WWW.DOC.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные документы
 

«УДК 621.300 Коррекция коэффициента мощности в электрических сетях нефтедобывающих предприятий В.П. Довгун*, Д.Э. Егоров, В.В. Новиков, Е.А. ...»

Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 7 (2013 6) 851-860

~~~

УДК 621.300

Коррекция коэффициента мощности

в электрических сетях

нефтедобывающих предприятий

В.П. Довгун*, Д.Э. Егоров,

В.В. Новиков, Е.А. Толстихина

Сибирский федеральный университет,

Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

Received 24.02.2012, received in revised form 03.07.2013, accepted 09.09.2013

В статье рассмотрены вопросы коррекции коэффициента мощности в сетях

нефтедобывающих предприятий с помощью пассивных фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ). Для проектирования ФКУ использован метод, основанный на представлении фильтра в виде реактивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление питающей сети.

Спроектированное устройство выполняет одновременно функции компенсатора реактивной мощности основной гармоники и фильтра высших гармоник. Приведен пример расчета, иллюстрирующий предложенный метод.

Ключевые слова: коррекция коэффициента мощности, нелинейная нагрузка, пассивные фильтры гармоник.

Введение Структурные изменения в промышленности Севера Сибири, связанные с добычей и транспортировкой углеводородов, привели к качественному изменению нагрузок электрических сетей этого региона. Внедрение энергосберегающих технологий приводит к значительному увеличению доли нелинейных нагрузок в сетях нефтяных и газовых месторождений.

Современные буровые установки оборудованы системами регулируемого электропривода, источниками питания которых служат многофазные выпрямители, имеющие большую индуктивность со стороны постоянного напряжения. На стороне питающей сети такой выпрямитель эквивалентен источнику тока с большим внутренним сопротивлением. Фазные токи выпрямителей имеют форму прямоугольных импульсов, повторяющихся с частотой питающей сети.



Особенность многофазных выпрямителей заключается в том, что они являются источниками высших гармоник тока. Относительные значения токов гармоник (по отношению к 1-й) для многофазных выпрямителей приведены в табл. 1 [3]. В таблице 1 n – «пульсность» выпрямителя.

Данные, приведенные в табл. 1, являются усредненными. Согласно результатам измерений, приведенных в [6], значения отдельных гармоник в спектре тока выпрямителя могут быть © Siberian Federal University. All rights reserved * Corresponding author E-mail address: Vdovgun@sfu-kras.ru

– 851 – В.П. Довгун, Д.Э. Егоров… Коррекция коэффициента мощности в электрических сетях нефтедобывающих… Таблица 1. Относительные значения токов гармоник многофазных выпрямителей

–  –  –

значительно выше. Так, относительное значение пятой гармоники может достигать 40 %. Кроме того, несимметрия углов включения тиристоров в многофазных преобразователях приводит к появлению гармоник тока четных порядков.

Мощные нелинейные электроприемники имеют низкий коэффициент мощности, что обусловлено работой асинхронных электродвигателей с мощностью ниже номинальной, а также несинусоидальной формой напряжений и токов. Низкое значение коэффициента мощности вызывает большие потери напряжения и мощности в питающей линии. Несинусоидальные режимы систем электроснабжения приводят к нагреву и дополнительным потерям в трансформаторах и вращающихся электрических машинах, ускоренному старению изоляции, сбоям в работе устройств релейной защиты, электросетевой и технологической автоматики, возникновению аварийных ситуаций.





Традиционным средством компенсации реактивной мощности в электрических сетях являются конденсаторные установки (КУ). Реактивная мощность, отдаваемая конденсатором на частоте основной гармоники, определяется выражением

QC = U2 / XC,

где XC – емкостное сопротивление КУ на частоте первой гармоники.

Искажение формы напряжений и токов отрицательно влияет на работоспособность КУ. Потери энергии в конденсаторах пропорциональны частоте. Поэтому присутствие в сетевом напряжении гармоник высоких порядков может привести к значительному повышению потерь, ускоренному старению изоляции и выходу конденсаторов из строя. Для повышения коэффициента мощности при несинусоидальных режимах целесообразно использовать специальные фильтрокомпенсирующие устройства – пассивные и активные фильтры гармоник.

Пассивный фильтр гармоник (ПФГ) представляет пассивную частотно-селективную цепь, обеспечивающую подавление или ослабление высших гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой. Основными достоинствами пассивных фильтров являются их простота и экономичность. Они дешевы, не требуют регулярного обслуживания, могут выполнять одновременно несколько функций: подавление гармоник, коррекцию коэффициента мощности, уменьшение провалов напряжения при пуске мощных электродвигателей [5]. ПФГ изготавливаются по традиционным, хорошо отработанным технологиям.

Активный фильтр гармоник представляет коммутируемое устройство, выполняющее одновременно несколько функций: подавление высших гармоник, коррекцию коэффициента мощности, снижение фликкера. В качестве коммутируемых элементов в активных фильтрах используются мощные МОП-транзисторы или биполярные транзисторы с изолированным заВ.П. Довгун, Д.Э. Егоров… Коррекция коэффициента мощности в электрических сетях нефтедобывающих… твором (IGBT). Важное достоинство активных фильтров заключается в том, что они являются адаптивными устройствами, характеристики которых изменяются в зависимости от режима работы сети и характеристик нагрузки. Недостатки АФГ заключаются в сложности, высокой стоимости, необходимости квалифицированного обслуживания. Поэтому благодаря своей простоте, экономичности и надежности пассивные фильтры гармоник остаются наиболее распространенным видом фильтрокомпенсирующих устройств.

В статье рассмотрены вопросы коррекции коэффициента мощности в электрических сетях нефтедобывающих предприятий с помощью фильтрокомпенсирующих устройств, состоящих из пассивных фильтров гармоник и шунтирующих реакторов с тиристорным управлением.

Для проектирования ПФГ использован метод, основанный на представлении фильтра в виде реактивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление питающей сети [7]. Такой подход позволяет использовать при проектировании фильтра хорошо разработанные регулярные методы синтеза пассивных цепей. Устройство, спроектированное с помощью предлагаемого метода, выполняет одновременно функции компенсатора реактивной мощности основной гармоники и фильтра высших гармоник.

–  –  –

Из формулы (3) следует, что коэффициент передачи токов H с Hc)(s) имеет нули на частотах формулы (3) следует, что коэффициент передачи токов (s имеет нули на входного сопротивления фильтра Z(s). На частотах (полюсов Z(s) модуль коэффициента частотах нулей входного сопротивления фильтра Z s ). На частотах нулей полюсов Z H )(s) принимает значения, передачи H с (s ) принимает значения, значений H (s) не передачи (sc модуль коэффициента равные 1. Частоты нулей и единичных c равные 1. Частоты нулей и единичных значений H с (s ) не зависят от зависят от сопротивления питающей сети. Передаточная функция Hc(s) имеет максимумы сопротивления питающей сети. Передаточная функция H с (s ) имеет на интервалах между соседними нулями и полюсами. Проектировщик может варьировать максимумы на интервалах между соседними нулями и полюсами.

частоты максимумов варьировать частоты максимумов H (s ) за счет Проектировщик может Hc(s) за счет изменения координат полюсов входного сопротивления с

–  –  –

В зависимости от режима работы буровой установки величина i i В зависимости от режима работы буровой установки величина потребляемой мощности от от режимаизменяется. установки величина В зависимости от режима работы работы буровой вызывает колебания потребляемой мощности значительно буровой Это установки величина В зависимости режима работы буровой установки величина потребляемой зависимости В мощности значительно изменяется. Это вызывает колебания потребляемой мощности изменяется. Это вызывает колебания к колебания Частые повышения напряженапряжения. Частые значительно изменяется. Это вызывает повреждению значительно повышения напряжения приводят напряжения.

