Установки УКРМ, УКРМФ, УКРМТ, УКРМТФ и фильтры гармоник в сетях объектов инфраструктуры.
Типовые объекты инфраструктуры в городах и поселениях – станции водозабора, водоочистки, водоподготовки, водоснабжения, предприятия, пункты теплоснабжения, учреждения образования, включая детские ясли, сады, школы, техникумы, ВУЗы, общественные и коммерческие объекты (магазины, рынки, торговые, торгово-развлекательные, спортивные комплексы, административные учреждения, гостиницы и пр.), объекты и сети трамвайного, троллейбусного, автобусного транспорта, метрополитены, медицинские городки, больницы, поликлиники, в том числе и государственные, и частные, системы уличного освещения и т.д. и т.п., т.е. перечень инфраструктурных объектов очень большой и варьируется в зависимости от масштаба, населения, локализации города или ПГТ.
Практически во всех случаях объекты инфраструктуры запитаны от распределительных сетей общего пользования, но разного уровня напряжения – 35-330/6-10/0.4 кВ и их силовые сети находятся в балансовой принадлежности муниципальных властей, акционерных обществ разного типа, юридических лиц, обязанных выполнять требования технических условий на технологическое присоединение к распределительной сети и «Правил недискриминационного доступа...», в том числе пп. «в» п.14 разд. II (согласно Постановлению Правительства РФ N 937), где потребителю вменена обязанность обеспечивать «надлежащее техническое состояние и функциональность оборудования, регулирующего реактивную мощность», а также пп. «е» п.14 разд. II (согласно Постановлению N 1622), где определена обязанность потребителя «обеспечить на границе балансовой принадлежности с поставщиком или электросетевой компанией показатели качества электроэнергии и соотношения потребления активной и реактивной мощности, соответствующие обязательным требованиям ТУ на подключение». Т.е. вне зависимости от назначения, масштаба, права собственности, локализации, напряжения ТП подключения владелец объекта инфраструктуры города, ПГТ имеет обязанности по поддержанию качества электроэнергии, бесперебойности и стабильности электроснабжения путем обеспечения требуемого баланса мощностей за счет мероприятий по компенсации реактивной составляющей полной мощности.
Следует отдельно отметить, что хотя пока в ТУ на подключение к распределительной сети и Правила не внесены требования по регулированию уровня гармонических искажений в точке присоединения, но эта проблема остается важной, как для распределительной сети, так и для Абонента-потребителя, поскольку эмиссия (в конкретной абонентской или других абонентских сетях), а затем трансмиссия гармоник через ТП в точке присоединения снижает тот же коэффициент мощности, вызывает потери в кабельных линиях, трансформаторах, оборудовании, приводит к провалам и перенапряжениям, изменениям синусоиды фундаментальной частоты и т.д. Поэтому вполне ожидаемо, что в очень близкой перспективе ПАО «Россети» введет ограничения по THD(U) и/или THD(I), а значит Абоненту придется регулировать в точке присоединения переток не только реактивной мощности, но и гармоник.
Специфика нагрузок, потребления электроэнергии инфраструктурных объектов.
Если абстрагироваться от целевого назначения и права собственности объекта инфраструктуры города, ПГТ, то по потреблению электроэнергии (полной, активной, реактивной мощности), влиянию на качество и стабильность электроснабжения (через распределительную сеть) все инфраструктурные объекты можно разделить на следующие группы:
- объекты с мощными нелинейными нагрузками, подключенные к ТП среднего напряжения - системы тягового электроснабжения метрополитенов, контактного электротранспорта (троллейбусы, трамваи), где превалируют электроприемники первой категории и в силовых абонентских сетях используются свои понизительные ТП до уровня низкого (и ВРУ до сверхнизкого) напряжения.
Для таких объектов характерно использование ШИМ конвертеров, инвертеров, причем преобладают импульсные преобразователи, являющиеся и мощными потребителями реактивной энергии, и источниками эмиссии гармоник, причем с разными спектрами, зависящими от числа ветвей управляющего и силового блоков. Практически во всех случаях системы тягового электроснабжения нестабильны, что обусловлено работой электроприводов машин в неустановившемся режиме с потерями энергии при торможении, скачкообразным увеличением потребления при разгоне, значительными потерями в контактной сети из-за de facto непрогнозируемого режима работы. Это делает работу АСУ (при их наличии) сложной, а также определяет необходимость использования быстродействующих технических средств компенсации реактивной мощности и нивелирования эмиссии, трансмиссии гармоник.
К негативам систем тягового электроснабжения добавляются проблемы, характерные для комплектных преобразователей электроприводов насосных станций, компрессоров, систем вентиляции, водоснабжения, водоотведения, эскалаторов, лифтов, работающих от ТП низкого напряжения, а также выпрямителей и систем обеспечения административных зданий, складских терминалов, ремонтных предприятий/участков и т.п. Во всех сегментах силовых сетей таких объектов есть нагрузки, потребляющие реактивную энергию и/или являющиеся источниками эмиссии гармоник, которые затем передаются по своей сети и уходят трансмиссией в распределительную (и другие абонентские) силовые сети; - коммунальные (и частные) станции водозабора, водоподготовки, водоснабжения, водоотведения, водоочистки, а также пункты и станции теплоснабжения (с насосными установками/станциями, часто компрессорными, системами вентиляции, освещения и пр.).
Для этих силовых сетей, в основном питаемых от ТП 6-10/0.4 кВ, характерны нелинейные нагрузки (условно) средней мощности, большую часть из которых (по потреблению электроэнергии) сегодня составляют комплектные преобразователи электроприводов для двигателей постоянного или переменного тока, которые и потребляют реактивную энергию, и являются источниками эмиссии гармоник, причем даже в случае встроенного в комплектный преобразователь пассивного фильтра (или демпфирующего реактора) на входе по факту спектр генерируемых гармоник будет определяться нагрузкой исполнительного механизма привода.
В таких сетях при наличии АСУ предпочтительно использовать быстродействующие технические средства компенсации реактивной мощности – тиристорные конденсаторные установки УКРМТ (в идеале фильтрово-тиристорные УКРМТФ), без систем автоматического (или автоматизированного) управления – релейные УКРМ (или УКРМФ), но только после подтверждения энергетическим аудитом, что потребность в реактивной энергии монотонная (медленно изменяющаяся); - торговые, спортивные, торгово-развлекательные, а также офисные центры, большие складские терминалы, медицинские городки, крупные больницы и пр.
Основная нагрузка таких объектов - электромеханические комплексы (по ГОСТ IEC 61800-9-2), где популярно использование комплектных преобразователей для однокоординатного электропривода переменного или постоянного тока с регулируемой скоростью, по факту являющегося мощным источником эмиссии гармоник и потребителем реактивной энергии. На комплектных преобразователях построены электромеханические комплексы эскалаторов и конвейеров, лифтов и насосных станций, систем вентиляции, кондиционирования, автоматического открывания дверей, а также систем пожарной безопасности, водоснабжения и водоотведения. Вносят свою «лепту» системы энергосберегающего освещения, генерирующие гармонические искажения, источники бесперебойного питания электронного оборудования центров обработки информации и т.д.; - системы уличного освещения, гостиницы, образовательные учреждения, рынки, причалы, трейлерные стоянки и пр. В силовых сетях таких объектов в целом нелинейная нагрузка по мощности значительно меньше, чем в других категориях объектов, но суммарно их вклад в ухудшение качества электроэнергии, стабильности электроснабжения достаточно большой из-за перетока реактивной энергии и гармоник между абонентскими сетями.
Установки УКРМ, УКРМФ, УКРМТ, УКРМТФ и фильтры гармоник в сетях объектов инфраструктуры.
Необходимость, целесообразность применения, тип, мощность, место интеграции установок УКРМ, УКРМФ, УКРМТ, УКРМТФ и фильтров гармоник должно быть обосновано для каждого конкретного объекта инфраструктуры, а часто и для отдельные сегментов силовой сети этого объекта. Такой подход является единственно верным, и он должен реализоваться исключительно на данных анализа результатов полного энергетического аудита инфраструктурного объекта, причем в идеале такой аудит должна проводить компания-интегратор технических средств компенсации реактивной мощности и нивелирования эмиссии, трансмиссии гармоник.
Как при Заказе, так и при проектировании интеграции технических средств компенсации реактивной мощности и нивелирования эмиссии, трансмиссии гармоник необходимо помнить, что:
- практически в любой силовой сети любого конкретного инфраструктурного объекта есть оборудование, системы, работающие постоянно (круглосуточно или в рабочее время) со стабильным уровнем потребности в реактивной энергии.
Т.е. здесь такую «фоновую» потребность можно компенсировать с помощью недорогих нерегулируемых (включаемых вручную или контроллером по расписанию) конденсаторных установок, батарей, конденсаторных модулей, однако при наличии в силовой сети гармоник критических амплитуд для защиты конденсаторов в установку, батарею, модуль следует интегрировать L-C колебательный «резонансный» контур; - в сегментах силовой сети с монотонно (медленно) возрастающей/убывающей потребностью в реактивной энергии практично использовать релейные конденсаторные установки коррекции (повышения) коэффициента мощности УКРМ (а при наличии гармоник критических амплитуд – фильтровые УКРМФ с L-C колебательным «резонансным» контуром), что позволит экономить электроэнергию с небольшими стартовыми финансовыми инвестициями и без рисков пере- или недо- компенсации, вызывающими скачки напряжения, набросы токов и пр.;
- в сегментах силовой сети с быстроизменяющейся потребностью в реактивной энергии (а также в сетях под управлением АСУ) нужно использовать быстродействующие конденсаторные установки коррекции (повышения) коэффициента мощности УКРМТ с коммутацией ступеней тиристорными свитчами (а при наличии гармоник критических амплитуд – фильтровые УКРМТФ с L-C колебательным «резонансным» контуром).
Наряду с этим в ряде случаев целесообразно применение гибридных конденсаторных установок с релейной коммутацией и неуправляемыми ступенями (для срезания фоновой потребности), с тиристорным включением/отключением и неуправляемыми ступенями и т.д. что позволит уменьшить стартовые инвестиции, но без снижения эффективности работы сборки по компенсации реактивной мощности.
ПРОМЫШЛЕННОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО