Новые версии УКРМ для цифровых сетей среднего напряжения.

Анонс: Какими должны стать конденсаторные установки компенсации реактивной мощности для эффективной работы в цифровых сетях. Проблемы эмиссии, трансмиссии гармоник, надежности, долговечности и скорости реагирования установок компенсации реактивной мощности.

Несмотря на de facto затянувшийся старт цифровой трансформации электросетей, морально устаревшую и «скудную» по объему и содержанию нормативно-правовую базу для сетей среднего напряжения, пока формируемую СТО 34.01-3.2.11-012-2017 ПАО «Россети», СТО 56947007-29.180.02.140-2012 ПАО «ФСК ЕЭС», МУ № П4-06.03 М-0151 ПАО «НК «Роснефть», наиболее прогрессивные разработчики технических средств компенсации реактивной мощности подготавливают свою продукцию к эффективной эксплуатации в новом формате силовой сети – цифровом.

Причем здесь речь идет именно об эффективности работы по управляемой очистке силовых сетей от перетоков реактивной мощности на фундаментальной частоте без рисков пере- или недокомпенсации, но:

• в совокупности с максимально возможным превентивным устранением негативов гармоник, в том числе из-за эмиссии источниками и трансмиссии между сегментами сети и сетями разного напряжения, что уже формализовано в ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020.

  Новые стандарты устанавливают индикативные значения планируемых уровней электромагнитной совместимости для напряжений гармоник сетей среднего (СН), высокого (ВН) и сверхвысокого (СВН) напряжения (см. таблицы здесь и в этом материале), а также границы и степени ответственности сетевой организации и Пользователя (Абонента сети) по обеспечению этих норм в точках оценки (РОЕ - point of evaluation), общего присоединения (РСС - point of common coupling) или присоединения (РОС - point of connection);

  Важно!

  Проблема эмиссии гармоник сегодня достаточно эффективно, хотя и дорого решается локализацией источника гармонических возмущений активным фильтром, однако все АФГ демпфируют токи гармоник «ниже по течению» от места подключения, а значит по факту мало пригодны для блокирования трансмиссии гармоник из других сетей, в том числе более высоких уровней напряжения. Пока оптимальным решением проблемы трансмиссии гармонических возмущений остаются пассивные фильтры гармоник нового поколения, формализованные по спецификации, проектированию, требованиям, измерениям, периодичности проверок, оборудованию и т.д. пакетом действующих с 2021 года стандартов ГОСТ Р 59032.1-2020, ГОСТ Р 59032.2-2020 и ГОСТ Р 59032.4-2020.

  В сетях среднего напряжения на балансе сетевой организации такие фильтры целесообразно использовать, как «на входе», так и «выходе» из сети, что позволит блокировать трансмиссию гармоник в сети Абонентов. В свою очередь для промышленных и непромышленных объектов, имеющих на своем балансе сети низкого и среднего напряжения, фильтры будут эффективны при установке на понижающих, распределительных подстанциях, а также в местах соединений сегментов сети с не локализованными АФГ источниками гармонических возмущений. Вместе с тем, любые проекты блокирования эмиссии и/или трансмиссии гармоник должны разрабатываться исключительно на основе данных полного энергоаудита объекта, включая полный анализ сети по всему пакету частот вплоть до 49-го порядка.

  
  

• с обеспечением надежности и долговечности (по срокам службы и интенсивности отказов) не менее норм ПАО «Россети», установленных в СТО 34.01-3.2.11-012-2017.

  Важно!

  Упрощенно долговечность и надежность, а главное – эффективность любой конденсаторной установки компенсации реактивной мощности зависит от этих же показателей элементной базы, где определяющими являются конденсаторы батарей. Для энергетиков объектов, профессиональных электриков и специалистов по разработке УКРМ давно не является откровением факт, что заявленная производителем долговечность конденсаторов не более, чем декларативная информация, поскольку получена моделированием срока службы и интенсивности отказов при «референтных» значениях напряжения (не более 0.5 Uраб) и температуры (менее 40 градусов Цельсия).

  
  

  В то же время IEC 61709:2011 для определения срока службы tsl и интенсивности отказов λ предлагает использовать формулы tsl = tsl,ref * 1/πV * 1/πT и λ = λref • πV • πT, где πV и πT соответственно коэффициенты напряжения и температуры из таблиц стандарта, из которых видно, что уже при температуре вокруг оболочки конденсатора 80 градусов (что типично для компактных шкафов УКРМ без принудительного охлаждения) πT равен 9, а при реальном рабочем напряжении πV = 6, т.е. реальный срок службы меньше заявленного в 6х9=54 раза, а реальная интенсивность отказов – соответственно в 54 раза больше.

  
  
  Рис. Таблицы коэффициентов напряжения и температуры IEC 61709:2011.
  
  

  Причем тенденция снижения срока службы при повышении температуры и/или рабочего напряжения на обмотках одинакова практически для всех видов конденсаторов, типов диэлектрика, и металлизированные с бумажным, полимерным диэлектриком демонстрируют далеко не лучшие результаты.

  
  
  Рис. Графическая зависимость коэффициентов πV и πT от температуры и отношения напряжения (рабочего к номинальному).
  
  
• с обеспечением времени отклика на управляющий сигнал не более 20 мс (по стандартам ПАО «Россети»), что априори означает использование для коммутации ступеней полупроводниковых тиристорных вентилей, регламентированных в новом действующем стандарте ГОСТ Р 59029.2-2020.

  В этой связи оптимальными версиями новых УКРМ для цифровых сетей будут установки с тиристорной коммутацией конденсаторных батарей-ступеней, поставляемые в виде одного комплектного устройства с управляемым тиристорным реактором, исключающим риски пере или недокомпенсации, а также обеспечивающие в шкафах с элементной базой жестко контролируемый уровень температуры посредством принудительного охлаждения, управляемого общим программно-логическим контроллером. Причем оптимальным может быть только проектированием УКРМТ (тиристорных) вместе с устройствами для демпфирования эмиссии, трансмиссии гармоник и исключительно на основе профессионального анализа состояния силовой сети.