Расчет силовых резонансных фильтров

 

Существующая практика применения резонансных фильтров основывается на использовании комплекта фильтров, настроенных по возможности точно на частоты гармоник, преобладающих в амплитудном спектре токов нелинейных нагрузок. Такой подход определялся, главным образом, стремлением снизить уровень гармоник в сети до минимального значения (теоретически до нуля). Применение фильтров малой и средней мощности (с отношением мощности батарей фильтра Qр к мощности короткого замыкания сети Sкз порядка Кр = Qр/Sкз< 0, 01) обусловливало повышенные требования к точности настройки с целью избежать усиление отдельных гармоник напряжения в сети, перегрузки фильтров и других неблагоприятных явлений.

Возрастание удельного веса нелинейных нагрузок, имеющих низкий коэффициент мощности, привело к необходимости применять в составе фильтров батареи конденсаторов весьма большой мощности (Кр > 0, 015), что позволило значительно снизить требования к точности настройки фильтров. Следует также отметить, что ущерб, обусловленный высшими гармониками тока и напряжения в сети максимален при значительных величинах напряжения гармоник и уменьшается в квадратичной зависимости. Поэтому необходимость полного снижения уровней гармоник на основе экономических соображений, практически отсутствует; достаточно снизить их до предела, определяемого техническими требованиями, например, до значения коэффициента несинусоидальности 5%, допустимого согласно ГОСТ 13109-67. При таком подходе в рассматриваемом случае (Кр> 0, 015 ) отпадает необходимость устанавливать большое число фильтров.

Действующее значение основной и высших гармоник

;

где n - порядковый номер гармоники

;

;

;

;

Реактивная мощность преобразователя подлежащая компенсации

Q=7, 43/2=3, 715МВАр;

По табл.16-19 [6] выбираем конденсатор:

тип КС2-6, 3-100-2УЗ

емкость С=8, 03мкФ; цена Ц=2, 15у.е./кВАр.

Вариант распределения реактивной мощности между фильтрами

Ф11 Q=1, 5МВАр – 5 параллельно включенных конденсаторов в каждой фазе

Ф13 Q=1, 5МВАр – 5 параллельно включенных конденсаторов в каждой фазе

Ф23 Q=0, 9МВАр – 3 параллельно включенных конденсаторов в каждой фазе

Фильтр 25 гармоники не устанавливаем, т.к. имеем перекомпенсацию реактивной мощности.

Рассмотрим необходимость установки Ф23 гармоники с точки зрения обоснования точности настройки СРФ.

Ф11 ;

Ф13 ;

Ф23 ;

Т.к. , то снижать требования к точности настройки СРФ нельзя и необходимо использовать все 3 СРФ.

;

 

Анормальные гармоники, генерируемые вентильными преобразователями

 

При симметрии управляющих импульсов систем импульсно-фазового управления вентильные преобразователи являются источниками нечетных высших гармоник тока, которые могут быть найдены по соответствующим формулам или кривым. При гармоническом анализе кривых линейных токов управляемых преобразователей в ряде случаев имеет место асимметрия управляющих импульсов; углы управления a по отдельным каналам системы управления могут отличаться друг от друга и от установочного значения a на величину ошибки.

Наличие ошибок углов управления в статическом режиме работы преобразователя обусловливается разбросом параметров элементов, из которых собраны устройства импульсно-фазового управления, а также несовершенством частотных фильтров на входе этих устройств; последнее существенно при питании их от сети с несинусоидальным напряжением. Появление значительных ошибок возможно также при некачественной настройке систем импульсно-фазового управления. При 6-фаз-ной схеме в спектре тока преобразователя содержатся как гармоники канонических порядков (n=5; 7; 11; 13 ), так и неканонические, или анормальные гармоники (n=2; 3; 4; 6; 8; 9; 10...).

Распределение ошибок углов зажигания управляемых вентилей подчиняется нормальному закону. Это объясняется в первую очередь тем, что на величину ошибки влияет большое число независимых случайных факторов.

Величины анормальных гармоник тока, генерируемых вентильными преобразователями, очень малы; они не могут создать значительных гармоник напряжения в питающей сети.

 

Параметры силовых фильтров

 

Цепи фильтров включаются в звезду с изолированной нейтралью, соединение в треугольник не применяется из опасения, что перекрытие изоляции одной фазы конденсаторов, приводящее к междуфазному замыканию, может вызвать большие повреждения фильтров. К нулевой точке в большинстве случаев подключаются реакторы; при этом корпусная изоляция конденсаторов имеет напряжение относительно земли на несколько процентов меньше, чем в случае, когда к нулевой точке подключены, конденсаторы; это соображение считается существенным и такое включение является рекомендуемым.

В соответствии с техническими условиями эксплуатации батарей конденсаторов, принятыми в большинстве европейских стран, длительно допустимые превышения напряжения и тока сверх номинальных значений лимитируются некоторыми величинами соответственно Си и Ci (в долях от номинальных значений). Согласно ГОСТ1282-68 Си ==1, 1 и Сi ==1, 3; длительные перегрузки конденсаторов приводят к сокращению срока службы их.

Для конденсаторов, работающих в схемах силовых фильтров, стремятся не допускать превышения напряжения в сравнении с номинальным значением (Сu=1) Фазное напряжение промышленной частоты на зажимах батареи конденсаторов фильтра  определяется по формуле

, (6.5)

где Un—фазное напряжение промышленной частоты на шинах подстанции.

, (6.6)

Коэффициент  характеризует степень увеличения напряжения на батарее, в сравнении с напряжением на шинах за счет последовательного включения реактора.

;

;

;

Напряжение n-й гармоники на конденсаторах при соединении в звезду

, (6.7)

где Inб — ток n-й гармоники, протекающий в батарее кон­денсаторов;  — емкостное сопротивление ее при промышленной частоте.

;

;

;

Номинальный ток батареи конденсаторов:

, (6.8)

Ф11 ;

Ф13 ;

Ф23 ;

Проверка выбранных батарей конденсаторов производиться по условию допустимой перегрузки по напряжению:

, (6.9)

где ;

Ф11 ;

Ф13 ;

Ф23 ;

Проверка выбранных батарей конденсаторов по условию допустимой перегрузки по току:

, (6.10)

Учитывая возможность проникновения в фильтр других гармоник помимо той, на которую он настроен, целесообразно выбрать коэффициент Сi с некоторым запасом; окончательно второе условие для выбора батарей фильтров представим в виде

, (6.11)

Ф11 ,  - условие не выполняется.

В реальных условиях необходимо принимать во внимание отклонения емкости от номинальных значений. Данное отклонение рассмотрим ниже.

Ф13 ,  - условие выполняется;

Ф23 ,  - условие выполняется;

Выбор реактора производим по уравнению идеального резонанса. При идеальной настройке в резонанс и номинальных значениях индуктивности Lном и емкости Сном справедливо следующее соотношение:

, (6.12)

, (6.13)

Ф11 ;

Ф13 ;

Ф23 ;

По табл.4-30 [3] выбираем:

Ф11 тип РБА-6-200-4

;

DР=5, 1кВт на фазу, Ц=1720у.е.

По табл.16-38 [6] выбираем:

Ф13 тип РБАС-6-2х1000-4

;

DР=8, 5кВт на фазу

По табл.16-38 [6] выбираем:

Ф23 тип РБАС-6-2х600-4

 - одной ветви

DР=7, 5кВт на фазу

Отклонения индуктивности и емкости от номинальных значений.

Индуктивность L имеет отклонение, обусловленное несовершенством технологии изготовления реакторов:

; (6.14)

где относительное отклонение индуктивности от номинального значения .

Согласно ГОСТ 1479-69 допускается относительное отклонение индуктивности в пределах 0—15%.

В реальных условиях вследствие изменения геометрических размеров реактора в зависимости от температуры нагрева индуктивность его несколько возрастает с температурой; однако это изменение незначительно и им можно пренебречь.

Емкость батарей конденсаторов С также имеет отклонение DС от номинального значения, обусловленное в первую очередь разной толщиной бумаги, пропитываемой синтетическими жидкостями:

, (6.15)

где относительное отклонение емкости от номинального значения .

Согласно ГОСТ 1282-68 допускается относительное отклонение емкости конденсаторов в пределах -5 +10%.

Зависимость емкости батареи конденсаторов Сt от температуры нагрева определяется известным соотношением

, (6.16)

Здесь Со - величина емкости при температуре 20 °С;

Dt = t °-20°; —температурный коэффициент емкости;

для конденсаторов с пропиткой синтетическими жидкостями он равен -4—8•10^-4 1/°С.

Таким образом, выражение для емкости конденсаторов одной фазы фильтра можно представить в виде

, (6.17)

С учетом выше изложенного, сделаем перерасчет для фильтра 11 гармоники по допустимой перегрузки по току.

;

;

Ф11 , 1, 14> 1, 12 – превышение допустимого тока на 1, 7%.

Индуктивное и емкостное сопротивления фильтра изменяются с изменением частоты питающей сети. Обозначив через Dw отклонение частоты от номинального значения, можем записать:

, (6.18)

где относительное отклонение частот от номинального значения .

Абсолютная величина реактивного сопротивления фильтра гармоники DXфn при расстройке резонансного контура вследствие отклонений индуктивности и емкости от номинальных значений представляется выражением

, (6.19)

Реальные значения и пределы изменения величин, входящих в формулу, следующие:

Dt=0—60°С; = -0, 02 -0, 01.

Ф11 ;

=

= -83Ом – отклонение носит емкостной характер.

Ф13 ;

=

= -70Ом – отклонение носит емкостной характер.

Ф23 ,

=

= -12Ом – отклонение носит емкостной характер.

Относительное отклонение реактивного сопротивления фильтра от величины емкостного сопротивления при идеальной резонансной настройке выражается формулой

, (6.20)

Ф11 ;

Ф13 ;

Ф23 ;

a—это коэффициент, характеризующий расстройку фильтра в зависимости от возможных отклонений индуктивности и емкости, обусловленных технологическими и эксплуатационными условиями. Требуется, чтобы ç aï < 0, 1, таким образом, возможная расстройка может достигать двух порядков.

Оценим величину относительного отклонения реактивного сопротивления фильтра  на нерезонансных частотах в частности на частоте n=13. Реактивное сопротивление фильтра на частоте гармоники порядка :

, (6.21)

;

 - отклонение реактивного сопротивления фильтра на нерезонансных частотах можно не учитывать.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: