УМГ „ПРИКАРПАТТРАНСГАЗ

Іван Дмитрович Михайлюк

ТЕХНІЧНІ ПРИСТРОЇ КОМПЕНСАЦІЇ РЕАКТИВНОЇ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

Івано-Франківськ 2003

ВСТУП

Навантаження підприємств звичайно має індуктивний характер, який спричиняє споживання реактивної потужності. Ця потужність у свою чергу спричиняє такі негативні явища, як збільшення плати за спожиту електроенергію, додаткові втрати в струмопровідних елементах , завищення потужності трансформаторів, перерізів кабелів та провідників, відхилення напруги в мережі від номінальної.

Для зменшення негативного впливу реактивної електроенергії використовують компенсацію реактивної потужності.

У якості джерел реактивної потужності використовують синхронні двигуни в режимі перезбудження, нерегульовані і регульовані конденсаторні установки високої та низької напруг, статичні тиристорні компенсатори реактивної потужності.

За місцем приєднання розрізняють наступні схеми компенсації:

• загальна - на вводі підприємства, або структурного підрозділу;

• групова - на лінії групи однотипних електроприймачів;

• індивідуальна - в безпосередній близькості до електроприймача.

Найбільш ефективними є засоби автоматичного регулювання потужності компенсуючи пристроїв - автоматичні регулятори потужності конденсаторних установок , чи автоматичні регулятори збудження синхронних двигунів.

За типом регулювання потужності конденсаторних батарей установки бувають:

• звичайні (релейні) - у яких комутація конденсаторів виконується за допомогою електромеханічних реле;

• статичні (тиристорні) - у яких використовуються тиристорні ключі.

В статичних установках комутація конденсаторів проходить в момент нульової напруги , завдяки чому вони забезпечують високу швидкодію (до 14 комутацій в секунду); малий рівень електромагнітних завад; малий знос конденсаторів; висока надійність ключів; зниження втрат в конденсаторах.

Останнім часом для керування конденсаторними установками широко використовуються мікропроцесорні регулятори, які використовують

оптимальні алгоритми роботи з мінімальним числом комутацій. Використовуючи ступені конденсаторів різної потужності вони зводять до мінімуму споживання реактивної електроенергії.

Тиристорні компенсатори реактивної потужності 6 і 10 кВ забезпечують швидкодіючу компенсацію реактивної потужності , стабілізацію напруги на шинах споживача, фільтрацію вищих гармонік, приєднуються без трансформатора. їх номінальна потужність -6.3 , 12.5 , 20 і 40 МВ Ар, вони мають фільтри 3,5,7,11,13 гармонік, мікропроцесорне керування.

Система регулювання реактивної потужності синхронного двигуна дозволяє регулювати збудження груп синхронних двигунів за умовами максимальної компенсації реактивної потужності, стабілізації напруги вузла навантаження. Система діє на входи необхідної кількості тиристорних збудників СД , забезпечуючи оптимальний режим роботи.

Сучасні конденсаторні батареї випускаються у трифазному та однофазному виконанні, мають вмонтовані розрядні опори та захист від перенапруг, який може мати місце в момент комутації, що забезпечує їх високу надійність.

Розширено діапазон потужностей конденсаторних батарей: напругою 0,4 кВ від 2,5 квар і напругою 6,3 кВ від 25 квар. Використання сучасних матеріалів дозволило зменшити габаритні розміри конденсаторів. У порівнянні із старими типами конденсаторів, які мали діелектричні втрати активної електроенергії на рівні 2,5-4,5 кВт на Мвар встановленої потужності, сучасні конденсаторні батареї мають малі діелектричні втрати -0,15 кВт на Мвар. Розширено діапазон робочих температур від -40 °С до 50 °С у виконанні для внутрішнього та зовнішнього встановлення (ІР 42).

