Способ трехступенчатого регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой
METHOD FOR THREE-STAGE ADJUSTMENT OF REACTIVE POWER BY A CONDENSING UNIT

Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике, в частности, к электроэнергетическим системам и может быть использовано для трехступенчатого регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой.
Известен способ трехступенчатого регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой, в состав которой входит сетевой выключатель и три батареи конденсаторов, каждая из которых оснащена трехфазным тиристорным пускателем и разрядным устройством (Кабышев А.В. Компенсация реактивной мощности в электроустановках промышленных предприятий: учебное пособие. / А.В. Кабышев; Томский политехнический университет.- Томск: Изд - во ТПУ, 2012, - с. 185, рис. 5.1.), при этом каждый тиристорный пускатель содержит три тиристорных ключа с двухсторонней проводимостью тока (Климаш B.C. Способы включения трехфазного электрооборудования и их реализация / B.C. Климаш, В.И. Тараканов // Электротехнические комплексы и системы управления - Воронеж, 2015, №2, с. 27, стр. 6.), заключающейся в том, что число ступеней регулирования реактивной мощности равно количеству батарей конденсаторов в установке и все батареи конденсаторов имеют одинаковые параметры (Солодухо Я.Ю. Состояние и перспективы внедрения в электропривод статических компенсаторов реактивной мощности. Статические компенсаторы реактивной мощности ведущих зарубежных фирм и отечественных предприятий. - М.: Информэлектро. 1982, - с. 29, рис. 29,г.).
Включение и выключение конденсаторной установки производится сетевым выключателем, а включение и выключение батарей конденсаторов (ступеней регулирования) соответствующими трехфазными тиристорными пускателями.
Разрядные устройства представляют собой резисторы, которые постоянно подключены параллельно конденсаторам или подключаются через разрядные ключи только при отключении конденсаторных батарей. В качестве разрядных ключей применяют механические контакты электрического аппарата или бесконтактные ключи электронного аппарата.
Отмечая повышение энергетической эффективности от применения в системах электроснабжения промышленных предприятий способа прямой компенсации реактивной мощности, следует указать и основной его недостаткам, о котором постоянно говорят производители конденсаторных установок и обслуживающий персонал, работающий на эксплуатации устройств компенсации реактивной мощности с трехступенчатым регулированием.
Недостатком известного способа является большое количество коммутационных аппаратов.
Наиболее близким по физической сущности является способ трехступенчатого регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой, в состав которой входит сетевой выключатель и батареи конденсаторов, каждая из которых оснащена трехфазным тиристорным пускателем и разрядным устройством, при этом число ступеней регулирования реактивной мощности равно количеству батарей конденсаторов и каждый тиристорный пускатель содержит три тиристорных ключа с двухсторонней проводимостью тока (патент РФ на изобретение №2577769, Бюл. №8, 20.03.16), который взят за прототип.
В способе - прототипе включение установки производится общим сетевым выключателем, включение каждой батареи конденсаторов индивидуальным тиристорным пускателем. Выключение батарей конденсаторов производится естественным путем при снятии управляющих импульсов с тиристоров соответствующего пускателя, а выключение конденсаторной установки производится снятием управляющих импульсов со всех тиристорных ключей с последующим отключением обесточенного сетевого выключателя без возникновения дуги на его механических контактах.
Особенностью способа является то, что включение трехфазных батарей конденсаторов выполняется в две операции. Сначала включают две фазы соответствующими тиристорными ключами в момент перехода линейного напряжения этих двух фаз через ноль, а затем включают третью фазу в момент перехода фазного напряжения этой фазы через ноль. При такой последовательности операций способа включение трехфазных батарей конденсаторов производит практически за полпериода сетевого напряжения без всплеска токов и без превышения напряжений на конденсаторах их установившихся значений. Прототип обладает улучшенной динамикой дискретного регулирования в установках с прямой компенсацией реактивной мощности. Вместе с тем, следует отметить и его недостаток.
К недостатку прототипа следует отнести большое количество коммутационной аппаратуры.
Задачей изобретения является уменьшение количества коммутационных аппаратов при трехступенчатом регулировании реактивной мощности конденсаторной установкой за счет введения новых операций способа и последовательности между существующими и вновь введенными операциями.
В результате решения поставленной задачи будет уменьшено количество тиристорных пускателей в 1,5 раза (два вместо трех), а тиристоров в 2, 25 раза (восемь против восемнадцати) и, как следствие повышена надежность системы электроснабжения, снижены капитальные затраты на установку и эксплуатационные затраты на ее обслуживание. Следует отметить, что в 1,5 раза уменьшится также количество блоков разряда конденсаторов вместе с коммутационными аппаратами для подключения разрядных резисторов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что емкость второй батареи конденсаторов в два раза больше, чем у первой, при этом включение второй ступени регулирования реактивной мощности производится при завершении отключения первой батареи конденсаторов, а включение третьей ступени производится подключением первой батареи конденсаторов параллельно ко второй батареи конденсаторов.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется ниже следующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами, где на фиг. 1 приведена схема конденсаторной установки, а на фиг. 2 и фиг. 3, осциллограммы напряжений и токов, иллюстрирующие имитационную реализацию в среде Matlab операций способа трехступенчатого регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой.
