|
Страница 31 из 38
8.4. Конденсаторные установки специального назначения
В системах электроснабжения промышленных предприятий с мощными преобразовательными установками требуется применение специальных устройств в комплексе с конденсаторной установкой.
Конденсаторные установки применяются: комплектно с разрядниками для защиты вращающихся машин от атмосферных перенапряжений; с различными печными установками (индукционными, ферросплавными, графитировочными); на тяговых подстанциях электрифицированного промышленного транспорта на разработках рудных месторождений, в схемах фильтров по ограничению высших гармоник; в различных схемах статических устройств по регулированию реактивной мощности. Конденсаторы 3—10 кВ применяются комплектно с магнитно-вентильными разрядниками в схемах защиты вращающихся электрических машин от атмосферных перенапряжений, где конденсаторы позволяют ограничить крутизну напряжения на зажимах электрических машин. Такие устройства обычно состоят из одного-двух конденсаторов на фазу, устанавливаемых на металлической конструкции комплектно с магнитно-вентильными разрядниками и размещаемых в непосредственной близости от защищаемой машины. Напряжение конденсаторной установки выбирается в зависимости от номинального напряжения вращающейся машины.
Рис. 8.18, Принципиальная схема защиты вращающихся машин от атмосферных перенапряжений
Рис. 8.19. Принципиальная схема присоединения конденсаторных установок 35 кВ для компенсации реактивной мощности ферросплавной печи
Принципиальная схема установки приведена на рис. 8.18.
Конденсаторные установки применяются также для компенсации реактивной мощности ферросплавных печей. Производительность дуговых ферросплавных печей находится в прямой зависимости от потребляемой печью электрической мощности и реактивного сопротивления ее токопровода. В мощных ферросплавных печах искусственное снижение реактивности короткой сети включением в нее компенсирующих элементов практически невозможно из-за больших рабочих токов (100 кА и более). Задача генерирования реактивной мощности решается вне всякой связи с печью как технологическим агрегатом. Наиболее рациональным вариантом является расположение конденсаторной установки в пределах питающей плавильный цех центральной подстанции с подключением ее на сборные шины 10 кВ.
Для мощных ферросплавных печей с высшим напряжением печного трансформатора 35 кВ КУ подключают на шины 35 кВ. На рис. 8.19 приведена принципиальная схема присоединения конденсаторных установок и печного трансформатора ферросплавной печи. Регулирование мощности конденсаторных установок в процессе работы ферросплавной печи не требуется.
Дуговые сталеплавильные печи являются мощными потребителями не только активной, но и реактивной энергии.
Компенсация реактивной мощности ДСП путем применения конденсаторных установок экономически целесообразна. Современные конденсаторные установки поперечной компенсации при использовании современных методов автоматического регулирования мощности по техническим показателям не уступают синхронным компенсаторам, а по экономическим характеристикам значительно превосходят их. Для компенсации реактивной мощности ДСП лучше использовать групповую и централизованную компенсацию; при этом необходимо учитывать, что часть компенсирующей энергии будет теряться в сетях от источника до ДСП и, следовательно, выбор точки подключения компенсирующих устройств имеет важное значение.
Комбинация конденсаторных установок с небольшой синхронной машиной позволяет обеспечить плавность регулирования. При выборе мощности конденсаторных установок, устанавливаемых на подстанции ДСП, необходимо учитывать наличие высших гармоник в первичном токе печи, влияющих на режим работы конденсаторов.
В последнее время уже накоплен опыт использования конденсаторных установок продольной компенсации реактивной мощности, причем КУ включаются последовательно в цепь электропечного контура.
Для КУ продольной компенсации выпускаются конденсаторы типа КСП-0,66-40 У1 второго габарита мощностью 40 квар, напряжением 660 В, частотой 50 Гц, со встроенными плавкими предохранителями и разрядными резисторами. Конденсаторы продольной компенсации выдерживают перегрузки в течение 10 ч током до 1,2 номинального, 4 ч — током до 1,3 номинального, 30 мин — током до 1,6 номинального.
Значительными потребителями реактивной мощности являются также графитировочные печи, режим которых характеризуется резким изменением активного сопротивления керна печи в процессе графитации. В начале процесса активное сопротивление печи в десятки раз больше реактивного, поэтому потребление реактивной энергии незначительно, а следовательно, и коэффициент мощности печи близок к единице. По мере разогрева печи активная мощность увеличивается, и в конце процесса активное сопротивление печи оказывается намного ниже реактивного. Поэтому к концу процесса резко увеличивается реактивная нагрузка печи и как следствие коэффициент мощности значительно понижается.
Графитировочные печи выполняются обычно однофазными с присоединением к сети через однофазные печные трансформаторы (напряжением 35 кВ) с регулировкой напряжения на низкой стороне. При поперечной компенсации производится параллельное подключение конденсаторной установки с высшей стороны печных однофазных трансформаторов на напряжении 35 кВ. Такое подключение выполняется для установок с несколькими печами малой мощности в виде групповой компенсации, представляющей собой трехфазную КУ, присоединяемую к шинам печной подстанции, как показано на рис. 8.20.
Для установок с несколькими печами большой мощности параллельно с каждым печным трансформатором на напряжении 35 кВ подключается однофазная КУ, состоящая из двух-трех секций для регулирования реактивной мощности каждой печной установки (рис. 8.21,а).
За рубежом для улучшения коэффициента мощности графитировочных печей применяют установки продольной компенсации, являющиеся саморегулируемыми и наиболее пригодными для печей относительно большой мощности.
Для такого использования необходимо иметь КУ на напряжение 35 кВ, но так как конденсаторы на такое напряжение промышленностью не выпускаются, то приходится комплектовать конденсаторные установки из конденсаторов, рассчитанных на различные напряжения: 1,05; 3,15; 6,3 и 10 кВ. Для этого конденсаторы соединяют последовательно. Вместе с тем каждая секция последовательной группы для получения требуемой реактивной мощности имеет соответствующее количество параллельно включенных конденсаторов. Однако при параллельно-последовательном соединении конденсаторов необходимо соблюдать определенные условия по выбору мощности и напряжения конденсаторов. Если применить конденсаторы на более высокое напряжение, можно уменьшить количество последовательно соединенных конденсаторов.
Рис. 8.20. Принципиальная схема присоединения конденсаторных установок 35 кВ для компенсации реактивной мощности однофазных графитировочных печей
а — групповая для печей малой мощности; б — индивидуальная для печей большой мощности
При этом соответственно сократится количество секций и изоляторов и упростится конструктивное выполнение установки. При параллельно-последовательном соединении конденсаторов запас по напряжению следует принимать 10—15% с учетом неравномерного распределения напряжения между отдельными конденсаторами из-за различия их емкости на ±10 %. Для КУ 35 кВ конденсаторы следует выбирать не на 35, а на 35+ (3,5 -т-5) кВ, т. е. 38,5 или 40 кВ. Для обеспечения нормальной работы конденсаторных установок необходимо производить измерение емкостей последовательных групп конденсаторов в установке. При различии емкостей последовательных групп более чем на 5 % следует уменьшить это различие, что можно сделать путем перестановки отдельных конденсаторов в группах.
Количество последовательных групп в конденсаторных установках подсчитывается по следующей формуле:
где Uс — наибольшее напряжение на шинах установки, кВ; Uном,к — номинальное напряжение конденсаторов, кВ; k1 — коэффициент, учитывающий повышение напряжения на отдельных группах конденсаторов вследствие расхождения емкостей в последовательных группах: при различии емкостей на 5 % &i=0,95, при различии емкостей на 10 %
Рис. 8.21. Схемы соединений одной фазы конденсаторной установки 35 кВ в звезду:
а— из конденсаторов 1,05 кВ из 22 последовательных групп; б — из конденсаторов 3,15 кВ из семи последовательных групп по 12 параллельно
Ai=0,9; k2 — коэффициент, учитывающий повышение напряжения в результате последовательного включения с конденсаторной установкой индуктивностей (реакторов и т. п.).
Для КУ 35 кВ, соединенной в треугольник при следующих данных: £/с=36 кВ; Ун<чм,к==1,05 кВ; &2 = 1 (индуктивность отсутствует); &i=0,9 (расхождение по емкости более 10%), количество последовательных групп конденсаторов должно быть
При расхождении емкости до 5 % количество последовательных лрупп конденсаторов составит
Из расчета видно, что для нормальной работы конденсаторных установок число последовательных групп конденсаторов необходимо принять 36—38. Если не учитывать различие емкостей, то при напряжении сети 35 кВ число последовательных групп конденсаторов напряжением 1,05 кВ составит: 35:1,05= =33. Таким образом, незначительное увеличение числа последовательных групп необходимо для надежной работы конденсаторов при напряжении 35 кВ, хотя и приведет к некоторому снижению мощности конденсаторных установок.
При конструировании конденсаторных установок следует также учитывать, что повреждение одного или нескольких конденсаторов может привести к аварии всей установки. Поэтому целесообразно разделять установку на небольшие секции, снабженные индивидуальной защитой, которая способна отключить поврежденный участок без нарушения работы всей установки.
При компоновке конденсаторной установки нужно учитывать, что кроме внутренних пробоев диэлектрика в конденсаторах пробою подвержена также баковая изоляция, т. е. изоляция внутренних токоведущих частей относительно корпуса. Значение напряжения, воздействующего на баковую изоляцию, зависит от количества параллельно-последовательных конденсаторов, устанавливаемых на одной металлической конструкции. Оно должно быть меньше, чем напряжение относительно корпуса. Эти требования приводят к необходимости разделения конструкции всей КУ на несколько отдельных металлических изолированных от земли и друг от друга конструкций. Количество последовательных конденсаторов, устанавливаемых на одной металлической конструкции, должно быть по возможности минимальным, так как при повреждении баковой изоляции конденсатора выделяется большое количество энергии. Чем больше последовательных групп в установке, тем труднее получить равномерное распределение напряжения на отдельных конденсаторах и избежать перегрузки их по напряжению, а также обеспечить защиту в такой установке от внутренних повреждений отдельных конденсаторов, поэтому следует применять конденсаторы на более высокое напряжение.
Комплектовать конденсаторные установки 35 кВ целесообразно из конденсаторов З—10 кВ единичной мощностью не менее 50—100 квар, с индивидуальной защитой малогабаритными предохранителями, установленными снаружи конденсатора.
Применяемые в настоящее время встроенные в конденсатор плавкие предохранители не обеспечивают его надежной защиты. При перегорании 10—15 % предохранителей конденсатор может продолжать оставаться в эксплуатации, дальнейший процесс идет ускоренно и в большинстве случаев приводит к взрыву корпуса конденсатора. За рубежом встроенные предохранители применяются сравнительно редко, а малогабаритные предохранители наружной установки имеют широкое распространение.
При комплектовании конденсаторных установок из конденсаторов единичной мощностью 100 квар и более защиту их можно осуществлять не только индивидуальными предохранителями, но и более чувствительной релейной защитой на полупроводниковых элементах, разделяя установку на отдельные группы конденсаторов с установкой специальных малогабаритных трансформаторов тока или напряжения.
Рассмотрим применение поперечной компенсации для улучшения коэффициента мощности графитировочных печей трехфазной конденсаторной установки 35 кВ мощностью 6300 квар. При схеме соединения в звезду и напряжении в каждой фазе 20 кВ с учетом необходимого запаса по напряжению 10 % оно будет равно 22 кВ и КУ может состоять:
из конденсаторов 1,05 кВ, мощностью 25 квар со встроенными предохранителями. По напряжению количество конденсаторов в фазе будет равно 22:1,05=21. По мощности в одной фазе необходимо установить четыре параллельно соединенных конденсатора, т. е. 4-21=84, мощностью 84-25=2100 квар. Полная мощность конденсаторной установки в трех фазах составит 3-2100=6300 квар;
из конденсаторов 3,15 кВ, мощностью 25 квар с индивидуальными предохранителями соответственно по напряжению, равному 22:3,15=7. По мощности в одной фазе необходимо установить 12 параллельно соединенных конденсаторов мощностью 12-7-25=2100 квар; мощность трех фаз составит 3-2100=6300 квар.
Из конденсаторов 6,3 кВ составить такую установку невозможно, так как по напряжению не получается целого числа конденсаторов: 22:6,3=3,5, а при увеличении до целого числа, например до четырех, будет большой запас по напряжению — это нецелесообразно.
Наиболее целесообразным является второе исполнение. Оно соответствует основному требованию: количество последовательно соединенных конденсаторов наименьшее (7), а соединенных параллельно — наибольшее (12). Конденсаторы 3,15 кВ имеют большее испытательное напряжение на корпус (18 кВ) и между выводами (6,39 кВ) по сравнению, например, с конденсаторами 1,05 кВ, испытательные напряжения которых соответственно 5 и 2,31 кВ (рис. 8.21). Следовательно, целесообразнее установку 35 кВ скомплектовать из конденсаторов 3,15 кВ с индивидуальными предохранителями, нежели из конденсаторов 1,05 кВ. Конструкция этой конденсаторной установки получается также более целесообразной и в техническом отношении.
При комплектации конденсаторной установки 35 кВ целесообразно устанавливать конденсаторы на отдельных конструкциях по их напряжению, т. е. при составлении установки по схеме звезды и напряжении в фазе 22 кВ для конденсаторов напряжением 1,05 кВ по условию изоляции их нужно было бы установить на 22 отдельных конструкциях: каждая из них должна иметь изоляцию относительно земли, рассчитанную на 35 кВ.
Рис. 8.22. Конструкция трехфазной наружной конденсаторной установки 35 кВ, мощностью 3600 квар
А так как установка при параллельном соединении имеет четыре конденсатора, то это решение неэкономично из-за значительного расхода изоляторов 35 кВ на 22 отдельных конструкциях в каждой фазе. В таком случае следует установить на одной конструкции по две группы параллельно соединенных конденсаторов.
Таким образом, можно скомплектовать конденсаторные установки 35 кВ из конденсаторов 1,05 кВ из 11 отдельных конструкций в каждой фазе.
На рис. 8.22 приведена конструкция трехфазной конденсаторной установки 35 кВ, мощностью 3600 квар для компенсации реактивной мощности графитировочных печей. Установка выполнена в открытом исполнении из шести групп по пять конденсаторов в группе, соединенных по схеме треугольника. Конденсаторная установка выполнена в двухъярусном исполнении. В первом ярусе располагаются две группы конденсаторов (фазы АВ и ВС) у во втором ярусе размещаются группа конденсаторов фазы (СА) и два трансформатора напряжения для разряда конденсаторов. Каждая конструкция из шести групп с пятью конденсаторами устанавливается на двух изолятор ах 35 кВ.
Рис. 8.23. План компоновки однофазной конденсаторной установки 12 кВ мощностью 1800 квар наружного исполнения для компенсации реактивных нагрузок тяговых сетей 10 кВ
Ошиновка всей установки выполнена проводом на изоляторах 35 кВ с подключением к воздушной линии электропередачи. Общий металлический каркас с оборудованием, конденсаторами и ошиновкой устанавливается на фундаменте высотой 800 мм.
Для компенсации реактивных нагрузок тяговых сетей 10,5 кВ необходимо применять однофазные конденсаторные установки 12 кВ (см. расчет в § 3.3). В этом случае можно применять конденсаторы напряжением до и выше 1000 В внутренней или наружной установки. При комплектации КУ наружного исполнения из конденсаторов 1,05 кВ установку их выполняют на опорной или подвесной конструкции.
Однофазная КУ мощностью 1800 квар состоит из 12 групп по шесть конденсаторов типа КМ2-1,05 мощностью по 25 квар в группе. Компоновку наружной установки можно выполнить на трех опорных конструкциях по четыре группы на каждой (рис. 8.23). Опорная конструкция представляет собой раму с продольными направляющими из угловой стали, на которых подвешиваются с помощью скоб конденсаторы с зазором между соседними конденсаторами 80—100 мм. Вся рама с конденсаторами устанавливается на изоляторах на фундаменте высотой 600 мм. Реактор устанавливается в закрытом помещении рядом с конденсаторной установкой.
Рис. 8.24. Однофазная ячейка из десяти конденсаторов КМ2 6,3 кВ мощностью 25 квар для конденсаторной установки 12 кВ тяговой подстанции
Однофазную КУ мощностью 1800 квар можно выполнить и для внутренней установки из конденсаторов 6,3 кВ, мощностью 25 квар для внутренней установки, соединяемых по два последовательно. При мощности конденсаторных установок 1800 квар необходимо 1800:25=72 конденсатора.
Конденсаторная установка предусматривается из семи ячеек по десять конденсаторов в каждой (рис. 8.24).
Конденсаторы устанавливаются в два яруса по пять в ячейке, причем верхний ярус конденсаторов устанавливается непосредственно на металлическую конструкцию, а нижний для усиления изоляции устанавливается на изоляторы 6 кВ. Каждая пара конденсаторов защищается одним предохранителем типа ПК-10/30 с уставкой тока 5 А. Конденсаторная установка размещается в отдельном помещении, но в одном здании с реактором и РУ 10 кВ.
|