По відношенню до компресорної станції КС - 39 "Прогрес" БЛВУМГ за місцем приєднання використовується групова схема компенсації реактивної електроенергії. За типом регулювання - статична установка. Тобто конденсаторні батареї керуються автоматичним регуляторам типу К<351_1, який забезпечує керування п'ятьма секціями конденсаторних батарей, що не дозволяє плавно регулювати компенсацію реактивної енергії. Я пропоную заміну цього регулятора на новий більш сучасний, який забезпечує керування дванадцятьма секціями конденсаторних батарей. В ньому використано мікропроцесорні регулятори, які використовують оптимальні алгоритми роботи з мінімальним часом комутації. Використовуючи ступені конденсаторів різної потужності вони зводять до мінімуму споживання реактивної електроенергії. Говорячи про автоматичний регулятор, хочу підкреслити його можливості і принципи роботи.

АВТОМАТИЧНИЙ РЕГУЛЯТОР КОЕФІЦІЄНТА ПОТУЖНОСТІ

1 УВЕДЕННЯ

Технічний опис і інструкція з експлуатації призначені для ознайомлення з пристроєм, конструкцією, принципом роботи і схемою підключення регуля­тора коефіцієнта потужності, надалі - РКМ, а також є керівництвом для пер­соналу служб, що займаються його експлуатацією й обслуговуванням.

2. ПРИЗНАЧЕННЯ

РКМ застосовується як пристрій керування регульованою конденсаторною установкою, використовуваної для компенсації індуктивної складової поту­жності в локальних мережах споживачів електричної чи енергії підтримки в них реактивної потужності заданого рівня і знака за допомогою батарей ста­тичних конденсаторів. РКМ може функціонувати в автономному чи режимі в складі автоматизованої системи керування компенсацією реактивної поту­жності, надалі - АСУ КРМ.

3. ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

3.1 Основні технічні характеристики.

3.1.1 РКМ відповідає вимогам технічних умов

ТУУ 23737281.002-98 і комплекту конструкторської документації.

3.2 Основні параметри і розміри.

3.2.1 Габаритні розміри РКМ без з'єднувачів, не більш: -довжина 175 мм.

-ширина 85 мм; -висота 175 мм;

3.2.2 Маса РКМ, не більш 1.5 кг;

3.2.3 Живлення РКМ здійснюється від мережі змінного струму напругою від 187 до 242В частотою (50±1)Гц.

3.2.4 Потужність, споживана датчиками струму і напруги, не більш 0.4ВА.

3.2.5 Потужність, споживана ланцюгами Живлення, не більш 5ВА при номінальній напрузі 220В.

3.2.6 РКМ підключається безпосередньо до регульованої мережі ланцюгами напруги і через штатний вимірювальний трансформатор струму до ланцюгів струму.

3.2.7 Номінальне значення контрольованого струму 5А.

Коло виміру струму РКМ допускає 20-кратне перевантаження щодо номі­нального значення в плині 1с.

3.2.8 Номінальне значення контрольованої напруги 380В і подається воно на контакти 5 і 7 з'єднувача "ВХІД". Схема з вимірювальною напругою 100В повинна бути обговорена в специфікації замовлення.

3.2.9 В РКМ передбачені два режими і два підрежими функціонування:

1) режим "АВТОМАТ", у якому РКМ здійснює процес керування компенса­цією реактивної потужності автоматично відповідно до алгоритму функціо­нування і з обліком заданих уставок на параметри регулювання;

2) режим "РУЧНИЙ", у якому РКМ забезпечує можливість послідовного дискретного чи підключення (відключення) секцій вручну на вибір операто­ра відповідно до введеного раніше кодом потужностей секцій КБ;

3) підрежим "НАСТРОЮВАННЯ" забезпечує розширене меню параметрів і уставок, можливість їхньої зміни і відсутність контролю за значеннями конт­рольованого струму і напруги;

4) підрежим "РОБОТА" забезпечує скорочене меню параметрів і уставок без можливості їхньої зміни і наявність допускового контролю за значеннями контрольованого струму і напруги.

Функціонально підрежими ідентичні. Підрежим "РОБОТА" є захищеним від неправильних чи випадкових дій оператора.

3.2.10 В РКМ передбачена можливість завдання числових значень чотирьох уставок:

1) уставки значення вхідного контрольованого струму;

2) уставки параметра регулювання (значення і знак рівня реактивної потуж­ності, яку необхідно підтримувати в мережі);

3) уставки ширини зони нечутливості по параметрі регулювання (рівню реак­тивної потужності);

4) уставки рівня лінійної напруги в мережі, при перевищенні якого РКМ бло­кує подальше підключення секцій КБ.

3.2.10.1 Уставка значення вхідного контрольованого струму задається в ме­жах (0,05...0,7) від Іном із кроком 0,05, де Іном=5А - номінальне значення контрольованого струму вторинного ланцюга вимірювального трансформа­тора. Уставка визначає граничне значення струму, перевищення якого пере­водить регулятор у режим максимально можливої компенсації реактивної потужності. При цьому значення уставки параметра регулювання автоматич­но встановлюється рівним нулю.

При контрольованому струмі, меншому значення уставки струму, значення уставки параметра регулювання визначає режим часткової компенсації реак­тивної чи потужності її підтримки з урахуванням знака на заданому рівні в межах (0,005...0,3) від 8ном із кроком 0,005, де 8ном- номінальне значення повної контрольованої потужності.

3.2.10.2 Уставка значення по параметрі регулювання вибирається в залеж­ності від значення уставки контрольованого струму (див. п.3.2.10.1).

3.2.10.3 Уставка значення ширини зони нечутливості по параметрі регулю­вання здійснюється в межах

(0,005...0,32) від 8ном із кроком 0,005.

3.2.10.4 Уставка за рівнем напруги регулювання здійснюється в межах від 400 до 440В с кроком 10В.

3.2.11 Витримка часу на включення (відключення) секцій конденсаторних батарей не залежить від уставки ширини зони нечутливості і поточного рів­ня реактивної потужності. Значення витримки часу може задаватися в межах

від Із до 60з (визначається в специфікації замовлення на постачання). За за­мовчуванням, витримка часу встановлена рівної 8с.

3.2.12 Витримка часу на включення секцій КБ після їхнього відключення задається в межах від 20 до бОсек із кроком 5сек.

3.2.13 РКМ забезпечує керування включенням (відключенням) 12 секціями конденсаторних батарей установки. Конкретне значення числа каналів керу­вання задається в межах від 3 до 12 із кроком 1.

3.2.14 Співвідношення потужностей секцій КБ в установці для правильного функціонування РКМ повинне відповідати одному з кодів (1:1:1..., 1:1:2:2...,1:2:4:4... і т.п.). Вибір відповідного номера коду здійснюєть­ся з табл. і задається в межах від 0 до 7 із кроком 1.

3.2.15 РКМ має індикацію на світлових діодах (СД) наявності команд на включення секцій конденсаторних батарей.

3.2.16 Виходи РКМ забезпечують комутацію ланцюгів змінного струму час­тоти 50Гц напругою 220В з струмом включення до 6А.

3.2.17 РКМ має два канали зовнішнього керування сигналами змінного стру­му частоти 50Гц напругою 220В. Конкретне застосування цих входів (диста­нційне керування, організація взаємодії двох чи більш РКМ) визначає спожи­вач у специфікації замовлення. За замовчуванням вони не використовуються. 3.3 Загальні технічні характеристики.

3.3.1 Час установлення робочого режиму не більш 5сек.

3.3.2 Режим роботи РКМ -безупинний.

3.3.3 Робочі умови застосування РКМ відповідають групі виконання В2 за ДСТ 12997-84

3.3.4 РКМ стійкий до впливу синусоїдальної вібрації амплітудою 0,1 мм у діапазоні частот від 5 до 25 Гц.

3.3.5 Граничні умови транспортування упакованого РКМ у частині впливу кліматичних факторів навколишнього середовища:

3.3.9 Середній наробіток на відмовлення не менш ІООООч.

Критерієм відмовлення РКМ є невідповідність параметрів по пп.3.2.9 -3.2.15.

3.3.10 Середній термін служби не менш 8 років.

3.3.11 Середній час відновлення працездатності не більш 2г.

3.3.12 Критерієм граничного стану РКМ є непереборна невідповідність па­раметрів по пп.3.2.9 - 3.2.15.