напряжения. Частые повышения напряжения приводят к вызывает колебания потребляемой мощности значительно изменяется. Это повреждению напряжения. конденсаторов. повышения напряжения приводят к повреждению батарей Частые повышения резкопеременных нагрузках,повреждению для При напряжения приводят к характерных напряжения.

Частые повреждению батарей конденсаторов. При батарей конденсаторов. При резкопеременных нагрузках, характерных для буровыхния приводят для стабилизации напряжения характерных резкопеременных нагрузках, харакустановок, к батарей конденсаторов. При резкопеременных нагрузках, может характерных для для потребоваться буровых установок, для стабилизации напряжения нагрузках, батарей конденсаторов. При резкопеременных может потребоваться буровых установок,компенсация стабилизации напряжения Пассивный фильтр терных для стабилизации напряжения может может потребоваться потребоваться динамическая для буровых установок, для стабилизации напряжения может потребоваться динамиреактивной мощности.

динамическая установок, для реактивной мощности. Пассивный фильтр буровых компенсация динамическая является статическимреактивной мощности. для регулирования гармоник компенсация реактивной мощности. Пассивный фильтрфильтр фильтр устройством, поэтому гармоник является статическимреактивной мощности. Пассивный динамическая компенсацияустройством, поэтому для Пассивный гармоник является статическим ческая компенсация регулирования гармоник является статическим устройством, поэтому для ФКУ целесообразно величины генерируемой реактивнойустройством, состав регулирования мощности в поэтому для регулирования гармоник является поэтому для регулирования устройством, статическим величины генерируемой реактивной мощности в состав ФКУ целесообразно величины генерируемой реактивной мощности в составвеличины генерируемой реактивной мощности в совеличины генерируемой реактор. Поскольку в состав целесообразно на ФКУ ФКУ фильтра включить шунтирующий реактивной мощностисопротивление целесообразно включить шунтирующий реактор. Поскольку сопротивление фильтра на включить шунтирующийгармоники Поскольку шунтирующий реактор. Поскольку сопротивление фильтра реактор. включить сопротивление фильтра на частоте став ФКУ целесообразно имеетПоскольку сопротивлениеизбыточнаяна основной емкостный характер, частоте основной гармоники реактор. емкостный характер, избыточная включить шунтирующий имеет фильтра частоте основной гармоники имеет имеет емкостныймощностью избыточная мощность фильтра емкостный характер, избыточная реактивная основной гармоники компенсируется характер, реактора.

частоте реактивная мощность фильтра компенсируется мощностью реактора. – 855 – реактивная мощность фильтра компенсируется мощностью реактора.

Управление реактором осуществляется с помощью встречно включенных Управление реактором осуществляется компенсируется мощностью реактора.

реактивная мощность фильтра с помощью встречно включенных Управление реактором осуществляется с помощью встречно включенных тиристорных вентилей (рис. 5).

Управление реактором осуществляется с помощью встречно включенных тиристорных вентилей (рис. 5).

тиристорных вентилеймощность реактора с тиристорным управлением зависит от тиристорныхмощность5).

Реактивная (рис. (рис. 5).

Реактивная вентилей реактора с тиристорным управлением зависит от Реактивная мощность реактора с тиристорным управлением зависит от угла включения : мощность реактора с тиристорным управлением зависит от Реактивная угла включения :

угла включения :

угла включения : 2 Y (s ) k i = (s 2 + i2 ). (5) s s 2 = i2

–  –  –

В зависимости от режима работы буровой установки величина потребляемой мощности значительно изменяется. Это вызывает колебания напряжения. Частые повышения напряжения приводят к повреждению батарей конденсаторов. При резкопеременных нагрузках, характерных для буровых установок, для стабилизации напряжения может потребоваться динамическая 5 компенсация реактивной мощности. Пассивный фильтр Рис. 5 Рис.

