УКРМ и фильтры гармоник в обеспечении стабильности работы технологического оборудования

Анонс: Технологическое оборудование в силовой сети объекта. Проблемы работы технологического оборудования в силовой сети и основные причины возникновения этих проблем. УКРМ и фильтры гармоник в обеспечении стабильности работы технологического оборудования.

Технологическое оборудование - средства технологического оснащения (по ГОСТ 3.1109 и ГОСТ 14.004: Технологическая подготовка производства), орудия производства (по ГОСТ Р 51750: Энергосбережение. Методика определения энергоемкости), технические устройства (по ГОСТ 23004: Механизация и автоматизация технологических процессов) или совокупность технических средств и устройств (по ГОСТ Р 53802-2010: Системы и комплексы космические), используемые (упрощенно) для реализации производственно-технологического процесса от небольшой пекарни до ракетно-космического комплекса.

Таким образом в силовой сети объектов de facto - это превалирующая доля оборудования, а на современных производствах вдобавок – автоматического, функционирующего и управляемого по заданному алгоритму и, как правило, без непосредственного участия людей.

Проблемы работы технологического оборудования в силовой сети и основные причины возникновения этих проблем.

Если речь идет об объектах повышенной, высокой или завершенной категории автоматизации технологических процессов, то технологическое оборудование имеет или интегрированные управляющие блоки на полупроводниковых схемах, или коммутацию с программно-логическими контроллерами, которые используются для обмена данными с программно-аппаратными комплексами систем автоматического управления.

Одновременно с этим время «отклика» технологического оборудования на управляющие сигналы с комплексов SCADA/DMS/OMS/WFM АСУ ТП, АИИС и пр. тем меньше, чем совершеннее производство и по требованиям ПАО «Россети» не более до 20 мс, что реально только при использовании в управляющем и силовом блоках полупроводников (тиристоров, транзисторов последних поколений). В то же время литейные машины, прессы и станки, печи и гальванические ванны, испытательные стенды и электроприводы, сварочные комплексы и автоматические конвейерные линии сегодня работают на ШИМ преобразователях – конвертерах, инверторах, выпрямителях, которые генерируют в сеть интенсивные гармонические возмущения по 13-й, 23-й, 25-й гармоникам (12-импульсные ШИМ преобразователи), по 5-й, 7-й, 11-й, 13-й, 17-1, 19-й, 23-й, 25-й гармоникам (6-тиимпульсные ШИМ преобразователи), а также используют силовые трансформаторы, набрасывающие в сеть гармоники, кратные 3 (n = 3*(2k + 1) при k – ряд 0, 1, 2…), формирующие систему нулевой последовательности (одинаковые значения в каждый момент времени) и суммирующиеся в нулевом проводе с получением тока амплитуды 1.05 - 1.2 от номинального значения в фазе.

Т.е. упрощенно технологическое оборудование - чувствительная нелинейная нагрузка, которая в дополнение к потребляемой реактивной мощности генерирует гармоники нечетных, четных порядков, и еще - интергармоники с частотами f = 50*n ± 8,8 Гц (здесь n - ряд целых чисел), которые крайне негативно влияют практически на все каналы информационной связи управляющих контроллеров с программно-аппаратными комплексами систем автоматизации от искажения передачи пакетов данных до полного обрыва телекоммуникации с возникновением аварийной ситуации и нарушением (или полной остановкой) производственно-технологического процесса.

Значит в действительности технологическое оборудование в современной силовой сети является не только «потерпевшей стороной», но и «виновником» типовых проблем - отклонений, перепадов, несинусоидальности, несимметрии напряжения, отклонений частоты, бросков токов, а значит несет полную ответственность за аварийные ситуации и нарушения производственных процессов. Причем ситуация в перспективе будет только ухудшаться, если не принимать меры по компенсации реактивной мощности на фундаментальной частоте в совокупности с блокированием (или полным нивелированием) гармоник, как генерируемых собственным технологическим оборудованием, так и мигрирующих в силовую сеть объекта через распределительную (и Субабонентскую) сеть.

Поэтому в ЕС в дополнение к действующим регламентам IEEE Std 519, IEC 61642 в прошлом году даже несмотря на пандемию ввели IEEE 1531-2020 с рекомендациями по проектированию, интеграции фильтров гармоник в силовых сетях, включая промышленные низковольтные и электрические сети среднего напряжения, а у нас приняты и действуют ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, формализующие, как нормы электромагнитной эмиссии (и трансмиссии), так и ответственности сторон за их исполнение (см. этот материал), а также пакет стандартов ГОСТ Р 59032.1/4-2020 по гармоническим искажениям, способам и техническим средствам для их устранения.

Установки компенсации реактивной мощности и фильтры гармоник в обеспечении стабильности работы технологического оборудования.

Пока единственным действенным способом обеспечения безаварийности объектов, стабильности производственных процессов и оптимального режима работы технологического оборудования остается формирование «чистых» силовых сетей низкого и среднего напряжения, а это вполне реально даже в условиях стагнации экономики из-за пандемии (в совокупности с пакетом других факторов) при правильном подходе к выбору и интеграции технических средств компенсации реактивной мощности (на фундаментальной частоте) и нивелирования гармоник (на нефундаментальных частотах).

Для решения существующей и, в перспективе цифровой трансформации нарастающей проблемы команда «МИРКОН» предлагает действовать по следующему алгоритму:

• провести полноценный энергоаудит объекта с определением спектра и амплитуд гармоник вплоть по 49 порядка, что позволит выявить «узкие» места по дефициту реактивной мощности, эмиссии гармонических искажений, наличие и объем трансмиссии гармоник из распределительной сети, а значит определить требуемый пакет технических средств, места их интеграции и дополнительно просчитать реальные финансовые выгоды для бизнеса, как от установок компенсации реактивной мощности, так и от применения фильтров гармоник;
• в зависимости от текущего финансового положения объекта выбрать пакеты:
  - релейная УКРМ, но в модульном исполнении для оперативной модернизации до уровня «цифровых» тиристорных УКРМТ плюс шунтирующие пассивные фильтры гармоник;
  - тиристорные установки компенсации реактивной мощности УКРМТ плюс шунтирующие пассивные фильтры гармоник;
  - тиристорные УКРМТ плюс активные фильтры гармоник (АФГ), но только в совокупности с шунтирующими пассивными фильтрами, которые будут нивелировать наброс гармонических токов в сеть ШИМ преобразователем АФГ выше места подключения.

Предварительно посчитать объемы перетока реактивной мощности можно на простом калькуляторе здесь, а специалисты компании «МИРКОН» могут детализовать реальные финансовые, технические и технологические преимущества пакетного устранения искажений на фундаментальной и нефундаментальных частотах для конкретной силовой сети.

Возврат к списку