Transcript
СТАТИЧЕСКИЕ ТИРИСТОРНЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (опыт разработки и внедрения) Кузьменко в.а., канд. техн. наук Таратута И.П., канд. техн. наук Чуприков B.C., канд. техн. наук, АО Ансальдо-ВЭИ Статические тиристорные компенсаторы реактив ной мощности (СТК) широко используются для решения различных проблем передачи и распределе ния электрической энергии, связанных с большими и быстрыми колебаниями реактивной мощности. Установка СТК на электрической подстанции промышленного предприятия, содержащего мощ ные резкопеременные нагрузки типа дуговых ста леплавильных печей (ДСП), приводов прокатных. станов и т.п., обеспечивает снижение колебаний на пряжения, фильтрацию высших гармоник и стабили зацию напряжения на шинах нагрузки, что повышает производительность оборудования и снижает вред ное влияние подобных нагрузок на работу бытовых потребителей электроэнергии: освещения, радио- и телеаппаратуры, электронно-вычислительной техни ки и других. Компенсация среднего значения реак тивной мощности нагрузки уменьшает потери на пе редачу электроэнергии от центров ее генерирования к потребителям. Применение СТК в энергосистемах позволяет по высить устойчивость и пропускную способность ли ний электропередач, стабилизировать напряжение на шинах подстанции, снизить уровень внутренних пере напряжений, а также уменьшить потери электроэнер гии в ЛЭП. Таким образом, по аналогии с охраной окружаю щей среды, СТК являются своего рода «очистными системами» для энергетической среды, восстанавли вая качество электроэнергии, испорченное потреби телями, и снижая активные потери. Бурный рост при менения СТК в мире объясняется, в первую очередь, его высокой эффективностью сроки окупаемости составляют 1-2 года. Основная схемная конфигурация СТК, приведен ная на рис. 1, включает в себя конденсаторные бата реи, настроенные как фильтры высших гармоник фильтрокомпенсирующие цепи (ФКЦ), постоянно подключенные к шинам или коммутируемые выключа телями и являющиеся источниками реактивной мощ ности, и включенные параллельно им в треугольник три фазы управляемых тиристорами реакторов тиристорно-реакторная группа (ТРГ), являющаяся плавнорегулируемым потребителем реактивной мощно сти. Угол зажигания тиристоров может быстро изме няться таким образом, чтобы ток в реакторе отслежи вал реактивный ток нагрузки или реактивную мощ ность в энергосистеме. Номинальная мощность ФКЦ и ТРГ выбирается для каждого конкретного объекта в зависимости от назначения СТК, параметров схемы электроснабжения, вида компенсируемой нагрузки и требований по качеству электроэнергии или регули рующим функциям. Для каждого отдельного случая производится расчет требуемой мощности ТРГ и ФКЦ и определяется их состав. О С КБ ±? С7 НАГРУЗКА К сетевым трансформаторам РФ УПРАВЛЕНИЯ h = ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩИЕ ЦЕПИ ШКАФ ВЕНТИЛЕЙ Рис. 1.Типовая схема СТК для дуговых сталеплавильных печей Шины 35 кв г-о Внедрение мощных высоковольтных СТК в СССР началось в начале 80-х годов, при этом головной орга низацией Минэлектротехпрома по СТК был опреде лен ВЭИ им. В.И. Ленина, имевший к тому времени большой опыт по созданию высоковольтных тиристорных вентилей для передач и вставок постоянного тока. За короткий срок в ВЭИ был выполнен комплекс работ по выбору схемы и параметров СТК для двух строящихся передельных металлургических заводов Молдавского (г. Рыбница) и Дальневосточного ТРГ 34 ОБОРУДОВАНИЕ (г. Комсомольск-на-Амуре), на основании которого были выданы технические требования на все виды оборудования [1]. Помимо общего руководства раз работкой и участия в рабочем проектировании СТК, ВЭИ осуществил также разработку тиристорных вен тилей со световой системой управления и водяным охлаждением и цифровой системы управления, регу лирования, защиты и автоматики (СУРЗА СТК) [2-4]. Результатом этой работы был ввод в эксплуата цию в 1985 г. на Молдавском металлургическом за воде (ММЗ) и в 1986 г. на Дальневосточном метал лургическом заводе двух первых отечественных статических тиристорных компенсаторов на напря жение 35 кв мощностью 160 Мвар. Надо отметить, что установка СТК была необходимым условием ввода этих металлургических заводов в работу изза низкого значения мощности короткого замыкания в точке их подключения к питающей энергосистеме. Установленные СТК обеспечили быстродействующую пофазную компенсацию реак тивной мощности электропечной нагрузки и, за счет этого, стабилизацию среднего значения на пряжения и снижение его колебаний (фликера). Кроме этого, СТК оказали положительное влияние на производительность печей в соответствии с экспериментальными данными, полученными на ММЗ, СТК обеспечили увеличение вводимой в печь мощности и, соответственно, сокращение времени плавки на 20 % [5]. Параллельно в ВЭИ проводились работы по ком пенсаторам для линий электропередач. В гг. был разработан технический проект СТК для линий электропередачи СВН 1150 кв «Экибастуз- Урал». Схема этого СТК приведена на рис. 2. Она со держит трехобмоточный понижающий трансформа тор мощностью 1200 МВА с напряжением вторичных обмоток 110 кв и два одинаковых блока, включенных по 12-пульсной схеме и состоящих из ТРГ мощностью 550 Мвар и двух ФКЦ 5-й и 7-й гармоник суммарной мощностью 157 Мвар. квл 1150кВ 1200 MBA 110 кв 110 кв 157 Мвар 550 Мвар А 550 Мвар 157 Мвар Рис. 2. Схема СТК-1100/354для линий электропередачи 1150 кв Уникальность этого СТК, помимо его большой мощности, состояла в том, что трансформатор был спроектирован на напряжение 1150 кв с уровнем вы держиваемых внутренних перенапряжений 1,6, что позволяло подключать его непосредственно к линии электропередачи. За счет этого, помимо традицион ных для подобных компенсаторов функций стабили зации напряжения и повышения статической и дина мической устойчивости передачи, данный СТК дол жен был также обеспечить ограничение внутренних коммутационных перенапряжений, то есть выполнять функции шунтирующего реактора [6, 7], и гашение дуги в паузу ОАПВ. В гг. ВЭИ совместно с УО «Энергосетьпроект» разработал технический и рабочий проекты СТК мощностью 190 Мвар на напряжение 38,5 кв, предна значенного для установки в сетях 500 кв РЭУ «Тюменьэнерго». Первоначально местом установки этого компенсатора была подстанция «Кустовая», а затем подстанция «Красноленинская». К сожалению, несмотря на то, что была разработа на вся техническая документация на оборудование этих компенсаторов для электроэнергетики и была проведена необходимая подготовка его производст ва, экономические трудности, испытываемые в это время нашей страной, не позволили внедрить эти прогрессивные разработки. За эти годы в ВЭИ был накоплен огромный опыт в области разработки, изготовления и испытаний СТК. В частности, были разработаны программы по расче ту параметров и режимов работы компенсаторов и от дельных видов оборудования [8], физические и мате матические модели СТК и объектов регулирования. Ряд сотрудников ВЭИ являлись членами рабочих групп Международной электротехнической комиссии и СИГРЭ, занимающихся вопросами статических ком пенсаторов и высоковольтных тиристорных вентилей. В списке литературы к данной статье приведены ос новные публикации, касающиеся различных вопросов разработки и применения статических компенсаторов в промышленности и электроэнергетике. В постсоветский период работы по совершенст вованию нестандартного оборудования, определя ющего технический уровень и эффективность рабо ты СТК тиристорных вентилей и систем управле ния, были продолжены в АО Ансальдо-ВЭИ. Что ка сается стандартного оборудования конденсато ров и реакторов, то отечественные предприятия вы пускают вполне современные изделия. В частности, ОАО «Серпуховской завод «КВАР» освоило произ водство специальных высоковольтных конденсато ров для фильтров высших гармоник мощностью 200 и 300 Квар на напряжение 6,6 кв со встроенными плавкими предохранителями и разрядными рези сторами, заполненных негорючей экологически без опасной жидкостью. ОАО «Электрозавод» и ОАО «Уралэлектротяжмаш» выпускают сухие реакторы с воздушным сердечником для ФКЦ и ТРГ на напря жение до 35 кв. 35 ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ ВЕНТИЛИ При организации производства высоковольтных тиристорных вентилей (ВТВ) в АО Ансальдо-ВЭИ была поставлена задача существенно упростить и унифици ровать конструкцию ВТВ для реализации преобразо вателей различного назначения, в том числе СТК, с широким диапазоном токов и напряжений и обеспече ния полного производственного цикла на существую щей технической базе. В результате было разработано новое поколение ВТВ, сохранившее все апробирован ные ранее технические решения (световое управление и контроль тиристоров, следящий принцип формиро вания импульсов зажигания тиристоров, модульная конструкция и жидкостное охлаждение тепловыделяю щих элементов), но использующее последние дости жения в элементной базе и конструкционных материа лах [9]. Это позволило резко сократить число отдель ных элементов и сборочных узлов, что привело к суще ственному снижению массогабаритных показателей по сравнению с вентилями предыдущего поколения. Основой ВТВ нового поколения является унифици рованный тиристорный модуль, представляющий со бой законченный элемент тиристорного вентиля. Фо тографии лицевой и задней стороны модуля предста влены на рис. 3. Рис. 3. Унифицированный тиристорный модуль С левой стороны модуля расположен блок конденса торов, рядомс ним блок резисторов. Демпфирующая цепочка каждого тиристора состоит из одного конден сатора и трех последовательно соединенных резисто ров. Конденсатор типа Э54 производства НПП «ЭЛКО» (1 мкф, 3 кв) с частичным использованием элегаза новый высокотехнологичный отечественный продукт с массогабаритными характеристиками, не уступающи ми лучшим мировым образцам. Резисторы ARCOI-ÿÿÿÿ RS150 монтируются на жидкостных охладителях. Тири сторы типа Т (1250 А, 4200 В) производства ОАО «Электровыпрямитель» устанавливаются между жидкостными охладителями и зажимаются специаль ным прижимным устройством с усилием 5 т. Справа от блока тиристоров находится блок управления, содер жащий индивидуальные ячейки управления (ЯУ). Элект рический монтаж тиристорного модуля выполняется на его задней стороне, там же располагаются и элементы системы жидкостного охлаждения, что обеспечивает возможность быстрой и легкой замены тиристора или ячейки управления с лицевой стороны вентиля. Новая ячейка управления, разработанная для уни фицированного модуля, также является универсаль ной допускает работу с обеспечением питания соб ственных нужд как с потенциала земли по кабельному каналу от специального импульсного блока питания (для преобразователей частоты), так и отбором мощ ности от RC-ÿÿÿÿÿÿÿ управляемого тиристора (для СТК). Новый ЯУ со световодами контроля и управле ния показан на рис. 4. Рис. 4. Ячейка управления тиристора В качестве оптических приемников, передатчиков и световодов используются стандартные высокона дежные и технологичные комплектующие элементы производства Hewlett Packard. ЯУ одновременно вы полняет функции защиты тиристора от перенапряже ний для этой цели используются специальные ла винные диоды (BOD), принудительно включающие ти ристор при превышении заданного порогового значе ния напряжения, приложенного к нему. При этом уда лось существенно снизить энергопотребление, коли чество компонентов и контактных соединений новой ЯУ по сравнению со старыми блоками управления ти ристоров, а по массогабаритным показателям эта ЯУ на порядок лучше. На базе рассмотренного модуля был изготовлен опытный образец тиристорного вентиля для СТК принципиально новой конструкции, который предста влен на рис. 5. Модульный принцип построения вен тиля позволил использовать его как на напряжение 35 кв (фаза), так и на 10 кв (3 фазы) при сохранении сум марной мощности 60 МВА. Новый тиристорный вен тиль в целом имеет существенно лучшие показатели надежности и более прост в эксплуатации по сравне нию со старыми. Также была спроектирована и изготовлена систе ма охлаждения тиристорного вентиля деионизированной водой с использованием высокоэффективных насосов и малогабаритного теплообменника типа «вода-вода». Фото такой системы на мощность отво димых потерь 180 квт показано на рис. 6. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СТК Новая система управления СТК СУРЗА, разра ботанная в АО Ансальдо-ВЭИ, реализована на базе 36 ОБОРУДОВАНИЕ Рис. 5. Тиристорный вентиль для СТК Рис. 7. СУРЗА СТК Рис. 6. Система водяного охлаждения специализированного контроллера, содержащего сиг нальный процессор ADSP-2181 (командный цикл 25 не), программируемую логическую матрицу XCS30-PQ240, FLASH-ÿÿÿÿÿÿ AM29F040 (512 Кбайт), два последова тельных канала передачи данных RS-232, быстро действующий канал 1 Мбод, жидкокристаллический графический дисплей и клавиатуру, встроенный цифровой осциллограф на 1 Мбайт событий. Конст руктивно СУРЗА размещается в стандартном шкафу с габаритами 550x600x1600 мм (рис.7). СУРЗА содержит три контура регулирования для ДСП, специальный контур поддержания рабочей точ ки ТРГ, контур автоматического включения и отключе ния ФКЦ, ряд электронных защит, включая сверхтоко вую защиту ТРГ и защиту от несимметрии тока ТРГ, помехоустойчивую быстродействующую схему син хронизации с напряжением сети, оптоэлектронную развязку входных и выходных сигналов. Система содержит большой объем сервисного программного обеспечения, организованного в виде иерархического меню, которое выводится на дисп лей. Главные ветви меню включают: автоматический вывод событий, приводящих к изменению режима системы (срабатывание защит, действия оператора и т.п.); просмотр параметров объекта и системы управ ления; изменение параметров системы управления; анализатор спектра сигналов; аварийный осциллограф. По требованию заказчика система управления вы полняется в дублированном варианте с автоматиче ским вводом резервного комплекта. Каждый комплект включает в себя: микропроцессорную систему диаг ностики отказов, взаимный контроль дублированных комплектов, переходные платы для подключения ими татора объекта. В 2000 г. такая дублированная система управления была введена в эксплуатацию на СТК-35 кв ММЗ вме сто старой разработки 1983 г. В течение трех лет она работает в полностью автоматическом режиме. За этот период не было зафиксировано ни одного отклю чения СТК по вине СУРЗА, что свидетельствует о ее высокой надежности. Таким образом, в настоящее времяаоансальдо- ВЭИ имеет такой технический и технологический потенциал, который позволяет в кратчайший срок обеспечить производство СТК практически на лю бые параметры, не уступающих лучшим мировым образцам. 37 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Ольшванг М.В., Таратута И.П., Чуприков B.C. Особенности разработки статического тиристорного компенсатора для передельных металлургических за водов. //Тез. докл. науч.-техн. конф. «Повышение ка чества электрической энергии в промышленных элек трических системах». М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзер жинского, Кузьменко В.А., Ступень А.И. Оценка быстродей ствия компенсаторов реактивной мощности. // Сб. докл. «Новая техника в электроснабжении промыш ленных предприятий». М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзер жинского, Кузьменко В.А., Ступень А.И., Кубарева И.С., Агафонов В.П. Микропроцессорный комплекс регули рования статическим тиристорным компенсатором для систем с резкопеременной нагрузкой. //Тез. докл. науч.-техн. конф. «Создание комплексов электротех нического оборудования высоковольтной преобразо вательной и сильноточной техники». М.: ВДНХ СССР, ноября Кузьменко В.А., Кубарева И.С., Ройзен М.Л. Ми кропроцессорная система управления статическим компенсатором. // Автоматическое управление энер гетическими системами. Сб. науч. тр. М.: Информэлектро, Чуприков B.C. Расчет влияния тиристорного компенсатора реактивной мощности на длительность плавки ДСП. // Сб. науч. тр. ВНИПИ Тяжпромэлектропроект «Новые разработки в области проектирования электроснабжения и электрооборудования электро термических установок». М.: Энергоатомиздат, Чуприков B.C. Применение статических тиристорных компенсаторов для ограничения коммутаци онных перенапряжений на линиях переменного тока.// Тез. докл. Всес. науч.-техн. конф. «Создание комплек сов электротехнического оборудования высоковольт ной, преобразовательной, сильноточной и полупро водниковой техники», 4.1. М.: Информэлектро, Чуприков B.C. Управление статическим тири сторным компенсатором для линий электропередачи. Электричество, 1990, Чуприков B.C. Комплекс программ для расчета параметров статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности. // Сб. науч. тр. «ГУП ВЭИ им. В.И. Ленина» (ГНЦ) «Системы управления и силовая электроника». М.: ВЭИ, Таратута И.П., Чуприков B.C. Новые конструк тивные решения высоковольтных тиристорных венти лей. // Сб. докл. VII симп. «Электротехника 2010 год», том I. Московская обл., мая М.: ВЭИ- ТРАВЭК, ППАТЛЫ ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ IU1М1МП ОТ ВЕДУЩИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ООО ЗИП 2002 ДИОДЫ* В, ВЛ, Д, ДЛ. ловые тиристоры* Т, ТЛ, ТО, ТС. одули* МТ0Т0, МТТ2. Разъемы* ШР, CU1P, 2PM, 2РТ, 2РТТ, ГРПМ(Ш), СИП, РП, МРН, РШ, РГ, РПМ, PC, СН0, Р, 0НЦ, CP... Измерительные головки * Амперметры, миллиамперметры, микроамперметры, вольтметры переменного и постоянного тока. Шунты * от 5 до Ампер - 75мв. Резисторы * МЛТ, С1-4, С2-23, С2-33. Охладители * 0-111, 0-221, 0-133, 0-151, 0-171, и т.д. Реле * РП-21,колодки для них. другие комплектующие. также принимаем заказы на комплектацию другими отечественными радиодеталями. Полный перечень в прайс-листе. Электронные ключи ibutton Уникальный идентификационный номер Эж pi«немписимаи ламнiь обе iн'чил.и'т сохранность иконфиденциальность информации Удобство использования: информациялегко считывается на ключ ibutton с компьютера или контроллера Возможность выполнения разли дополнительных функций DS1990A DS1992 DS1994 Электронный ключ с уникальным 64-битным регистрационным номером Электронный ключ с энергонезависимой памятью объемом 1 кбит Электронный ключ с энергонезависимой памятью. -»я ' я с часами реального времени и календарем DALLAS SEMICONDUCTOR rnational Re'ctifior, jepcqsf 095) ) Москва, ул. Ивана Франко, д. 40, стр. 2 Почта: , Москва, а/я 100 Тел./факс: (095)
