Фильтрокомпенсирующая конденсаторная установка

Изобретение относится к электроэнергетике трехфазного переменного тока и может быть использовано с целью компенсации реактивной мощности и повышения качества электроэнергии в электрической сети. Техническим результатом предложенного решения является обеспечение защиты конденсаторов от влияния токов высших гармоник, снижение количества содержащихся в сети высших гармоник, ограничение бросков пусковых токов при коммутации фильтрокомпенсирующей конденсаторной установки, модульный принцип увеличения количества фильтрокомпенсирующих конденсаторных секций, стабилизацию температурного режима, что важно при работе установки в условиях низких температур. Фильтрокомпенсирующая конденсаторная установка, содержащая трехфазные фильтрокомпенсирующие конденсаторные секции и коммутационную аппаратуру, отличающаяся тем, что имеет фазочувствительное устройство, однофазные тороидальные дроссели и регулятор реактивной мощности, а секции имеют различную мощность и настроены в резонанс на частоты фильтруемых гармоник, каждая секция состоит из девяти однофазных конденсаторов одинаковой мощности, соединенных в треугольники, и объединенные между собой так, что две вершины каждого из трех треугольников соединены каждая соответственно с вершиной одного из двух оставшихся треугольников, в полученном треугольнике каждая грань имеет три зажима и два конденсатора, зажимы в вершинах треугольника подключены к сети через коммутационный аппарат, выполненный трехполюсным, при этом фазочувствительное устройство включено последовательно с однофазными тороидальными дросселями и приводится в действие регулятором реактивной мощности. 1 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетике трехфазного переменного тока и может быть использовано с целью компенсации реактивной мощности и повышения качества электроэнергии в электрической сети.

Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности и фильтрокомпенсирующие устройства известны.

Известна, например, трехфазная симметричная силовая конденсаторная батарея (см. патент РФ №2024152, H02J 3/18, 1994). Сущность изобретения состоит в том, что из нескольких секций одинаковых блоков однофазных конденсаторов, соединенных в треугольник путем последовательного объединения контактов, составлен многополюсный единый контур, из контактных точек которого через несколько трехполюсных выключателей выполнены соединения с трехфазной сетью. Недостатком аналога является его конструктивная сложность, подверженность отрицательному влиянию токов высших гармоник (см. И.В.Жежеленко. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергия, 1974, стр.20-22, 71-86), что ограничивает область применения данной конструкции, а также большие броски переходных токов при коммутациях данной конденсаторной батареи (см. Берковский A.M., Лысков Ю.И. Мощные конденсаторные батареи. М.: Энергия, 1967), которые могут многократно превышать номинальные значения, что приводит к преждевременному выходу из строя наиболее дорогой части батареи - конденсаторов, а также быстрому изнашиванию коммутационной аппаратуры.

Известны также фильтрокомпенсирующие устройства. Трехчастотное трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство (см. авторское свидельство №1718326, H02J 3/18, 1992), содержащее три трехфазные группы конденсаторно-реакторных ветвей. Трехфазное четырехчастотное фильтрокомпенсирующее устройство (см. авторское свидетельство №1718327, H02J 3/18, 1992), содержащее по четыре трехфазные группы конденсаторов и реакторов. Трехфазное комбинированное фильтрокомпенсирующее устройство (см. авторское свидетельство №1718328, H02J 3/18, 1988), содержащее три трехфазные группы фильтровых реакторов, три трехфазные группы конденсаторов. Недостатки данных аналогов общие - это конструктивная сложность, выражающаяся в множественности конструктивных и функциональных связей, снижающих надежность устройства.

За прототип нами выбрана конденсаторная установка (см. авторское свидетельство СССР №1495903, H02J 3/18, 1989), содержащая три трехфазные конденсаторные секции одинаковой мощности, состоящие из трех трехфазных звеньев, включенных звездой или треугольником. Фазные выводы каждого звена секции предназначены для подключения к фазам сети через соответствующий двухполюсный или однополюсный коммутационный аппарат. Установка имеет шесть ступеней мощности при трех одинаковых конденсаторных секциях, каждая из которых состоит из трех треугольных звеньев.

Недостатками прототипа являются: незначительная разница мощностей ступеней регулирования каждой секции при одинаковых однофазных конденсаторах, которая составляет всего 11%; отсутствие унификации в применении элементов регулирования - разнополюсные коммутационные аппараты; ограниченное количество ступеней регулирования; значительный пусковой ток на первой ступени регулирования.

Техническим результатом предложенного решения являются обеспечение защиты конденсаторов от влияния токов высших гармоник, снижение количества содержащихся в сети высших гармоник, ограничение бросков пусковых токов при коммутации фильтрокомпенсирующей конденсаторной установки, модульный принцип увеличения количества фильтрокомпенсирующих конденсаторных секций, стабилизация температурного режима, что важно при работе установки в условиях низких температур.

Для достижения технического результата фильтрокомпенсирующая конденсаторная установка содержит трехфазные фильтрокомпенсирующие конденсаторные секции и коммутационную аппаратуру, отличается тем, что имеет фазочувствительное устройство, однофазные тороидальные дроссели и регулятор реактивной мощности, а секции имеют различную мощность и настроены в резонанс на частоты фильтруемых гармоник, каждая секция состоит из девяти однофазных конденсаторов одинаковой мощности, соединенных в треугольники, и объединенных между собой так, что две вершины каждого из трех треугольников соединены каждая соответственно с вершиной одного из двух оставшихся треугольников, в полученном треугольнике каждая грань имеет три зажима и два конденсатора, зажимы в вершинах треугольника подключены к сети через коммутационный аппарат, выполненный трехполюсным, при этом фазочувствительное устройство включено последовательно с однофазными тороидальными дросселями и приводится в действие регулятором реактивной мощности.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема заявляемой фильтрокомпенсирующей конденсаторной установки. Установка содержит одинаковые конденсаторные секции 1, 2...N различной мощности. Секция в свою очередь состоит из девяти одинаковых однофазных конденсаторов, объединенных в треугольники 3, 4, 5. Каждая секция фильтрокомпенсирующей конденсаторной установки имеет две ступени регулирования мощности, первая ступень подключается к сети 11, 12, 13 через трехполюсный коммутационный аппарат 6 первой ступени и находиться постоянно включенной. Вторая ступень регулирования обеспечивается коммутацией фазочувствительного устройства 7, которое включает последовательно с секцией три однофазных тороидальных дросселя 8, 9, 10. Коммутация второй ступени регулирования отличается тем, что между ней и регулятором реактивной мощности (не показан) включено фазочувствительное устройство 7, позволяющее производить коммутации ступени с заданной начальной фазой, благодаря чему достигается необходимый эффект снижения пускового тока, исходя из известности влияния на максимальное значение переходного тока при коммутации электрической цепи с емкостью начальной фазы включения (см. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: Высшая школа 1984, стр.198-253).

Принцип действия изобретения состоит в следующем - с появлением в сети перетоков реактивной мощности регулятор мощности отслеживает ее значение. Постоянно включенная трехполюсным коммутирующим аппаратом 6 часть мощности секции обеспечивает компенсацию реактивной мощности без фильтрации сети до определенного порогового значения (уставки регулятора), при превышении этого предела регулятор реактивной мощности подает напряжение на фазочувствительное устройство 7, которое включает дополнительную мощность секции, данная коммутация не сопровождается значительными бросками тока благодаря последовательно включаемым дросселям и наилучшей начальной фазе включения. Фильтрация сети обеспечивается резонансным контуром, настроенным на определенную гармонику, то есть сопротивление цепи емкость - индуктивность для нее минимально и в цепи будет выделяться только одна гармоника и подавляться другие. По сравнению с режимом работы без дросселей, когда в цепи присутствуют все гармоники сети, конденсаторы перегружены по напряжению и току, что в конечном итоге ведет к выходу их из строя. Секции фильтрокомпенсирующей конденсаторной установки настраиваются на частоты разных гармоник, что позволяет достичь эффективной фильтрации питающей сети.

Постоянно включенная мощность фильтрокомпенсирующей конденсаторной батареи, составляющая примерно 20%, обеспечивает компенсацию реактивной мощности холостого хода питающего силового трансформатора сети и нагрузки, а также стабилизацию теплового режима работы батареи за счет поддержания постоянства температуры.

Применение фазочувствительных устройств в совокупности с однофазными тороидальными дросселями и модульный принцип конструкции позволяет обеспечивать эффективную компенсацию реактивной мощности в распределительных сетях благодаря повышению надежности работы фильтрокомпенсирующей конденсаторной установки. Тем самым снизив стоимость годовых эксплутационных издержек, становится возможно получить максимальный экономический эффект от компенсации реактивной мощности в электросетях.

Фильтрокомпенсирующая конденсаторная установка, содержащая трехфазные фильтрокомпенсирующие конденсаторные секции и коммутационные аппараты, отличающаяся тем, что имеет фазочувствительное устройство, однофазные тороидальные дроссели и регулятор реактивной мощности, а секции имеют различную мощность и настроены в резонанс на частоты фильтруемых гармоник, каждая секция состоит из девяти однофазных конденсаторов одинаковой мощности, соединенных в треугольники и объединенных между собой так, что две вершины каждого из трех треугольников соединены каждая соответственно с вершиной одного из двух оставшихся треугольников, в полученном треугольнике каждая грань имеет три зажима и два конденсатора,при этом каждая трехфазная фильтрокомпенсирующая конденсаторная секция имеет две ступени регулирования мощности, первая из которых подключена к сети через трехполюсный коммутационный аппарат, вторая ступень регулирования обеспечивается коммутацией фазочувствительного устройства, которое включает последовательно с указанной секцией три однофазных тороидальных дросселя и приводится в действие регулятором реактивной мощности.