Г.И. Разгельдеев Эксплуатация систем электроснабжения

20

ля был выбран трансформатор с нерасщеплённой вторичной обмоткой (для 6-пульсовой схемы выпрямления), коэффициент расщепления принимается равным нулю.

Коэффициенты несинусоидальности Кнс необходимо рассчитать

для всех заданных углов управления.

В случае, если Кнс ≥ 5 %, то необходимо принять меры по его сни-

жению с помощью либо батарей конденсаторов, которые должны включаться последовательно с защитными реакторами, либо с помощью узкополосных силовых резонансных фильтров (фильтрокомпенсирующих устройств – ФКУ).

Батареи конденсаторов (БК) с защитными реакторами применяют в случае, если выполняется условие

	SК	=	1	≥ 200 ,	(42)
	Sпр		К

где K = Sпр / SK – отношение мощности Sпр ПП к мощности SK корот-

кого замыкания, которое задано по условиям выполнения курсового проекта.

Если условие (42) не выполняется, то применяют ФКУ.

4.2.6. Выбор фильтро-компенсирующего устройства В соответствии с заданием на выполнение курсового проекта сту-

дент должен выбрать тип ФКУ, которое состоит из соединённых в треугольник или звезду индуктивных сопротивлений (реакторов) L и конденсаторов С (рис.5), настроенных в резонанс с соответствующей гармоникой.

Рис.5. Схемы включения ФКУ в треугольник и в звезду

Схему соединения ФКУ (в треугольник или в звезду) выбирают в зависимости от соотношения номинальных напряжений сети и конденсаторов.

21

Впреобразователях с 6- и 12-пульсовым выпрямлением применяют ФКУ, рассчитанные на 5-ю, 7-ю и 11-ю гармоники (3-й гармоники в мостовых схемах выпрямления нет).

Обычно суммарную реактивную мощность, генерируемую ФКУ, на основной частоте (50 Гц) определяют из условия баланса реактивной мощности (РМ) подстанции, к шинам которой присоединяют ПП, поскольку ФКУ будет частью компенсирующей установки этой подстанции.

Вданном случае РМ подстанции неизвестна, а поэтому требуемая суммарная реактивная мощность QФ∑ , генерируемая ФКУ, должна со-

ответствовать следующему условию:
QФ∑ ≤ Qпр,	(43)

где Qпр – реактивная мощность полупроводникового преобразователя,

квар, определённая по формуле (36).

Суммарная мощность ФКУ есть сумма реактивных мощностей Qфi фильтров, настроенных на соответствующие гармоники. Она опре-

деляется следующим образом:

QФ∑ = ∑QФν =QФ5 +QФ7 +QФ11 ,

(44)

где Qф5 , Qф7 ,Qф11 - мощности ФКУ для 5-й, 7-й и 11-й гармоник.

Для выбора ФКУ, рассчитанного на определённую ν-ю гармонику, необходимо определить ток этой гармоники Iν и реактивную мощ-

ность, потребляемую преобразователем на этой гармонике Qν. Студент должен рассчитать эти параметры по приведённым ниже формулам:

	Iν =	Sпр	;	(45)
		3 Uном ν
	Qν =	3 Uном Iν,		(46)

где Uном – номинальное напряжение ФКУ либо напряжение сети.

Выбор ФКУ существенно упрощается, если номинальное напряжение сети составляет 10 кВ, так как отечественная промышленность выпускает стандартные фильтры на это напряжение. Технические параметры ФКУ приведены в прил. 2, с помощью которого студент должен выбрать типы фильтров для указанных выше гармоник.

Выбор типа ФКУ из прил. 2 производится по следующим услови-

ям:

IФ. доп ≥ Iν;	(47)
QФ ≥ Qν,	(48)

22

где Iф.доп – длительно допустимый ток фильтра для резонансной частоты; Qф – реактивная мощность, генерируемая фильтром.

В случае, если указанные условия (47) и (48) не выполняются, то необходимо предусматривать параллельное включение нескольких однотипных фильтров.

Результаты выбора фильтров на напряжение 10 кВ сводятся в табл. 4.

	Данные фильтров на напряжение 10 кВ			Таблица 4
Номер гармо-	Тип фильтра	Количество	Генерируемая	Допустимый
ники		фильтров	мощность,	ток, А
			квар
5
7
11

Для вариантов КП, в которых номинальное напряжение сети составляет 35 кВ, студент должен самостоятельно набрать ФКУ 5-й, 7-й и 11-й гармоник из батарей конденсаторов и реакторов. Батареи (БК) целесообразно набирать из конденсаторов напряжением выше 1 кВ большой единичной мощности (50-100 квар). Выпускаемые промышленностью батареи конденсаторов имеют наибольшее номинальное напряжение 10,5 кВ, следовательно, в каждой фазе фильтра необходимо предусматривать, как минимум, 4 батареи конденсаторов, включенных последовательно. При этом необходимо следить, чтобы выполнялись условия (47) и (48). Если эти условия не выполняются, то следует предусматривать параллельное включение нескольких БК. Индуктивное сопротивление реактора фильтра рассчитывают так, чтобы в цепи “конденсатор-реактор” создавался резонанс напряжений на резонансной частоте гармоники, на которую необходимо настроить последовательную LC - цепь ФКУ:

	v рwL =	1	,	(49)
		v p wC

где ν р – номер резонансной гармоники; С– суммарная ёмкость бата-

рей конденсаторов в расчёте на одну фазу, определяемая по паспортным значениям ёмкостей каждой батареи конденсаторов; w=2π f – основная круговая частота (w = 314); L – требуемая индуктивность реак-

23

тора фильтра.

Результаты выбора фильтров на напряжение 35 кВ сводятся в табл. 5.

					Таблица 5
	Данные фильтров на напряжение 35 кВ
Номер	Тип выбран-	Количе-	Суммарная	Индуктив-	Генерируемая
гармо-	ной БК	ство БК	ёмкость кон-	ность реак-	фильтром
ники			денсаторов	тора, Гн	мощность, квар
			фильтра,
			мкФ
5
7
11

Согласно разделу 3, в курсовом проекте студент должен выбрать аппараты для включения в работу фильтров, а также для включения трансформатора и преобразователя. Выбор коммутационной аппаратуры необходимо производить по номинальному напряжению сети (Uc –

для питающей сети переменного тока, Ud – для сети постоянного тока),

к которой производится подключение, и по рабочему току подключаемых аппаратов, в качестве которого следует брать:

при подключении трансформатора и преобразователя к сети переменного тока – действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора I1 , определённое по формуле (20);

при подключении ФКУ ν-й гармоники к шинам подстанции – действующее значение тока этой гармоники Iν;

при подключении преобразователя к сети постоянного напряжения – среднее значение выпрямленного тока Id (оно задано по ус-

ловиям проектирования).

5. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНОФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Система управления выпрямителем должна создавать систему управляющих сигналов, сдвигаемую во времени в зависимости от величины задающего или определяющего воздействия с целью регулирования выходного напряжения (тока) преобразователя.

Импульсно-фазовыми системами управления называют такие сис-

24

темы, в которых управляющий сигнал имеет форму импульса, фазу которого можно регулировать.

Внастоящее время всё более широкое применение находят электронные (полупроводниковые) системы управления вентильными преобразователями, так как они имеют ряд преимуществ перед электромагнитными системами: высокое быстродействие, надёжность, малые габариты, массу, потребляемую мощность.

Взависимости от того, в одном или в нескольких каналах вырабатываются управляющие импульсы для каждого вентиля преобразователя, различают одно- и многоканальные системы управления.

Кроме того, системы управления могут быть синхронными и асинхронными. При синхронном импульсно-фазовом управлении угол подачи управляющего импульса отсчитывают от определённой фазы напряжения сети, питающей преобразователь:

ωt	i	=ϕ +	2π	(i −1) +θ (U		у	),	(50)
			m2		i
где ωti – угол подачи i-го импульса; ϕ					– угол начала отсчёта угла за-

держки по отношению к напряжению сети; m2 – число пульсаций схемы выпрямления; θi (U у) – угол задержки, регулируемый в зависимости от величины задающего воздействия U у .

При асинхронном управлении угол подачи управляющего импульса отсчитывают от момента подачи предыдущего импульса:

ωt	= ωt	+	2π	+θ (U	у	),	(51)
i	i−1			i
			m2
где ωti – угол подачи i-го импульса;		ωti-1 – угол подачи предыдущего

импульса.

Из сравнения выражений (50) и (51) видно, что угол подачи управляющего импульса в асинхронной системе управления не связан в явном виде с координатами ωt и ϕ напряжения сети, то есть не

синхронизирован с сетью питания (отсюда и название “асинхронная”).

Внастоящее время общепринятым и наиболее распространённым является синхронное управление.

Взависимости от принципа изменения фазы управляющего импульса различают горизонтальные, вертикальные и цифровые системы.

При горизонтальном управлении управляющий импульс формируется в момент перехода синусоидального напряжения через нуль, а изменение его фазы обеспечивается изменением фазы синусоидального

25

напряжения, то есть смещением этого напряжения по горизонтали. По ряду причин горизонтальное управление не нашло широкого распространения.

В настоящее время широко применяется другой вид управления – вертикальное управление. При этом виде системы управления управляющий импульс формируется в результате сравнения на нелинейном элементе величин переменного (синусоидального, пилообразного, треугольного) и постоянного напряжения (задающего воздействия). В момент, когда эти напряжения становятся равными и их разность меняет полярность, происходит формирование управляющего импульса. Фазу импульса можно регулировать, меняя величину задающего воздействия. В качестве нелинейного элемента обычно применяют транзистор. Таким образом, фазосдвигающее устройство ФСУ состоит из генератора переменного напряжения и узла сравнения, набранного из транзисторов.

Всё большее распространение ввиду своей простоты и универсальности находят вертикальные многоканальные системы управления с индивидуальными ФСУ, каждое из которых работает на определённое плечо вентильного преобразователя. Такая система управления трёхфазным мостовым преобразователем должна иметь число каналов управления, равное числу выпрямительных плеч преобразователя. При 6-пульсовой схеме выпрямления необходимо иметь 6 каналов, а при 12-пульсовой схеме – 12 каналов управления.

На рис. 6 приведена схема вертикальной шестиканальной системы управления трёхфазным мостовым выпрямителем.

Рис. 6. Структурная схема вертикальной шестиканальной системы управления трёхфазным мостовым выпрямителем

26

Система управления, изображённая на рис. 6, состоит из синхронизатора, блока питания БП, шести фазосдвигающих устройств ФСУ, формирователей импульсов ФИ и выходных каскадов ВК, предназначенных для окончательного формирования и усиления управляющих импульсов.

Полная работоспособность схемы достигается управлением одним длинным импульсом или двумя короткими. В частности, для мостовой схемы система управления должна вырабатывать одиночные управляющие импульсы с шириной, большей 60°, или сдвоенные короткие импульсы, следующие друг за другом через 60° ,чтобы обеспечить запуск и работу преобразователя в режиме прерывистых токов.

Поскольку каждый канал многоканальной системы управления работает с частотой питающей сети, его синхронизация с сетью не вызывает затруднений, а фазовый сдвиг управляющих импульсов равен фазовому сдвигу, создаваемому ФСУ канала.

Так как в вертикальной системе управления формирование импульса происходит в момент сравнения переменного и постоянного напряжения, всякое искажение формы кривой напряжения питающей сети будет приводить к ухудшению работы системы. Данный недостаток можно устранить, применяя в качестве переменного напряжения напряжение пилообразной или треугольной формы, при этом в схему вводится генератор пилообразного или треугольного напряжения, питающийся от обычной сети.

6.ПЕРЕЧЕНЬ ВИДОВ ПРИЁМО-СДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ

ИСОДЕРЖАНИЕ ПРИЁМО-СДАТОЧНЫХ ДОКУМЕНТОВ

Эта часть курсового проекта выполняется в соответствии с требованиями ПУЭ [8] и по рекомендациям, приведённым в [4].

Ниже приведён перечень приёмо-сдаточных испытаний (ПСИ) при вводе в эксплуатацию полупроводникового преобразователя, трансформатора и фильтров высших гармоник согласно ст. 1.8.16, 1.8.25, 1.8.26, 1.8.27 ПУЭ, а также указаниям гл. 4.3 и гл. 5.6 ПУЭ.

6.1. Полупроводниковые нереверсивные управляемые преобразователи, в соответствии со ст. 1.8.26 ПУЭ, испытываются в следующем объёме.

6.1.1. Измерение сопротивления изоляции элементов и цепей преобразователя. Следует производить в соответствии с инструкцией за-

27

вода-изготовителя.

6.1.2.Испытание изоляции преобразователей повышенным напряжением промышленной частоты. Значения испытательного напряжения приведены в прил. 3; продолжительность приложения испытательного напряжения 1 мин.

6.1.3.Проверка всех видов защит преобразователя. Пределы срабатывания защит должны соответствовать расчётным данным.

6.1.4.Проверка фазировки. Фаза импульсов должна соответствовать фазе анодного напряжения в диапазоне регулирования.

6.1.5.Проверка систем охлаждения. Скорость снижения температуры охлаждающего средства (воздуха или воды) должна соответствовать данным завода-изготовителя.

6.1.6.Проверка диапазона регулирования выпрямленного напряжения. Диапазон регулирования должен соответствовать данным заво- да-изготовителя, изменение значения должно происходить плавно. Снятие нагрузочной характеристики производится при работе преобразователя на нагрузку не менее 0,1 номинальной. Характеристики нагрузки, применяемой при испытаниях, должны соответствовать характеристикам нагрузки, для питания которой предусмотрен преобразователь.

6.1.7.Проверка работы преобразователя под нагрузкой (для регулируемых преобразователей во всём диапазоне регулирования). При этом производится проверка равномерности распределения токов по фазам и вентилям. Неравномерность не должна приводить к перегрузке какой-либо фазы или вентиля преобразователя.

6.1.8.Проверка параллельной работы преобразователей. Должно иметь место устойчивое распределение нагрузки в соответствии с параметрами параллельно работающих выпрямительных агрегатов.

6.2. Испытание преобразовательного трансформатора и реакторов. проводится в следующем объёме (согласно ст. 1.8.16 ПУЭ).

6.2.1.Определение условий включения трансформаторов. Производится в соответствии с инструкцией “Трансформаторы силовые. Транспортирование, разгрузка, хранение, монтаж и ввод в эксплуата-

цию” (РТМ 16.800.723-80).

6.2.2.Измерение характеристик изоляции. Допустимые значения

сопротивления изоляции R60, коэффициент абсорбции R60/R15, тангенс угла диэлектрических потерь и отношения С2/С50 и ∆С/C регламентируются инструкцией по п.1.

28

6.2.3.Испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты (обязательно для трансформаторов сухих и с облегчённой изоляцией; не обязательно для маслонаполненных трансформаторов):

а) изоляции обмоток вместе с вводами. Испытательные напряжения приведены в прил. 4. Продолжительность приложения испытательного напряжения 1 мин;

б) изоляции доступных стяжных шпилек, прессующих колец и ярмовых балок. Испытание следует производить в случае осмотра активной части. Испытательное напряжение 1-2 кВ. Продолжительность приложения испытательного напряжения 1 мин.

6.2.4.Измерение сопротивления обмоток постоянному току. Производится на всех ответвлениях, если для этого не потребуется выемки сердечника. Сопротивление должно отличаться не более чем на 2 % от сопротивления, полученного на таком же ответвлении других фаз, или от данных завода-изготовителя.

6.2.5.Проверка коэффициента трансформации. Производится на всех ступенях переключения. Коэффициент трансформации должен отличаться не более чем на 2 % от значений, полученных на том же ответвлении на других фазах, или от данных завода-изготовителя. Для трансформаторов с РПН разница между коэффициентами трансформации не должна превышать значения ступени регулирования.

6.2.6.Проверка группы соединения трёхфазных трансформаторов

иполярности выводов однофазных трансформаторов. Производится при монтаже, если отсутствуют паспортные данные или есть сомнения в достоверности этих данных. Группа соединения должна соответствовать паспортным данным и обозначениям на щите.

6.2.7.Измерение тока и потерь холостого хода. Производится одно из измерений, указанных ниже:

а) при номинальном напряжении. Измеряется ток холостого хода. Значение тока не нормируется;

б) при малом напряжении. Измерение производится с приведением потерь к номинальному напряжению или без приведения (метод сравнения).

6.2.8.Проверка работы переключающего устройства и снятие круговой диаграммы. Производится на всех положениях переключателя. Круговая диаграмма не должна отличаться от снятой на заводеизготовителе. Проверку срабатывания переключающего устройства и

29

давления контактов следует производить согласно заводским инструкциям.

6.2.9.Испытание бака с радиаторами гидравлическим давлением. Производится гидравлическим давлением столба масла, высота которого над уровнем заполненного расширителя принимается: для трубчатых или гладких баков 0,6 м; для баков волнистых, радиаторных или с охладителями 0,3 м.

Продолжительность испытания 3 ч при температуре масла ниже +10 оС. При испытании не должно наблюдаться течи масла.

6.2.10.Проверка системы охлаждения. Режим пуска и работы охлаждающих устройств должен соответствовать инструкции заводаизготовителя.

6.2.11.Проверка состояния силикагеля. Индикаторный силикагель должен иметь равномерную голубую окраску зерен. Изменение цвета силикагеля свидетельствует об увлажнении силикагеля.

6.2.12.Фазировка трансформатора. Должно иметь место совпадение по фазам.

6.2.13.Испытание трансформаторного масла. Проводится в соответствии с пунктом 13 ст. 1.8.16 ПУЭ.

6.2.14.Испытание включением толчком на номинальное напряжение. В процессе 3-кратного включения трансформатора на номинальное напряжение не должны иметь место явления, указывающие на неудовлетворительное состояние трансформатора.

6.2.15.Испытание вводов и встроенных трансформаторов тока. Следует производить в соответствии со ст. 1.8.31 и 1.8.17 ПУЭ.

6.3. Перечень приёмо-сдаточных испытаний для фильтров высших гармоник, состоящих из батарей бумажно-масляных конденсаторов на напряжение выше 1 кВ и реакторов (в соответствии со ст. 1.8.25

и1.8.27 ПУЭ).

6.3.1.Измерение сопротивления изоляции конденсаторов. Производится мегаомметром на напряжение 2,5 кВ. Сопротивление изоляции между выводами и относительно корпуса конденсатора и отношение

R60/R15 не нормируются.

6.3.2.Измерение ёмкости. Производится при температуре 15-35 градусов Цельсия, измеренная ёмкость должна соответствовать паспортным данным с учётом погрешности измерения и допустимых отклонений, приведённых в табл. 1.8.28 ПУЭ.

6.3.3.Испытание изоляции конденсаторов повышенным напряже-