ВЫБОР МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И МЕЖДУНАРОДНЫХ СТАНДАРТОВ

Работа выполнена в рамках Государственного задания (шифр № 13.707.2014/к)

Во всех странах системы электроснабжения для различных отраслей промышленности проектируются и эксплуатируются с учетом действующих норм и правил, в том числе согласно стандартам в области качества электроэнергии принятым на государственном и международном уровне.

В Европейском Союзе действует стандарт EN 50160:2010. В Соединенных Штатах Америки принят стандарт качества электроэнергии: IEEEStd 1159-2009 (Рекомендуемые работы при мониторинге качества электрической энергии). В Российской Федерации с 1 июля 2014 года вступил в силу межгосударственный стандарт по нормам качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения ГОСТ 32144-2013. Используя анализ данных стандартов в части сравнения показателей качества электрической энергии, на практике можно применить ряд мер, направленных на повышение эффективности работы технологического и электротехнического оборудования с учетом специфики предприятий минерально-сырьевого комплекса, достигая при этом стабильные показатели и положительную динамику развития всего производственного цикла.

По результатам сравнительного анализа приведенных стандартов выявлено следующее: российский ГОСТ 32144-2013 по качеству электроэнергии основан на нормах европейского стандарта EN 50160:2010, но имеет более строгий диапазон отклонения частоты. ГОСТ 32144-2013 уступает американскому стандарту качества IEEE Std. 1159-2009 в части жесткости норм по отклонениям и провалам напряжения, а также уровню высших гармонических составляющих, что неприемлемо для устойчивой и непрерывной работы ответственного технологического оборудования предприятий минерально-сырьевого комплекса.

Таким образом, даже четкое соблюдение норм качества электроэнергии ГОСТ 32144-2013, в части отклонений и провалов напряжения, а также уровню высших гармонических составляющих, не гарантирует устойчивой работы технологического оборудования предприятий минерально-сырьевого комплекса. Следовательно, необходимо предусматривать надлежащие технические средства и решения для повышения качества электрической энергии даже при его соответствии нормам ГОСТ 32144-2013.

Техническими средствами могут служить различные электротехнические устройства и комплексы, в зависимости от решения поставленной задачи. Результаты исследований [2] показывают, что для систем электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса для повышения качества электроэнергии в части компенсации провалов, прерываний, отклонений, колебаний напряжения, а также коррекции формы кривых тока и напряжения наиболее эффективно использование активных электротехнических устройств, которые относятся к классу гибких систем передачи переменного тока (англ. Flexible Alternative Current Transmission Systems — FACTS). Рассмотрим основные технические средства и решения FACTS, позволяющие привести уровень качества электрической энергии в соответствие с более жесткими нормами IEEE Std. 1159-2009 по сравнению с ГОСТ 32144-2013.

Современные микропроцессорные системы, на основе которых реализованы системы управления сложными технологическими процессами, особо чувствительны к негативному воздействию высших гармоник со стороны нелинейной нагрузки. Одним из эффективных решений служит изоляция чувствительной нагрузки от воздействия высших гармоник через последовательные активные фильтры или активные выпрямители. Последние также активно используются в современных системах частотно-регулируемого электропривода для обеспечения электромагнитной совместимости преобразователей частоты с сетью.

Для повышения устойчивости систем электроснабжения и минимизации провалов и прерываний напряжения используются источники бесперебойного питания, работающие в режиме “on-line” [1].

Для подавления или снижения влияния высших гармонических составляющих тока и напряжения применяют следующие наиболее перспективные технические средства и решения.

Пассивные фильтры различной структуры в качестве традиционного решения используются для подавления одной или нескольких канонических высших гармоник в случае их незначительного числа [3].

Активная фильтрация осуществляется на основе анализа амплитуды и фазы гармонических токов или напряжений с последующей генерацией соответственно компенсационного тока или напряжения, содержащего выявленные гармоники противоположной фазы [3].

Активные фильтры по способу подключения к компенсируемой сети подразделяются на параллельные и последовательные [6]. Параллельные активные фильтры имеют более широкое применение при компенсации высших гармоник тока со стороны нелинейной преобразовательной нагрузки [7]. Последовательные активные фильтры применяются для компенсации гармонических искажений, провалов и отклонений напряжения. Активные фильтры могут иметь индуктивные и емкостные накопители энергии. В системах электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса наибольшее распространение получили активные фильтры с емкостным накопителем энергии.

