Фильтро-компенсирующие устройства

Задание:

  Рассчитать параметры  фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ) в системе электроснабжения промышленного предприятия. При проектировании ФКУ рассмотреть следующие вопросы:

1. оценить возможность применения батареи конденсаторов для компенсации реактивной мощности на стороне НН Т₁;
2. определить параметры ФКУ на основе силового резонансного фильтра, настроенного на частоту наибольшей гармоники в спектре тока преобразователя;
3. определить оптимальные параметры ФКУ на частоте фильтруемой гармоники.

 

 

 

                                        G

 

 

 

 

 

                                        W

 

 

 

 

 

                                              T₁

 

 

 

 

 

T₂                                                             М

 

 

 

 

 

 

Sпр.

 

 

Вариант	Тип трансформатора Т1	Мощность/UК% /PКЗ  тр-ра Т2	Мощность/cosφ преобр.	Вариант	Длина/ сечение ВЛ	Фазность преобр.	Тип ЭД М	QЭ, квар
8	ТДН-16000/110/10	10000/14/85	10000/0,8	8	70/240	12	СТД-2000-2	3000

 

 

Мощность Т1 – 16000 кВА

Мощность Т2 – 10000 кВА

Uк = 14 %

∆Pкз = 85

Мощность преобразователя Sпр = 10000 кВА

cos (j преобр.) = 0,8

Длина ВЛ  l = 70 км

Сечение ВЛ – 240

Фазность преобразователя  m = 12

ЭД – СТД – 2000-2

Qэ = 3000 кВар

Технические параметры  электрического оборудования входящие в систему энергосбережения.

 

Параметры трансформатора Т1:

Тип - TДН - 16000/110/10

Номинальная мощность Sн = 16МВА

U вн – ВН – 115кВ

U нн – НН – 11кВ

Потери: ∆ Р_х.х = 26кВт.

              ∆ Р_к.з. =  90кВт.

I_x.x = 0,8%

U_к.з. = 10,5% - напряжение к.з. на номинальной ступени

 

Электродвигатель  СТД-2000-2

Рном  = 2000 кВт

Uном  = 6 кВ

nном.= 2985 об/мин.

Sном  = 2300кВа

η = 96,29%

cos φ_ном.=0,91

I ном=221А

 

Возбудитель:

Uв.ном  = 59В

I в.ном=290А

J=0,123 mм²

 

Сталеалюминевые провода  (ВЛ).

 

Сечение провода S=240мм²

Активное сопротивление r₀=12 Ом/100км. При t=20⁰ C

Индуктивное сопротивление  х₀=40.1 Ом.

Емкостная проводимость b₀=2,85*10^-4См.

Зарядная мощность  g₀=3,75 Мвар.на 100км.

 

Пусковые  характеристики:

К_n= I_n/I_ном = 6,91

М_n/М_ном = 2,23

М_s*0.05/М_ном = 1.63

масса 8210 кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проектирование фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ)

в системе электроснабжения (СЭС).

 

 

1. Определяем спектральный состав высших гармоник тока, генерируемых преобразователем:

 

         υ=mk±1,

где  m – фазность преобразователя

                         k = 1,2,3,4,5

                     Вентильный преобразователь  работает по 6-фазной схеме. Он генерирует во внешнюю сеть гармоники порядка υ=mk±1,  при этом наибольшие амплитуды   имеют 5-я и

7-я гармоники. 

                             

υ=6*1 -1=5х50=250(Гц.)     

υ=6*1+1=7х50=350(Гц.)     

υ=6*2 -1=11х50=550(Гц.)

υ=6*2+1=13х50=650(Гц.)

υ=6*3 -1=17х50=850(Гц.)   

υ=6*3+1=19х50=950(Гц.)   

υ=6*4 -1=23х50=1150(Гц.)

υ=6*4+1=25х50=1250(Гц.)

υ=6*5 -1=29х50=1450(Гц.)

υ=6*5+1=31х50=1550(Гц.)    

 

 

 

2. Определяем действующие значения гармоник тока генерируемых преобразователем:

 

 

По данным варианта S_пр. = 10000кВА; U_нн =11кВ

Где S_пр. - мощность преобразователя (кВА);

       U_нн. -  номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора Т₁ ППЭ (кВ).

 

I₁ = = =525 (А)

I _υ = ;   

 

I _υ5 = = = 105 А           I _υ7 = = = 75А   

 

 

I _υ11 = = = 47,73 А      I _υ13 = = = 40,38 А   

I _υ17= = = 30,88 А        I _υ19= = = 27,63 А   

 

I _υ23= = = 22,83 А        I _υ25= = = 21 А   

 

I _υ29= = = 18,1 А          I _υ31= = = 16,94 А   

 

3. Определяются параметры схемы замещения СЭС на частоте первой гармоники (50 Гц).

 

                   Схема замещения СЭС на частоте  50 Гц (1-ой гармоники)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параметры схемы  замещения определяются по паспортным данным электрооборудования по следующим формулам:

U_н – кВ;  S_н – кВА;  P_н, Р_кз – кВт

 

 

                                                    =

 

                                   

                                

 

 

     tg φ_нм = = = 0,457

 

       

 

                                                                             

 

 

 

 

                                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        где   

U_срн, U_срв – средние напряжения вторичной и первичной обмоток трансформатора T₁;

К_п – кратность пускового тока электродвигателя.

 

 

 

 

                                                                                                                                             

 

 

 

 

 

 

 

4. Определяются параметры схемы замещения на частотах высших гармоник.

 

Зависимости от частоты параметров схемы замещения  определяются по формулам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                        Схема замещения СЭС на частотах высших гармоник:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты  расчетов сводим в таблицу №2:

№ п/п	n	rWn (Ом)	jxWn (Ом)	-jxCWn/2 (Ом)	rT1n (Ом)	jxT1n (Ом)	rT2n (Ом)	jxT2n (Ом)	rMn (Ом)	jxMn (Ом)
1.	11	0,255	0,644	18,48	0,143	8,723	0,103	5,533	17,213	26,07
2.	13	0,278	0,756	13,20	0,155	10,309	0,112	6,539	18,713	30,81
3.	23	0,369	0,942	8,40	0,206	18,239	0,149	11,569	24,890	54,51
4.	25	0,385	1,022	7,11	0,215	19,825	0,155	12,575	25,950	59,25
5.	35	0,456	1,164	5,43	0,254	27,755	0,183	17,605	30,704	82,95
6.	37	0,468	1,23	4,86	0,262	29,341	0,189	18,611	31,570	87,69
7.	47	0,528	1,35	4,02	0,295	37,271	0,213	23,641	35,581	111,39
8.	49	0,539	1,406	3,70	0,301	38,857	0,217	24,647	36,330	116,13
9.	59	0,591	1,512	3,19	0,330	46,787	0,238	29,677	39,865	139,83
10.	61	0,601	1,562	2,98	0,336	48,373	0,242	30,683	40,535	144,57

 

 

Таблица 2.

 

 

 

 

и т.д.

 

 

 

 

 

 

И т.д

 

 

 

Ит.д.

 

И т.д.

 

 

И т.д.

  

 

 

 

 

И т.д.

 

 

И т.д.

 

      

 

 

 

 

 

 

 

5. Определяются  действующие и относительные  значения гармоник напряжения на шинах НН ППЭ.

Схема замещения на частотах высших гармоник преобразуется к следующему виду

 

 

 

 

 

 

 

 

где U₁=U_нн – напряжение основной частоты на шинах ППЭ.

Результаты  расчетов сводятся в таблицу

 

Таблица 3

№ п/п	n	rэn     (Ом)	ZЭn (Ом)	İn (А)	Un (В)	KU(n)	DPn (кВт)
1.	11	0,255	19,308	47,73	921,52	8,38	1,745
2.	13	0,278	14,165	40,38	572,05	5,20	1,358
3.	23	0,369	9,598	22,83	219,08	1,99	0,577
4.	25	0,385	8,411	21,00	176,63	1,61	0,509
5.	35	0,456	6,911	15,00	103,67	0,94	0,307
6.	37	0,468	6,426	14,19	91,18	0,83	0,283
7.	47	0,528	5,739	11,17	64,11	0,58	0,198
8.	49	0,539	5,491	10,71	58,83	0,53	0,186
9.	59	0,591	5,117	8,90	45,53	0,41	0,140
10.	61	0,601	4,971	8,61	42,78	0,39	0,134

 

            r_эn = r_wγ*√γ= 0,077*√5=0,172 Ом

           И т.д

             Определяется коэффициент искажения синусоидальности напряжения и суммарные потери активной мощности на частотах высших гармоник

 

6.Определяется  необходимое значение реактивной  мощности ФКУ

,

где Q_Э – экономическое значение реактивной мощности;

       Q_факт – фактическое значение реактивной мощности, потребляемой предприятием:

.

    

               Sin φ_пр.= √1-cos²φ_пр.=√1-0,8²=0,6

               Sin φ_м.= √1-cos²φ_м.=√1-0,91²=0,415

                   

                     =10000*0,6+2000*0,415 = 6830 кВар

 

                                               = 6830-3000=3830кВар

 

 

7. Расчет параметров ФКУ на основе конденсаторной батареи (БК).

 

Мощность конденсаторной батареи

где =100 КВАр – единичная мощность серийно выпускаемых конденсаторных батарей;

             round – операция округления до ближайшего целого.

Параметры БК на основной частоте (50 Гц):

;

;

где =0,0025 – тангенс угла диэлектрических потерь.

Определяется  эквивалентное сопротивление схемы замещения СЭС с БК, подключенной к шинам низкого напряжения ГПП на частоте каждой гармоники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты  расчетов сводятся в таблицу.

Таблица 4

№ п/п	n	ZБКn, (Ом)		ZЭn (Ом)	IБкγ (А)	rЭБn (Ом)	ZБКn, (Ом)	ZЭБn (Ом)	UБn (В)	KU(n)	DPБn (кВт)
		rБКn	-jxБКn
1.	11	0,80	8,73	19,308	56,3	0,20	9,18	18,35	876,01	7,96	1,37
2.	13	0,87	7,38	14,165	39,2	0,23	7,83	15,67	632,80	5,75	1,13
3.	23	1,15	4,17	9,598	24,6	0,29	4,62	9,25	211,09	1,92	0,45
4.	25	1,20	3,84	8,411	20,2	0,32	4,29	8,58	180,18	1,64	0,42
5.	35	1,42	2,74	6,911	14,9	0,36	3,19	6,39	95,79	0,87	0,24
6.	37	1,46	2,59	6,426	13,2	0,38	3,04	6,09	86,40	0,79	0,23
7.	47	1,65	2,04	5,739	10,9	0,42	2,49	4,99	55,68	0,51	0,16
8.	49	1,68	1,96	5,491	10,3	0,44	2,41	4,82	51,63	0,47	0,15
9.	59	1,84	1,63	5,117	9,0	0,48	2,08	4,15	36,97	0,34	0,11
10.	61	1,87	1,57	4,971	8,5	0,49	2,02	4,05	34,84	0,32	0,11