электроэнергии с фактическими измерениями.

Таблица 2.2

Сопоставление расчетных и фактически измеренных значений ПКЭ

Из табл. 2.2. следует, что фактические и расчетные значения коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения для 5-й гармоники и коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения имеют значительные расхождения. Наиболее вероятной причиной расхождений является выход из строя одного или нескольких конденсаторов фильтра 5-й гармоники. Отклонения других коэффициентов n-й гармонической составляющей напряжения объясняется принятыми при математическом моделировании допущениями.

б) Анализ ПКЭ на 1СШ-6-1Т 6 кВ (надземное РУ 6,3 кВ) (протокол № 110503142006).

Измерения проводились с 3 по 5 мая 2011 г.

Качество электроэнергии соответствует требованиям ГОСТ 13109-97
по отклонениям частоты и коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности. Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности за период измерений не превышал 0,73 %, при нормативном нормально допустимом значении 2 %.

Отклонение напряжения за период контроля изменялось в диапазоне от 1,48 до 5,08 % от номинального напряжения сети. По тем же причинам, что и для шины 1СШ-6-2Т 6 кВ (надземное РУ 6,3 кВ) по измерениям напряжения на секции шин нельзя оценить приемлемость диапазона отклонения.

По коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентам n-ой гармонической составляющей напряжения по 5, 11, 13, 15-27, 29-33, 35, 37-40 гармоникам КЭ не соответствует требованиям ГОСТ 13109-97. График изменения коэффициента несинусоидальности напряжения для трех фаз с указанием нормально и предельно допустимых значений представлены на рис. 2.9–2.11.

Рис. 2.9. Коэффициент несинусоидальности кривой напряжения фаза АВ

Рис. 2.10. Коэффициент несинусоидальности кривой напряжения фаза ВС

Значения гармонических составляющих напряжения, по которым зафиксировано превышение норм, приведены в приложении (протокол № 110503142006) и выделены полужирным шрифтом. Спектр гармоник напряжения (рис. 2.12) чрезвычайно широк. Широкий спектр гармоник обусловлен работой двигателей постоянного тока и с частотно-регулируемым приводом с различной пульсностью выпрямителей.

Рис. 2.11. Коэффициент несинусоидальности кривой напряжения фаза СА

Рис. 2.12. Спектр гармоник напряжения на шинах 1СШ-6-1Т 6 кВ (надземное РУ 6,3 кВ)

График нагрузки секции шин (рис. 2.13 и 2.15), также как и для секции шин 1СШ-6-2Т, неритмичный и непостоянный, характеризуется большим колебанием потребляемой активной и реактивной мощности (до 1,0 МВт и 2,0 Мвар соответственно) за короткий промежуток времени в течение всего времени контроля. Среднее значение коэффициента мощности 0,855. График изменения напряжения представлен на рис. 2.14 и 2.16.

При пуске электроприводов на шинах ЗРУ зафиксировано значительное снижение напряжение – провал напряжения (до 1 кВ) и увеличение в 6 раз токов (рис. 2.17 и 2.18)

В перспективе на данной секции планируется установить пассивные фильтры 5, 7, 11 и 13 гармоник. С учетом быстрых изменений напряжения и мощности, а также чрезвычайно широким спектром высших гармоник, включающим и четные гармоники, целесообразно рассмотреть вариант установки не пассивного фильтра, а активного, для подавления высших гармоник. Подробнее о преимуществах активных фильтров высших гармоник перед пассивными рассмотрено в разделе 4.

Рис. 2.17. Осциллограмма напряжения на шинах 1СШ-6-1Т 6 кВ (надземное РУ 6,3 кВ)

Рис. 2.18. Осциллограмма тока на вводе 6 кВ 1Т (надземное РУ 6,3 кВ)

в) Анализ ПКЭ на 3СШ-6-1Т 6 кВ (подземное РУ 6,6 кВ) (протокол № 110503141007).

Измерения проводились с 3 по 5 мая 2011 г.

Качество электроэнергии соответствует требованиям ГОСТ 13109-97 по отклонениям частоты, коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности и коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

По коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентам n-й гармонической составляющей напряжения по 6, 16-27, 29, 33, 35, 37 и 39 гармоникам КЭ не соответствует требованиям ГОСТ 13109-97. Причиной этому являются нелинейные электроприемники, установленные на секции шин 6,6 кВ, а также искажающая нагрузка, подключенная к шинам наземного ЗРУ 6,3 кВ. Спектр гармоник напряжения представлен на рис. 2.19

Рис. 2.19. Спектр гармоник напряжения на шинах 3СШ-6-1Т 6 кВ (подземное РУ 6,6 кВ)

На графике нагрузки секции шин, снятой за весь период измерений (рис. 2.20), условно можно выделить период с постоянной нагрузкой с начала измерений до 18:00 4.05 и с 4:00 5.05 до конца измерений и два периода с увеличенной нагрузкой на секции. К сожалению, нет данных о составе электроприемников, получающих питание от шин подземного ЗРУ и режиме их работы. Однако, исходя из графика мощности (рис. 2.20) постоянная часть нагрузки, предположительно связана с работой освещения шахты, на что указывает небольшое значение потребляемой мощности и близкое к единице значение коэффициента мощности. Переменная часть обусловлена производимыми в шахте работами в ночные часы. График изменения напряжения представлен на рис. 2.21.

г) Анализ ПКЭ на шине 1СШ-6 6 кВ Обогатительная фабрика (протокол № 110505145008).

Измерения проводились с 5 по 6 мая 2011 г. ЗРУ 6 кВ получало питание через один трансформатор, все секции шин 6 кВ были замкнуты. Контроль по току осуществлялся на присоединениях фидер 69 ГР 4000 №1 (СД) Pном = 1600 кВт, фидер 41 Мельница № 3 (СД) Pном = 1600 кВт, фидер 21 Насос ГРАТ 1400 №19 (АД) Pном = 500 кВт, фидер 20 Щековая дробилка ШКД № 1 (АД) Pном = 250 кВт. Графики мощности отходящих фидеров в период контрольного замера представлены
на рис. 2.23-2.27

Качество электроэнергии соответствует требованиям ГОСТ 13109-97 по отклонениям частоты, коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности, коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентам искажения синусоидальности кривой напряжения.

Рис. 2.22. График нагрузки шин 3СШ-6-1Т 6 кВ (подземное ЗРУ 6,6 кВ)

Рис. 2.23. График нагрузки фидер 20 Щековая дробилка ШКД №1 (АД) Pном = 250 кВт

Рис. 2.24. График нагрузки фидер 21 Насос ГРАТ 1400 №19 (АД) Pном = 500 кВт

Рис. 2.25. График нагрузки фидер 41 Мельница №3 (СД) Pном = 1600 кВт

Рис. 2.26. График нагрузки фидер 69 ГР 4000 №1 (СД) Pном = 1600 кВт

В отличие от замеров, произведенных с 3 по 5 мая, значения отклонения частоты в электроэнергетической системе в период контроля с 5 по 6 мая превышало установленное ГОСТ нормально допустимое значение в течение 40 минут. Максимальное значение частоты зафиксировано на уровне 50,26 Гц. Напряжение на шинах ЗРУ поддерживается выше номинального напряжение сети (рис. 2.27) на всем интервале измерений.

Рис. 2.27. График напряжения на секциях шин 6 кВ ЗРУ обогатительной фабрики

Таким образом, по результатам инструментального обследования систем электроснабжения можно сделать выводы:

– На обогатительной фабрике № 3 качество электроэнергии соответствует требованиям ГОСТ 13109-97 по всем показателям (прим. установившееся отклонение напряжение не оценивалось).

– На шинах 6,3 и 6,6 кВ подстанции рудника качество электроэнергии по показателям коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентам n-ой гармонической составляющей напряжения для целого ряда гармоник не соответствуют нормативным требованиям. Причинами не соответствия является нелинейные электроприемники с разной пульсностью выпрямления, большой номинальной мощностью.

– Установка пассивных фильтров 5,7,11 и 13 гармоник на 1СШ-6-2Т 6 кВ (надземное РУ 6,3 кВ) снизило значение коэффициентов n-й гармонической составляющей напряжения, однако полностью не решило проблемы обеспечения качества электроэнергии.

– Рекомендуется применение активных фильтров для подавления высших гармоник в условиях быстрого изменения напряжения и мощности.