Гибридная фильтрация основана на различных соединениях активных и пассивных фильтров, настроенных на подавление определенных порядков высших гармоник. Гибридные фильтры классифицируются по способу подключения активной и пассивной части к компенсируемой электрической сети.

На основе параллельного активного фильтра с емкостным накопителем энергии выполнено устройство СТАТКОМ, позволяющее компенсировать провалы и отклонения напряжения, а также осуществлять коррекцию коэффициента мощности сети [4].

Динамический компенсатор искажений напряжения (ДКИН), в основе которого положена структура последовательного активного фильтра, позволяет полностью компенсировать потерю напряжения в ЛЭП при коротком замыкании или пусковых режимах. ДКИН представляет собой преобразователь напряжения, содержащий выпрямитель и инвертор с пофазным управлением на базе полностью управляемых силовых ключей IGBT или GTO, который подключен к питающей сети и через вольтодобавочный трансформатор создает добавку напряжения на вторичной обмотке, полностью компенсирующую провал напряжения при внешнем коротком замыкании или провале напряжения [4].

Также одно устройство ДКИН может быть использовано для повышения динамической устойчивости ответственной нагрузки, рассредоточенной вдоль линий электропередачи.

Для повышения эффективности компенсации провалов и искажений напряжения произведено совершенствование устройства ДКИН, связанное с фазовой синхронизацией токов и напряжений, что существенно расширяет функциональные возможности ДКИН. Устройство ДКИН может быть использовано как на стороне низкого напряжения, так и на стороне среднего напряжения.

При усложнении конфигурации систем электроснабжения эффективно совместное использование указанных устройств для снижения влияния пусковых режимов главных электроприводов резкопеременной нагрузки. При этом распределение долей на компенсацию потери напряжения может быть определено с учетом минимума приведенных затрат на эксплуатацию оборудования преобразователей частоты и ДКИН [5].

Таким образом, основные международные стандарты в области качества электрической энергии и электромагнитной совместимости устанавливают более жесткие требования в отношении уровня высших гармонических составляющих тока и напряжения, а также применительно к параметрам отклонений и провалов напряжения, что согласуется со спецификой ответственных потребителей минерально-сырьевого комплекса. Исходя из этого необходимо ужесточить нормы качества электрической энергии отечественного стандарта ГОСТ 32144-2013 по уровню высших гармоник, отклонений и провалов напряжения с целью обеспечения надежной и устойчивой работы технологического оборудования предприятий минерально-сырьевого комплекса.

Список литературы:

1. Абрамович Б.Н., Муратбакеев Э.Х., Медведев А.В., Старостин В.В. Минимизация ущерба при добыче нефти из-за кратковременных перерывов электроснабжения. Промышленная энергетика. 2009. № 7. С. 25—28.
2. Абрамович Б.Н., Полищук В.В., Сычев Ю.А. Система контроля и повышения качества электрической энергии в сетях предприятий минерально-сырьевого комплекса. Горное оборудование и электромеханика. 2009. № 9. С. 42—47.
3. Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А., Гульков Ю.В. Системы коррекции кривых тока и напряжения в электротехнических комплексах нефтедобывающих предприятий. Энергетика в нефтегазодобыче. 2005. № 1-2.
4. Гамазин С.И., Пупин В.М., Марков Ю.В. Обеспечение надежности электроснабжения и качества электроэнергии. // Промышленная энергетика. 2006. № 11. С. 51—56.
5. Пронин М.В., Воронцов А.Г., Калачиков П.Н., Емельянов А.П. Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями (моделирование, расчет, применение). Под редакцией Крутякова Е.А. Санкт-Петербург, «Силовые машины» «Электросила», 2004. 252 с. с ил.
6. Bettega E., Fiorina J.N. Active harmonic conditioners and unity power factor rectifiers. Cahier technique no. 183. Schneider Electric, 1999. 36 p.
7. Collombet C., Lupin J.M., Schonek J. Harmonic disturbances in networks, and their treatment. Cahier technique no. 152. Schneider Electric, 1999. 31 p.