5 ПРИСТРІЙ І ПРИНЦИП РОБОТИ 5.1 Опис структурної схеми РКМ.

Опис призначений для служб, що мають дозвіл на проведення технічного об­слуговування і ремонту РКМ.

5.1.1 Структурна схема РКМ приведена на мал.1. Контрольований струм (струм навантаження в одній з фаз мережі) подається на датчик струму і далі на вхід ізолюючого підсилювача, де здійснюється гальванічна ізоляція вхі­дного сигналу і його попереднє посилення. Лінійна напруга між двома інши­ми чи фазами напруга з виходу вторинного вимірювального трансформато-

ра (100В) подається на датчик напруги, а з його виходу - на вхід ізолюючого підсилювача, де здійснюється обробка сигналу, аналогічна каналу струму. Аналогові сигнали струму і напруги після додаткового посилення і зсуву рів­ня надходять на відповідні входи мікроконтролера, де вони перетворяться в цифрову форму для виконання подальшої цифрової обробки. Мікроконтролер зібран на основі процесора ТШ0С196КС фірм ЮТЕЬ. Для керування режимами функціонування РКМ ("РУЧНИЙ" чи "АВТОМАТ"), вибору параметрів індикації і введення значень уставок слу­жить трикнопкова клавіатура, розміщена у відповідних функціональних по­лях лицьової панелі.

Цифровий знакосинтезующий рідкокристалічний індикатор (РКЇ) з підсвічу­ванням призначений для відображення в зручній формі передбачених у РКМ контрольованих параметрів (струм, напруга, активна, реактивна і повна по­тужності), а також введених і значень, що зберігаються в енергонезалежній пам'яті, уставок (уставки по струму, за рівнем реактивної потужності і по ширині зони нечутливості) і коефіцієнта передачі трансформатора струму. Індикатори на СД відображають характер навантаження ("Ь" чи "З"), наяв­ність команд на включення секцій КБ ("КАНАЛ") і наявність несправності ("НЕИСПР").

Регістр керування призначений для запису команд від мікроконтролера на чи включення відключення секцій КБ і керування силовими вихідними канала­ми зі струмом навантаження до 6А при напрузі 220В, що у свою чергу керу­ють комутаційними елементами (пускачами) конденсаторної установки Інформація про наявність команд із регістра надходить на індикатор, що складається з лінійки светодиодов, функціонально об'єднаної загальною на­звою "КАНАЛ"

Джерело живлення забезпечує РКМ необхідними рівнями стабілізованих напруг.

5.2 Опис принципових схем модулів РКМ

Комплект схем поставляється службам і підприємствам, що займаються тех­нічним обслуговуванням і ремонтом РКМ.

5.2.1 Опис схеми модуля контролера

У схемі контролера застосовані уніфіковані схемотехнічні рішення, що ре­комендуються в технічних посібниках фірми ШТЕЬ для процесорів сімейст­ва МС8-96(Б6).

Селектор адреси в мікроконтролері виконаний на ИМС В10. Пристрій оперативної пам'яті обсягом 32Кбайт виконано на КМОП БІС ф9), пристрій енергонезалежної пам'яті (О8) - на БІС обсягом 32Кбайт. Регістр адреси виконаний на ИМС Т>1.

Формувач сигналів інтерфейсу К8-232С виконаний на ИМС Біб. На ИМС Т>\А реалізований пристрій розширення числа каналів уведення-виведення для обслуговування цифрового індикатора (ОН), клавіатури (81,82,83), регістра керуванняф17,О16), індикаторів стану і режимів РКМ (В13.1,..ДЛ3.4АО)7,...,УО10).

На ИМС Т>\5 реалізована енергонезалежна пам'ять параметрів настроювання, конфігурації і значень уставок. Операційні підсилювачі Т)\£>2 виконують функції узгодження

рівнів вхідних сигналів з необхідними для застосовуваного процесора зна­ченнями.

ИМС ОЗ виконує функції формирователя сигналів, необхідних для реалізації алгоритму керування РКМ.

5.2.2 Опис схеми модуля перетворювача

Модуль перетворювача містить наступні функціональні вузли: -блок датчиків струму і напруги;

-два гальванічно ізольованих формувачі логічні рівні із сигналів зовнішнього керування;

-два ізолюючих підсилювачі вхідних сигналів струму і напруги; -джерело живлення;

-12 каналів силових ключів на оптоізольованих симисторах. Блок датчика струму і напруги (К2Д4,...Д9) - конструктивно закінчений елемент, що містить шунт (датчик струму) і дільник напруги. Формувачі логічних рівнів зовнішніх сигналів керування виконані на елемен­тах 332(333),УБ10,...,УО15Д14,...Д19. Гальванічна ізоляція реалізована на ИМС БА8 і ОА9.

Ізолюючі підсилювачі сигналів струму і напруги реалізовані на ИМС БА6 і ИА7. Вони виконують функцію гальванічної розв'язки вхідних ланцюгів від внутрішніх ланцюгів РКМ і попереднього посилення аналогової інформації з виходів блоку датчиків. Входи ізолюючих підсилювачів захищені від перева­нтаження елементами КЗ(К9), УБ6,УО7(УО8,УВ9), УО4. Джерело Живлення виконане по стандартних схемах лінійних стабілізаторів із застосуванням інтегральних мікросхем серії 7805(78Ь05). Напруга з вто­ринних обмоток трансформатора ТЯ1 надходить на вьіпрямители

. Конденсатори 32,...,321 згладжують пульсації напруги до і після інтегральних стабілізаторів БА1,...Д)А4. 5.3 Опис принципів роботи і керування

5.3.1 В регуляторі передбачена можливість керування кількістю секцій кон­денсаторних батарей від 3 до 12 з урахуванням коду співвідношення їхніх потужностей п.3.2.12.

5.3.2 Після відключення конденсаторної установки в результаті спрацьову­вання чи захисту у випадку формування команди на включення секції після її відключення, РКМ автоматично забезпечує необхідне для розряду конден­саторів час затримки на чергове включення (не менш 20сек.).

5.3.3 Органи керування, цифрова і світлова індикація розміщені на передній панелі РКМ, об'єднані у функціональні групи і призначені:

- цифровий індикатор для відображення числових значень обраних операто­ром параметрів і уставок (за замовчуванням відображається параметр -соз});

- індикатор "КАНАЛ" для сигналізації наявності команд на включення (від­ключення) відповідних секцій конденсаторних батарей;

-індикатор "НАВАНТАЖЕННЯ" ("Ь" чи "З") - подає додаткову інформацію про характер навантаження в даний момент (тип реактивності); -індикатор "НЕИСПР" для індикації стану непрацездатності РКМ (безупинне чи світіння миготіння з періодом 0.5с) і для індикації проходження команд від керуючих кнопок;

-кнопка в полі "РЕЖИМ" для завдання одного з режимів функціонування РКМ ("АВТОМАТ" чи "РУЧНИЙ");

-кнопка "ВИБІР" поля "КЕРУВАННЯ" (у режимі "АВТОМАТ") - для виве­дення на індикацію конкретного параметра, перегляду значень уставок і ін­дикації подрежима функціонування РКМ: "НАСТРОЮВАННЯ" чи "РОБОТА";

-кнопка "УВЕДЕННЯ" поля "КЕРУВАННЯ" (у режимі "АВТОМАТ")- для вибору числових значень уставок регулювання, параметрів настроювання і зміни подрежима РКМ. Уведення конкретних значень уставок в енергонеза-лежну пам'ять РКМ здійснюється автоматично після натискання кнопки "ВИБІР", тобто при переході зі стану індикації поточного параметра на інди­кацію одного з наступних чи параметрів уставок;

-кнопка ">" поля "КЕРУВАННЯ" (у режимі "РУЧНИЙ")- для послідовного включення секцій КБ;

-кнопка "<" поля "КЕРУВАННЯ" (у режимі "РУЧНИЙ")- для послідовного відключення секцій КБ;

Взаємодія модулів, що входять у РКМ, визначається керуючою програмою мікроконтролера, виконання якої у свою чергу може бути змінено надхо­дженням команд від органів чи керування по зовнішньому інтерфейсі від АСУ КРМ.