гармоник является статическим устройством, поэтому для регулирования величины генерируемой Рассмотриммощности в состав ФКУ целесообразно реактивной теперь процедуру расчета фильтрокомпенсирующего включить шунтирующий реактор. Поскольку сопротивление фильтра наявляются мощность устройства. Исходными данными для расчета ФКУ частоте основнойнелинейной гармоники имеет емкостный реактивной мощности, а также на частотегармоники нагрузки, коэффициент характер, избыточная реактивная мощность основной имеет емкостный характер, избыточная реактивная мощность фильтрасостав токов, генерируемых нелинейной нагрузкой.

спектральный компенсируется мощностью реактора.

фильтра компенсируется мощностью реактора. Управление реактором осуществляется с поРасчет фильтрокомпенсирующего устройства выполняется в Управление реактором осуществляется с помощью встречно включенных мощью встречно включенных тиристорных вентилей (рис. 5).

следующем порядке. 7  тиристорных вентилей (рис. 5).

Реактивная мощность реактора с тиристорным управлением зависит отзависит от угла включения :

Реактивная мощность реактора с тиристорным управлением ФКУ угла включения :1. На первом шаге определяется реактивная мощность

–  –  –

упрощения расчетов целесообразно использовать передаточную функцию, нормированную к частоте первой гармоники. На основе H с (s ) определяются параметры входного сопротивления ФКУ Z вх (s ), обеспечивающего требуемую амплитудно-частотную мощности в электрических сетях нефтедобывающих… В.П. Довгун, Д.Э. Егоров… Коррекция коэффициента характеристику.

Коэффициент G в выражении (2) определяется по формуле:

Uф2

–  –  –

Реактивная мощность ФКУ Реактивная мощность ФКУ В.П. Расчет Д.Э. Егоров… Коррекция коэффициента мощности вФункция входного Довгун, ФКУ выполняем для одной фазы. электрических сетях нефтедобывающих… сопротивления фильтра,PН (tgtg Нtg tg= к)=1.531.534) 0.4) = квар.квар.

QФКУФКУ = PН ( Н ЭС ) ЭС3 частоте0первой гармоники Q = нормированная ( 3 (. = 628 628

–  –  –

Заключение Для повышения коэффициента мощности и снижения уровня высших гармоник напряжения и тока в сетях нефтяных и газовых месторождений целесообразно использовать пассивные фильтрокомпенсирующие устройства. Установка фильтрокомпенсирующих устройств позволяет увеличить пропускную способность ЛЭП, снизить потери мощности и напряжения в линии, повысить качество электроэнергии у потребителей. ФКУ, спроектированные с помощью предложенного метода, обеспечивают компенсацию реактивной мощности на частоте основной гармоники, а также снижение уровня высших гармоник. Предлагаемый метод проектирования фильтров позволяет исключить возможность резонансного усиления отдельных гармоник.

Список литературы [1] Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий.

4-е изд., М.: Энергоатомиздат, 1994.

[2] Куско А., Томпсон М. Качество энергии в электрических сетях. М.: Додэка-XXI, 1985.

336 с.

[3] Карташев И.И., Тульский В.Н., Шамонов Р. Г. и др. Управление качеством электроэнергии / ред. Ю.В. Шаров. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. 320 с.

– 859 – В.П. Довгун, Д.Э. Егоров… Коррекция коэффициента мощности в электрических сетях нефтедобывающих… [4] Das J. // IEEE trans. on industry applications, 2004. Vol. 40. No. 1. P. 232-241.

[5] Phipps J. // IEEE industry application magazine, March/April 1997. P. 68-82.

[6] Merhej S., Nichols W. // IEEE trans. on industry applications. 1994. Vol. 30. No. 3. P. 533Довгун В.П., Боярская Н.П., Новиков В.В. // Известия вузов. Проблемы энергетики.

2011. № 910. C. 31-39.

[8] Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Севостьянов А.А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике. Н. Новгород: НГТУ, 2004. 214 с.

[9] Исцелемов Д.А., Хузин Р.А. // Научные исследования и инновации. Пермский национальный исследовательский политехнический университет. 2010. № 1. С. 129-132.

Power Factor Correction in Electrical Grids of Oil-Extracting Plants

–  –  –

Problems of the power factor correction in electrical grids of oil-processing plants are considered. A novel approach of passive harmonic filter design is presented. The proposed approach is based on the consideration of the filter as a reactive two-port loaded by the grid impedance. The design procedure is discussed in detail and illustrative example is presented.

Keywords: power quality, nonlinear load, passive harmonic filters.



Похожие работы:

«УДК 330.502 Г.С. Дресвянникова Череповецкий государственный университет ОСОБЕННОСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МЕНЕДЖМЕНТА НА ПРЕДПРИЯТИИ В СОВРЕМЕННЫХ РЫНОЧНЫХ УСЛОВИЯХ ночных условиях ключевым фактором успеха любой деятельности, в том числе производственной, яв...»

«Царский бандероль на коробке Советской России. Узбеков Р.Э. доктор биологических наук, ассоциированный профессор МГУ им. М.В. Ломоносова Москва. Коробок, о котором пойдет речь в настоящей статье был выпущен, согласно каталогу Богданова (Богданов, 1972), на...»

«ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, МИКРОБИОЛОГИЯ Известия ТСХА, выпуск 6, 2016 г. УДК 581.14:633.88 ОСОБЕННОСТИ ФОТОПЕРИОДИЧЕСКОЙ РЕГУЛЯЦИИ ОНТОГЕНЕЗА У РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ МИСКАНТУСА (MISCANTHUS SPP.) А.А. АНИСИМОВ, Н.Ф. Х...»

«СОЦИАЛЬНАЯ ПЕДАГОГИКА, ПСИХОЛОГИЯ И БИОЛОГИЯ Петрова Е. А., Петров А. И. Жизненные стратегии как предпосылка конкурентоспособности личности и их психологическая диагностика Аннотация: в статье проведен структурнотипологический анализ стратегии жизни как предпосылки конкурентос...»

«Смерть мозга Новый порядок диагностики Сергиенко С.К., Руденко Д.И. Мариинская больница, Городская больница №2 Смерть мозга 1. Моментом смерти человека является момент смерти его мозга или его биологической смерти (необратимой...»

«Санкт-Петербургский Государственный Университет Биолого-почвенный факультет Кафедра почвоведения и экологии почв Отчёт по летней полевой учебно-производственной практике по почвенному картированию.Тема: Почвенный покров участка "Острасьевы Яры" заповедника "Белогорье" Участок № 1 Подготовила студентка IV курса Че...»

«ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ УДК 677.4.022:62 БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОТДЕЛКИ СУКОННЫХ ТКАНЕЙ Н.Н. Ясинская, Л.Е. Соколов Шерстяные суконные ткани вырабатывают из аппаратной пр...»

«Отчет о рисках, процедурах их оценки, управления рисками и капиталом банковской группы КБ "ЮНИАСТРУМ БАНК" (ООО). (за 3 квартал 2016 года) Настоящий "Отчет о рисках, процедурах их оценки, процедурах управления рисками и капиталом банковской группы КБ "ЮНИАСТРУМ БАНК" (ООО)" за 3 квартал 2016 года представляется КБ "...»

«ЗАДАНИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 10-11 КЛАССОВ ВАРИАНТ 1 БЛОК А 1. Главной целью заповедников и национальных парков является: (1 балл) а) сохранение биологического разнообразия и поддержание в естественном состоянии охраняемых природных комплексов б) охрана редких и исчезающих видов животных в) охрана редких и исчезающих видов рас...»

«Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. С. М. Кирова Сыктывкарский лесной институт (филиал) Кафедра экологии и природопользования ОСНОВЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОЛЬЗОВАНИЙ Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения по специ...»








 
2017 www.doc.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.