Схема (фиг. 1), реализующая предлагаемый способ, содержит сетевой выключатель 1, активно-индуктивную нагрузку 2, первую батарею конденсаторов 3 с резистивным блоком 4 разряда конденсаторов первой батареи, первый тиристорный пускатель 5 с тиристорными ключами 6 и 7, вторую батарею конденсаторов 8 с резистивным блоком 9 разряда конденсаторов второй батареи, второй тиристорный пускатель 10 с тиристорными ключами 11 и 12, формирователь импульсов управления 13, на управляющий вход которого подано напряжение управления Uy, а шесть его выходов 14, 15, 16, 17, 18, 19, предназначенных для подключения к цепям управления соответствующих тиристорных ключей и к ключам резистивных блоков разряда конденсаторов.
A
BC
A
BC
A
A
B
C
кA
кВ
кС
На осциллограммах (фиг. 2 и фиг. 3) введены следующие обозначения: U* и U* - синхронизирующие сигналы, пропорциональные соответственно фазному U и линейному U напряжениям сети; U - фазное напряжение сети; i, i и i - фазные токи сети; i, i и i - фазные токи батареи конденсаторов; Т-1, Т-2 и Т-3 - интервалы работы первой, второй и третьей ступеней соответственно. Осциллограммы (фиг. 2, фиг. 3) получены при проведении численных экспериментов в среде Matlab.
Суть предлагаемого способа трехступенчатого регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой заключается в последовательности выполнения известных и вновь введенных операций.
Ниже приведены операции способа, описание которых с прилагаемыми чертежами поясняет его принцип действия.
Первая операция способа. Заключается в подготовке к работе силовой части и микроэлектронной систему управления конденсаторной установки. Для этого в произвольный момент времени сетевым выключателем 1 подают напряжение на тиристорные пускатели 5, 10 и формирователь импульсов управления 13 с непосредственным подключением одной фазы батарей конденсаторов 3 и 8, например фазы «В», к сети.
Вторая операция способа. Заключается во включении первый ступени. Выполняется подключением к сети первой батареи конденсаторов 3 посредством первого тиристорного пускателя 5 при выключенной второй батареи конденсаторов 8. Сначала включают один тиристорный ключ, например, для фазы «С» ключ 7, в момент перехода через ноль линейного напряжения между фазами «В» и «С» сети, а затем включают другой тиристорный ключ 6 в момент перехода через ноль фазного напряжения фазы «А». Включение тиристорных ключей 6 и 7 производится подачей импульсов управления соответственно с выходов 14 и 15 формирователя 13 импульсов управления.
Третья операция способа. Заключается во включении второй ступень. Выполняется подключением к сети второй батареи конденсаторов 8 вторым тиристорным пускателем 10 и отключением первой батареи конденсаторов 3 первым тиристорным пускателя 5. Отключение первого тиристорного пускателя 5 производится снятием импульсов управления с его тиристорных ключей 6, 7 и соответственно с выходов 14, 15 формирователя 13 этих импульсов. При подключении к сети второй батареи конденсаторов 8 вторым тиристорным пускателем 10 сначала включают один тиристорный ключ, например, для фазы «С» ключ 11, в момент перехода через ноль линейного напряжения между фазами «В» и «С» сети, а затем включают другой тиристорный ключ 12 в момент перехода через ноль фазного напряжения фазы «А». Включение тиристорных ключей 11 и 12 производится подачей импульсов управления соответственно с выходов 18 и 19 формирователя 13 импульсов управления.
Четвертая операция способа. Заключается во включении третьей ступени. Выполняется подключением к сети первой батареи конденсаторов 3 посредством первого тиристорного пускателя 5 при подключенной к сети второй батареи конденсаторов 8. Эта операция способа выполняется по алгоритму аналогичному во второй его операции.
Выключение трех ступеней регулирования реактивной мощности и в целом конденсаторной установки производится также в четыре операции, но в обратной последовательности.
В формуле и в описании принципа действия способа в соответствии с чертежами рассмотрен вариант, когда тиристорные ключи первого и второго пускателей включены в фазу «А» и в фазу «С» и устройство стартует с момента перехода через ноль линейного напряжения между фазами «В» и «С» сети. Это не единственный вариант возможны и другие. Например, при переключении на выходе сетевого выключателя трех вводов устройства по направлению часовой стрелки или против него и сохранении прямого порядок следования фаз, устройство также успешно будет выполнять известные и вновь введенные операции и последовательность операций способа, стартуя соответственно от момента перехода через ноль двух других линейного напряжения трехфазной сети.
Целесообразной областью применения предлагаемого способа являются системы электроснабжения с протяженными линиями электропередач. Предлагаемый способ, как более совершенный, обладающий повышенной надежностью систем электроснабжения, уменьшенными капитальными затратами на установку и эксплуатационными затратами на ее обслуживание, вследствие сокращения количества коммутационной аппаратуры в конденсаторных установках, может заменить известный способ регулирования в устройствах с прямой компенсацией реактивной мощности.