Установки УКРМ и фильтры гармоник для стабилизации и надежности сетей инфраструктурных объектов

Анонс: Объекты инфраструктуры в мегаполисах, городах, ПГТ и их электроснабжение. Специфика энергопотребления и нагрузки объектов инфраструктуры. Установки УКРМ и фильтры гармоник для стабилизации и надежности сетей инфраструктурных объектов.

Инфраструктура городов, ПГТ формируется объектами разной собственности, обеспечивающими жизнедеятельность людей, а ее масштаб и охват по направленности услуг зависит от численности населения в городе и эффективности работы муниципальных властей.

В маленьких ПГТ объектами инфраструктуры могут быть несколько магазинов, автозаправка, СТО, школа, садик, поликлиника, станция водо-, теплоснабжения, водоочистки, ТП распределительной сети, система уличного освещения и пр., в мегаполисе – торговые, коммерческие, офисные, центры, спортивные комплексы, образовательные, муниципальные, медицинские учреждения, трамвайные, троллейбусные депо с контактными сетями, метрополитен и т.д., и т.п.

Крупные инфраструктурные объекты городов и мегаполисов, как и промышленный сектор подключены к шинам районных понизительных подстанции напряжением 35-330 кВ по схемам с глубоким вводом или главной понизительной подстанцией с сетью КТП, ТП 6-10/0.4 кВ в своей балансовой принадлежности, т.е. являются абонентами сети среднего напряжения и по факту крайне негативно влияют на качество электроэнергии, как из-за больших объемов потребления реактивной мощности, так и генерации гармонических возмущений сложной нелинейной нагрузкой. Небольшие объекты инфраструктуры городов и ПГТ питаются от низковольтных распределительных сетей и нередко по воздушным ЛЭП, что вызывает дополнительные потери мощности, снижения качества электроэнергии и стабильности электроснабжения.

Важно: Компания «МИРКОН» напоминает менеджментам объектов инфраструктуры мегаполисов, городов, ПГТ, сельских поселений, что:

• с августа 2018 года любой Абонент – Потребитель электроэнергии обязан обеспечить надлежащее техническое состояние и функциональность оборудования, регулирующего реактивную мощность (пункт «в» п.14 раздела II «Правил недискриминационного доступа...», внесенный Постановлением Правительства РФ N 937 от 13.08.2018);
• с декабря 2018 года любой Абонент – Потребитель электроэнергии обязан обеспечить на границе балансовой принадлежности с поставщиком или электросетевой компанией показатели качества электроэнергии и соотношения потребления активной и реактивной мощности, соответствующие обязательным требованиям ТУ на подключение (пункт «е» п.14 раздела II «Правил недискриминационного доступа...», внесенный Постановлением Правительства РФ N 1622 от 21.12.2018);
• с 18 января 2020 года обязательно техническое освидетельствование оборудования сетей напряжения 1 кВ и выше, в том числе статических компенсаторов, конденсаторных установок и конденсаторов (пункт 4 раздела II «Правил проведения технического освидетельствования оборудования, зданий и сооружений объектов электроэнергетики», формализованных Приказом Минэнерго России № 465 от 14.05.2019).

Специфика энергопотребления и нагрузки объектов инфраструктуры.

По снижению объемов потребления реактивной мощности и уровню негативного влияния на качество электроэнергии, стабильность, надежность распределительных сетей инфраструктурные объекты (условно) можно расположить так:

• системы электроснабжения метрополитенов, трамваев, троллейбусов с тяговыми подстанциями, контактными сетями и электроприемниками первой категории, питаемые от 2-х независимых источников напряжением 6 (10) (20) кВ.
  Здесь преобладает несинусоидальная нелинейная и мощная нагрузка с частотно-регулируемыми электроприводами постоянного тока от ШИМ преобразователей, причем если в метрополитенах чаще всего используются 12-импульсные инверторы, генерирующие в сеть интенсивные возмущения по 13-й, 23-й, 25-й гармоникам, то в троллейбусных и трамвайных сетях – 6-тиимпульсные, отличающиеся интенсивностью 5-й, 7-й, 11-й, 13-й, 17-1, 19-й, 23-й, 25-й гармоник.
  
  Таблица. Спектр гармонических искажений по току и напряжению для 2-х, 3-х, 6-ти и 12-ти импульсных ШИМ преобразователей.
  
  
  

  Системы тягового электроснабжения (СТЭ) передвижного электротранспорта нестабильны из-за работы приводов в неустановившемся режиме, больших потерь в контактных сетях, рассеивания энергии при торможении, бросков тока во время разгона, случайного характера нагрузки по току, напряжению, мощности в результате практически не прогнозируемого поведения состава, особенно для трамваев и троллейбусов с критической зависимостью работы в режимах разгона, торможения от городского движения и погодных условий.

  
  
  Рис. СТЭ с двухпроводной тяговой сетью (слева) и двойного напряжения с инверторными преобразовательными пунктами (справа).
  
  Падение сетевого напряжения в СТЭ вызываются, как потерями электроэнергии, в том числе из-за перетоков реактивной мощности, так и протеканием по линиям токов гармоник разных порядков с большой амплитудой, что даже на уровне границ допустимых норм провалов может привести к потере управляемости вплоть до опрокидывания тяговой сети. Дополнительную нагрузку по реактивной мощности и свой вклад в снижение параметров качества электроэнергии вносят эскалаторы, лифты метрополитенов, вентиляционные и насосные установки, рабочие, аварийные сети освещения депо и контактных сетей, связи, системы водоснабжения, отопления депо трамваев, троллейбусов, метро и т.д.;
• станции водоподготовки, водоснабжения, в том числе горячего и в балансовой принадлежности тепловых сетей, водоотведения, водоочистки.
  Основная нагрузка таких объектов по реактивной энергии – силовые трансформаторы, электроприводы переменного или постоянного тока с импульсными преобразователями, которые совместно с системами освещения, в том числе энергосберегающего негативно влияют на качество электроэнергии в сети (более детально о специфике режима работы и характера нагрузки на примере систем водоочистки в этом материале);
• крупные торговые, торгово-развлекательные, спортивные, офисные центры, складские терминалы и т.д., где задействованы грузоподъемная техника, холодильное оборудование, эскалаторы, конвейеры, лифты, системы вентиляции/кондиционирования схем чиллер-фанкойлы, рабочего, дежурного, аварийного освещения, пожаротушения, автоматического открывания дверей, водоснабжения, водоотведения, водоочистки и пр.
  Основная доля электроприводов на таких инфраструктурных объектах – постоянного тока на импульсных преобразователях, ответственных за дисбаланс мощности и генерацию гармоник в сеть, дополнительное негативное влияние на параметры качества электроэнергии оказывается силовыми трансформаторами (через повышенное потребление реактивной мощности при малой загрузке), системами освещения на люминесцентных лампах с электронным балластом и/или светодиодных светильниках, генерирующих в сеть широкий спектр гармоник, а также ИБП и электроникой центров обработки информации, для которых характерен нетипичный спектр искажений четными гармониками и интергармониками;
• системы уличного освещения, активно модернизируемые с заменой источников света на энергосберегающие светодиодные, хотя именно такие светильники лидируют по интенсивности генерации в сеть гармонических возмущений;
• гостиницы, автозаправки, СТО, школы, больницы, рынки и т.д., где в разных объемах (в зависимости от нагрузки), как потребляется реактивная энергия, так и генерируются в сеть гармонические искажения различного спектра.

Установки УКРМ и фильтры гармоник для стабилизации и надежности сетей инфраструктурных объектов.

Учитывая разный масштаб, различную направленность, техническую оснащенность объектов инфраструктуры, а также многочисленность факторов, влияющих на потребление реактивной энергии и уровень качества электроэнергии в силовых сетях, безусловными являются факты:

• унифицированного решения для инфраструктурных объектов по компенсации реактивной мощности, локализации источников гармоник, повышению энергосбережения, качества электроэнергии и стабильности, надежности сети нет и быть не может;
• каждый инфраструктурный объект индивидуален по объемам, режиму работы, характеру нагрузки, а потому любое мероприятие по повышению энергосбережения, энергетической эффективности, качества электроэнергии может и должно быть таким же индивидуальным. Причем все решения правильно разрабатывать, согласовывать и реализовать исключительно на базе высококвалифицированного анализа профессионального энергетического аудита с мониторингом потребления реактивной энергии и максимально полного пакета параметров качества (см. более детально о пакетах параметров качества электроэнергии здесь).

В зависимости от скрупулезного и тщательного анализа данных энергоаудита инфраструктурного объекта для решений проблем перетоков реактивной энергии и гармонических возмущений в сети могут быть использованы:

• традиционные релейные (УКРМ) или быстродействующие тиристорные (УКРМТ) установки повышения коэффициента мощности, а при наличии в сети гармоник с большими амплитудами – фильтровые УКРМФ или УКРМТФ для защиты конденсаторов в ступенях от перегрузки по току;
• активные фильтры гармоник, которые в техническом и финансовом аспектах оптимально размещать максимально близко к источнику гармонических возмущений – это позволит локализовать источник и снизить мощность фильтра, напрямую влияющую на его цену;
• гибридные УКРМ, УКРМТ, УКРМФ, УКРМТФ – более дешевые, чем их полностью автоматические аналоги и имеющие одну нерегулируемую ступень для срезания фона потребности в реактивной энергии;
• гибридные фильтры гармоник – менее дорогие, чем «полностью» активные за счет применения пассивного колебательного контура для шунтирования наиболее интенсивных гармоник низкого порядка, что позволяет снизить мощность активной части и, соответственно, цену устройства.

Возврат к списку