3.2. Экспериментальные исследования гармонического состава кривых тока и напряжения на шинах 0,4 кВ тп нпп ооо «Киришинефтеоргсинтез»

В условиях ООО «Киришинефтеоргсинтез» проводится массовое внедрение автоматизированных приводов технологических установок, управляемых частотными преобразователями. Только при участии автора внедрено более 200 электроприводов переменного тока с ПЧ. На шинах низкого напряжения (НН) некоторых трансформаторных подстанций (ТП) 6/0,4 кВ доля данной нагрузки превышает 70%, что приводит к значительным искажениям форм кривых тока и напряжения. Гармоники воздействуют на все виды электротехнического оборудования и способны проникать на ступень напряжения 6 кВ, распространяясь на значительные расстояния от места генерации. Наиболее явно влияние высших гармоник проявляется в ухудшении качества телефонной и радиосвязи, отказах сетевой и технологической автоматики. Однако существуют и другие, менее явные, но более опасные воздействия, выражающиеся в дополнительной перегрузке силовых электрических и магнитных цепей, ложных срабатываниях аппаратуры защиты и управления, ускоренном старении изоляции. Длительное существование искаженной формы кривой напряжения наиболее опасно для батарей статических конденсаторов, так как приводит к их перегрузке по току и ускоренному разрушению.

Существенное влияние на уровень гармоник оказывает доля преобразовательной нагрузки, подключенной к шинам 0,4 кВ, зависящая от режима работы технологических установок. По результатам предварительного анализа параметров источников высших гармоник в сети питающего напряжения 0,4 кВ можно сделать следующие выводы:

• наличие гармоник, кратных трем крайне маловероятно;

• должны присутствовать гармоники порядков 6k ± 1, которые не должны достигать значительных амплитуд;

• есть вероятность появления гармоники 2-го порядка со значительной амплитудой из-за возможной несимметрии напряжений в питающей сети;

• возможно появление четных гармоник с незначительными амплитудами.

Измерения проводились на шинах подстанций ТП 24 и РТП 24 (Altivar 66), питающих газофракционные установки (ГФУ) и ТП 29А (ACS 600), питающей установку электрообессоливания нефти, совмещенную с атмосферно-вакуумной установкой (ЭЛОУ-АВТ 6).

В ходе измерения высших гармоник на шинах 0,4 кВ, питающих ТП решались следующие задачи:

1. Получение информации о фактических уровнях гармоник в сети переменного трехфазного тока 0,4 кВ;

2. Выявление причин неудовлетворительной работы электрооборудования вследствие высокого уровня высших гармоник.

Для решения поставленных задач использовалась измерительная система, блок-схема которой представлена на рис. 6.

Рис. 6. Блок-схема измерительной системы

Так как измерения проводились в сети 0,4 кВ, использовался неэкранированный резистивный делитель напряжения без компенсации паразитных емкостей на землю. При параметрах делителя 1:100 на вход осциллографа поступал сигнал переменного напряжения с действующим значением около 2,2 В и амплитудой 3,1 В. Данный тип делителей имеет практически идеальную амплитудно-частотную характеристику во всем диапазоне измеряемых частот. Низкое напряжение в силовой цепи позволяет пренебречь влиянием паразитных емкостей на землю.

Для регистрации спектра гармоник использовалась система в составе цифрового осциллографа DSO 2100 и переносного компьютера. Осциллограф использовался для записи кривых напряжения и в режиме анализатора спектра (FFT-режим). В режиме FFT производится сканирование группы частот для проведения измерения амплитуд отдельных частот внутри этой группы. При измерении гармоник соответствующие частоты сравнивались с основной частотой и изолировались от остальной части спектра с помощью внутреннего цифрового фильтра. Основные характеристики осциллографа приведены ниже.

Программное обеспечение осциллографа позволяет сохранять на жестком диске компьютера снятые кривые напряжения и спектры гармоник в специальном цифровом формате (dso) и точечном формате изображения (bmp), что облегчает последующую работу с ними.

При работе в режиме анализатора спектра осциллограф через фиксированные интервалы времени выдает группы данных о гармониках. Эти данные представляются в виде табличных действующих значений напряжений гармоник (табл. 4) и в графической форме (рис. 7). На рис. 8 приведена кривая напряжения, соответствующая спектру рис. 7.

Рис. 7. Выходной сигнал анализатора спектра, снятый в фазе В на шинах

0,4 кВ ТП 24А. Ширина полосы пропускания H_f = 1,25 кГц

Рис. 8. Кривая напряжения фазы В на шинах 0,4 кВ ТП 24А

(h_v = 2 В, h_t = 5 мс)

При полосе пропускания 1,25 кГц одно деление шкалы частоты осциллографа составляет Гц/дел (125 Гц/см). Одно деление шкалы напряженияh_v = 0,25 В. Величина шкалы напряжения H_v = 0,25×8 = 2,0 В. С учетом коэффициента делителя напряжения H_v = 200 В. Действующее значение напряжения U₁ = 223 В, что соответствует линейному напряжению на шинах ТП 223×1,73 = 385,8 В. Действующее значение n-ной гармоники составляет U_n×0,25×100.Амплитуды высшихгармоник для данного случая приведены в табл. 4.

Коэффициент несинусоидальности определялся по формуле

. (13)

Табл. 4

Амплитуды высших гармонических в кривой напряжения на шинах 0,4 кВ ТП 24А