УДК 621.316

СРЕДСТВА КОМПЕНСАЦИИ ИСКАЖЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Шклярский Андрей Ярославович
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
канд. тех. наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики,электромеханики

Аннотация
В работе рассмотрено устройство, позволяющее осуществлять регулирование уровня и искажения напряжения и передаваемой мощности. Рассмотрен вариант использования устройства в условиях протяженной питающей линии со значительными падениями напряжения.

Ключевые слова: активная компенсация, искажения напряжения, провалы напряжения, увеличение нагрузки, электроснабжение


MEANS OF VOLTAGE DISTORTION COMPENSATION IN ELECTRIC SUPPLY NETWORKS OF OIL PRODUCING COMPANIES

Shklyarskiy Andrey Yaroslavovich
National mineral resources university (University of Mines)
Assistant of the Electrotechnical, electroenergtic, electromechanic department

Abstract
The article considers a system which allows to regulate the level and distortion of voltage and transmitted electric power. Usage of the system in long electric supply line with a significant voltage drop is described in the article.

Keywords: active compensation, electric power supply, load increase, voltage dips, voltage distortions


Библиографическая ссылка на статью:
Шклярский А.Я. Средства компенсации искажений напряжений в электрических сетях нефтедобывающих предприятий // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/05/3834 (дата обращения: 28.05.2017).

Существенное влияние на непрерывность работы нефтедобывающих предприятий оказывают провалы напряжения, возникающие в аварийных и пусковых режимах.

Стандарты в области качества электрической энергии Международной электротехнической комиссии (МЭК) определяют характеристики провала напряжения.

Результаты многочисленных теоретических и экспериментальных исследований [1] показали, что устойчивость режимов электрооборудования, обеспечивающего непрерывный технологический цикл нефтедобычи, зависит от глубины и длительности провалов напряжения и уровня его восстановления в сетях нефтедобывающих предприятий. При этом выявлено, что снижение уровня питающего напряжения ниже минимально допустимого, а также перерывы в электроснабжении длительностью свыше 0,15 с. могут привести к нарушению сложных технологических процессов, ложным срабатываниям системы электросетевой автоматики и защиты, отказам в электроснабжении особой группы потребителей первой категории и значительному экономическому ущербу [1].

Таким образом, актуальной является задача минимизации величины и длительности провалов напряжения в электрических сетях нефтедобывающих предприятий. Помимо этого, в условиях интенсивного распространения нелинейной нагрузки в электрических сетях нефтепромыслов, помимо компенсации величины и длительности провалов напряжения необходимо также устранение гармонических искажений напряжения.

Из применяемых в настоящее время устройств компенсации провалов и искажений напряжения следует выделить следующие основные типы:

  • многофункциональные устройства, компенсирующие отклонения, колебания, искажения и провалы напряжения;
  • устройства, компенсирующие колебания и провалы напряжения при набросе нагрузки;
  • устройства, предназначенные для компенсации только провалов напряжения.

Указанные устройства классифицируются по наличию и отсутствию коммутирующих электронных аппаратов для управления изменением параметров.

Одним из устройств компенсации провалов напряжения является продольная компенсация, основанная на последовательном включении емкости в разрез линии и применяемая в случае значительного индуктивного сопротивления линии или энергосистемы. Известно, что устройство продольной компенсации (УПК) эффективно только в случае, если индуктивное сопротивление энергосистемы или линии больше активного. При этом, в случае возникновения короткого замыкания (КЗ) за УПК, конденсаторы следует шунтировать, во избежание их перегрузок. УПК можно отнести к многофункциональным устройствам, поскольку они компенсируют отклонения, колебания и провалы напряжения. К их достоинствам можно отнести безинерционность, к недостаткам – неполную компенсацию потерь напряжения (компенсация только на реактивном сопротивлении), а также необходимость вывода их из работы во время КЗ.

К многофункциональным устройствам относятся и вольтодобавочный трансформатор (ВДТ), к существенным недостаткам которого относится уменьшение добавки напряжения ΔU, при снижении напряжения в питающей сети, а при КЗ ΔU=0.

Принцип, заложенный в работу устройств, реагирующих на наброс нагрузки, заключается в компенсации реактивной мощности, увеличение которой обусловлено этим набросом. К таким устройствам, прежде всего, относится поперечная регулируемая компенсация, недостатками которой являются:

  • компенсация потерь напряжения только от реактивной составляющей тока;
  • реакция только на наброс нагрузки, сопровождающийся увеличением реактивной мощности;
  • отсутствие реакции на провал напряжения от КЗ.

Другим достаточно распространенным устройством, компенсирующим провалы напряжения при набросе нагрузки, является статический компенсатор искажений напряжения [2], принцип работы которого основан на кратковременной компенсации реактивной мощности (доли секунд) при ее набросе, что в свою очередь позволяет регулировать напряжение в узле нагрузки и устранять провал напряжения. К недостаткам этого перспективного многофункционального устройства относится, так же как и в случае с обычной компенсацией реактивной мощности – реакция только на реактивную составляющую тока нагрузки.

Наибольше распространение среди известных устройств компенсации провалов и искажений напряжения получили два вида компенсаторов:

  • динамические компенсаторы искажений напряжения (ДКИН) и их разновидность – устройства динамического восстановления напряжения (ДВН);
  • аккумуляторные батареи, поддерживающие питание электрической сети вплоть до режима КЗ (источники бесперебойного питания).

ДКИН представляет собой преобразователь напряжения [2], содержащий  выпрямитель и инвертор с пофазным управлением на базе полностью управляемых выпрямителей, который подключен к питающей сети потребителя и через ВДТ перераспределяет активную и реактивную мощности таким образом, чтобы добавка напряжения ∆U на вторичной обмотке полностью компенсировала провал напряжения при внешнем КЗ или провале напряжения.

У данного устройства существует ряд недостатков:

  • отсутствие блока синхронизации напряжения добавки с напряжением сети по фазе и частоте;
  • отсутствие возможности компенсации провалов на протяженных линиях;
  • отсутствие блока устройства регулирования напряжения под нагрузкой у трансформаторов;
  • возможность некорректной работы при наличии КЗ на линии.

На рис.2 представлена структурная схема разработанного устройства активной компенсации провалов и искажений напряжения, лишенного вышеперечисленных недостатков, где: 1 – сборные шины сети переменного тока; 2 – протяженная линия электропередачи; 3 – первый силовой трансформатор без устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН); 4 – второй силовой ВДТ с устройством РПН на вторичной обмотке; 5 – трехфазный неуправляемый выпрямитель; 6 – конденсатор; 7 – первый трехфазный инвертор; 8 – второй трехфазный инвертор; 9 – первый измерительный трансформатор напряжения; 10 – второй измерительный трансформатор напряжения; 11 – измерительный трансформатор тока; 12 – блок измерения напряжения; 13 – блок измерения мощности; 14 – первый блок управления; 15 – второй блок управления; 16 – блок логики; 17 – третий питающий силовой трансформатор с устройством РПН на первичной обмотке, установленный в начале линии; 18 – блок управления устройством РПН трансформатора 17; 19 – блок синхронизации регулирования напряжений; 20 – блок управления устройством РПН ВДТ 4.

 

Рис.2. Структурная схема устройства активной компенсации провалов и искажений напряжения

Предлагаемое устройство позволяет осуществлять синхронизированное регулирование уровня и искажения напряжения и передаваемой мощности в условиях протяженной питающей линии со значительными падениями напряжения и таким образом обеспечивать минимизацию величины и длительности провалов и искажений напряжения.

Результаты математического моделирования для условий нефтедобычи показали эффективность устранения провалов и искажений напряжения предлагаемым устройством. Уровень быстродействия предлагаемого устройства составляет от 10 до 50 мкс.


Библиографический список
  1. Абрамович Б.Н., Устинов Д.А., Поляков В.Е. Динамическая устойчивость работы установок электроцентробежных насосов. // Нефтяное хозяйство. 2010. № 9. С. 104-106.
  2. Гамазин С.И., Пупин В.М., Марков Ю.В. Обеспечение надежности электроснабжения и качества электроэнергии. // Промышленная энергетика. 2006. №11. С. 51-56.


Все статьи автора «Шклярский Андрей Ярославович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: