ВЛИЯНИЕ РАБОТЫ ПРИЁМНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С НЕЛИНЕЙНОЙ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ НА ГЕНЕРАЦИЮ ВЫСШИХ ГАРМОНИК

Одним из основных факторов повышения эффективности энергетического хо­зяйства промышленных предприятий является повышение качества энергии.

Комплексное решение вопросов улучшения качества энергии и повышения на­дежности энергоснабжения, в том числе таких показателей надежности, как безотказ­ность, ремонтопригодность и долговечность элементов энергоснабжения, является основой обеспечения надлежащего качества систем энергоснабжения объектов про­мышленности.

Улучшение качества энергии в любой отрасли промышленности приводит к соз­данию условий нормального протекания технологических процессов, а это, в свою очередь, способствует выпуску запланированного количества продукции при надлежа­щем ее качестве.

Под качеством энергии приемников можно понимать совокупность по­требительских свойств, обусловливающих пригодность энергии удовлетворять опре­деленные потребности приемников энергии в соответствии с их назначением. Качество энергоснабжения отраслей народного хозяйства (объединений, пред­приятий, приемников энергии) можно представить как совокупность свойств энерго­снабжения, обусловливающих его пригодность удовлетворять потребности отраслей народного хозяйства в энергии должного качества при требуемой степени надежности энергоснабжения.

Под управлением качеством энергии можно понимать установление и поддержа­ние необходимого уровня качества энергии при ее производстве, распределении и потреблении, осуществляемые путем систематического контроля качества и целенаправленного воздействия на условия и факторы, влияющие на качество энергии [4].

По оценке европейских специалистов, проблемы качества электрической энергии обходятся промышленности и в целом деловому сообществу Европейского союза в 10 млрд. евро в год. Подсчитаны на Западе и убытки от снижения качества электроэнергии по отраслям промышленности, которые составляют от 30000 евро/мин в телекоммуникационной сфере до нескольких миллионов евро за событие в областях с непрерывным энергоемким технологическим процессом, таких, как в нефтехимии и нефтепереработке [2].

Вследствие непрерывного технологического процесса предприятия нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности весьма чувствительны к любым перерывам электроснабжения, особенно к внезапным. Последствия во многом определяются длительностью и широтой охвата технологической сети.

Среди них нарушения связанные с несоответствием параметров электроэнергии составляют почти половину. Следует отметить, что нарушение электропитания наносит ущерб соизмеримый со стихийными бедствиями.

В виду того, что одним из параметров качества электроэнергии являются высшие гармоники, то уменьшения влияния высших гармоник способствует увеличению качества электроэнергии.

В данной работе была создана физическая модель, главной составляющей которой является частотный преобразователь. Были исследованы различные режимы работы частотного преобразователя и его влияние на генерацию высших гармоник. Был произведён анализ качества электроэнергии распределительных сетей ОАО «Газпром нефтехим Салават», которое является крупнейшим нефтехимическим и нефтеперерабатывающим комплексом России. Предприятие в области энергетики имеет электрооборудование всех категорий надёжности и сложную структуру энергоснабжения [4].

Влияние работы частотно-регулируемого электропривода на качество электрической энергии, исследовано в именной лаборатории «Ново-Салаватская ТЭЦ»филиала УГНТУ в г. Салавате.

В экспериментальной установке используется преобразователь частоты марки Altivar, его технические характеристики приведены в таблице 1. Технические данные исследуемого асинхронного электродвигателя и генератора приведены в таблицах 2, 3. Внешний вид экспериментальной установки изображен на рисунке 2

Рисунок 1. Схема подключения экспериментальной установки

Таблица 1.

Технические характеристики преобразователя частоты

Таблица 2.

Технические характеристики асинхронного двигателя

Таблица 3.

Технические характеристики генератора

Рисунок 2. Внешний вид экспериментальной установки

В ходе экспериментальных исследований были получены значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента с первой по сороковую гармонической составляющей в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением приведены в ГОСТ 54149-2010.

Для исследований в лаборатории применяется переменное напряжение 380 В, частота питающей сети 50 Гц. Отклонения питающего напряжения колеблется в допускаемых пределах.

Исследование гармонического состава напряжений, генерируемыхасинхронным двигателемтипа АДМ63ВАУЗ, выполнялось при холостом ходе двигателя и различных видах нагрузок. В ходе эксперимента были полученные значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения.

Нагрузкой электродвигателя выступали модули активной и индуктивной нагрузки. На обмотку возбуждения генератора подается постоянное напряжениеот модуля возбуждения.

Рисунок 3. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при холостом ходе на частоте 10 Гц

Рисунок 4. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при холостом ходе на частоте 20 Гц

Рисунок 5. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при холостом ходе на частоте 30 Гц

Рисунок 6. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при холостом ходе на частоте 40 Гц

Рисунок 7. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при холостом ходе на частоте 50 Гц

Рисунок 8. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при активной нагрузке на частоте 10 Гц

Рисунок 9. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при активной нагрузке на частоте 20 Гц

Рисунок 10. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при активной нагрузке на частоте 30 Гц

Рисунок 11. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при активной нагрузке на частоте 40 Гц

Рисунок 12. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при активной нагрузке на частоте 50 Гц

Рисунок 13. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при индуктивной нагрузке на частоте 10 Гц

Рисунок 14. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при индуктивной нагрузке на частоте 20 Гц

Рисунок 15. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при индуктивной нагрузке на частоте 30 Гц

Рисунок 16. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при индуктивной нагрузке на частоте 40 Гц

Рисунок 17. Значения коэффициентов с первой по сороковую гармонической составляющей напряжения при индуктивной нагрузке на частоте 50 Гц

Из полученных результатов видно, что минимальные искажения проявляются при работе электродвигателя в режиме холостого хода, а при индуктивной нагрузке проявляются наибольшие отклонения. При работе частотного привода на низких частотах получены наибольшие значения коэффициентов высших гармоник. Объяснить это можно тем, что при уменьшении частоты вращения ротора асинхронного короткозамкнутого двигателя невозможно создать масляную пленку между катящимися элементами и поверхностью качения. Это создает путь для электрического тока между шариками и несущими кольцами подшипника [1].

Высокие значения коэффициентов высших гармоник при работе под нагрузкой объясняется еще тем, что в физической модели имеется трансформатор. Работа преобразователя частоты сопровождается генерированием высших гармонических составляющих напряжения и тока, влияющих на работу трансформатора, увеличивая потери в нем.

Список литературы:

1.            ВРД 39-1.10-052-2001. Методические указания по выбору и применению асинхронного частотно-регулируемого электропривода мощностью до 500 кВт.

2.            Глезеров С., Золотых А., Волгин А., Ундольский А., Коковцев В. Система «Нева» для электрических станций [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://cta.ru.

3.            ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. — М.: Изд-во стандартов, 1998.

4.            Григорьев О., Петухов В., Соколов В., Красилов И. Центр электромагнитной безопасности. Высшие гармоники в сетях электроснабжения 0,4 кВ // Новости электротехники 2002, № 6, 23—26 с.

5.            Измеритель электрических параметров и показателей качества электроэнергии «Нева ИПЭ» [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.linvit.ru.

6.            Информационно-расчетная система ИРС — ТПС «Подготовка принятия решений по внедрению мероприятий энергосбережения на объектах промышленности и ЖКХ» — М.: Технопромстрой, 2006.

7.            Карташев И.И. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения. Учебное пособие. — М.: Издательство МЭИ, 2001. — 120 с.

8.            Климов В.П., Москалев А.Д. Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.tensy.ru.

9.            Лазарев Г.Б. Опыт и перспективы применения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов в электроэнергетике России // Новости приводной техники. — М., 2003. — 232 c.

10.       Лунева Н.Н. Учебно-методическое пособие к выполнению экономической части дипломного проекта. — Уфа: Издательство УГНТУ, 2004. — 14 с.