Фильтровые тиристорные конденсаторные установки коррекции коэффициента мощности

Анонс: Конденсаторные установки повышения коэффициента мощности и текущее состояние и проблемы силовых сетей промышленных и непромышленных объектов. Фильтровые тиристорные конденсаторные установки коррекции коэффициента мощности.

Конденсаторные установки с коммутацией ступеней полупроводниковыми вентилями (тиристорными свитчами) и защитой конденсаторов от токов гармоник колебательными L-C контурами (фильтровые) УКРМТФ сегодня уже рассматриваются профильными специалистами и de facto грамотными представителями менеджментов объектов разного назначения, как техническое средство повышения коэффициента мощности первого выбора.

В целом это и не удивительно, поскольку:

• на текущем этапе силовые сети практически всех промышленных и подавляющего большинства непромышленных объектов построены на оборудовании не только с высокой потребностью в реактивной энергии, но и с быстроизменяющимися нелинейными характеристиками;
• большинство энергосистем объектов управляется автоматическими (или, как минимум, автоматизированными) системами (АСУ), где необходимо минимально возможное время отклика на управляющие сигналы (в требованиях ПАО Россети не более 30 мкс);
• реанимированный в сентябре 2023 года (Постановлением Правительства РФ N 1473) национальный тренд энергосбережения и повышения энергетической эффективности в совокупности с цифровизацией экономики для реализации требуют внедрения в производство и инфраструктуру контролируемого и энергосберегающего оборудования на преобразователях, а это та же нагрузка с быстроизменяющейся вольтамперной характеристикой;
• уже практически не осталось «чистых» от гармонических искажений и перетоков реактивной энергии силовых сетей, причем даже небольшие предприятия с преимущественно линейной нагрузкой получают свою «долю» проблем из-за трансмиссии гармоник и неактивной мощности из распределительной сети.

Такое состояние силовых сетей обуславливает сомнительное качество электроэнергии (из-за загрязнения гармониками и перетока реактивной энергии), аварийность энергосистем, высокие риски остановки/нарушения производственно-технологических процессов, быстрый износ оборудования и т.д., а проблема может быть решена только с помощью быстродействующих УКРМТ, причем в «фильтровой» версии (УКРМТФ), обеспечивающей бесперебойную и надежную работу конденсаторной установки.

Так же целесообразными (по сравнительно небольшим инвестициям и достаточно высокой эффективности) будут релейные УКРМ, а в идеале фильтровые УКРМФ для индивидуальной или групповой компенсации потребности в реактивной мощности нагрузки с медленно (монотонно) изменяющейся вольтамперной характеристикой. Однако в автоматических АСУ использование релейных УКРМ, УКРМФ может быть ограничено требованиями по быстроте отклика, определяемыми, как самой АСУ, так и ПЛК в ее архитектуре.

Фильтровые тиристорные конденсаторные установки коррекции коэффициента мощности.

Упрощенно фильтровые тиристорные конденсаторные установки коррекции коэффициента мощности УКРМТФ отличаются от тех же УКРМФ только способом коммутации (включения, отключения) ступеней, для которой используются бездуговые бесконтактные, а иногда гибридные контактно-бесконтактные полупроводниковые вентиля на GTO, GCT или IGCT тиристорах.

Лучшим (на текущий момент) пока остается коммутация на IGCT тиристорах (Integrated Gate Commutated Thyristor), которая обеспечивает: время отклика (включения/отключения) в пределах от 10 до 20 мкс, что полностью соответствует требованиям ПАО Россети; сокращение потерь в 20 – 40 раз при меньшей мощности в отличие от биполярных IGBT транзисторов; полную совместимость с диодами в вентилях и существенно меньшую удельную стоимость мощности в силовом блоке.

Для защиты установок УКРМТФ от наброса токов гармоник критических амплитуд используются колебательные L-C контура из реакторов и конденсаторов. Импеданс L-C контура настраивается на минимальное значение на резонансной частоте критической гармоники, из-за чего гармонические токи попадают в «ловушку» контура и постепенно «угасают», а конденсаторы установки эксплуатируются в рабочем режиме.