1.Εισαγωγή: πλαίσιο και νόημα
1.1 Τρέχουσα κατάσταση της αρμονικής ρύπανσης στο ηλεκτρικό δίκτυο
Με την ταχεία ανάπτυξη του βιομηχανικού αυτοματισμού και των νέων ενεργειακών τεχνολογιών, η επικράτηση των μη γραμμικών φορτίων (π.χ. μετατροπείς συχνότητας, ανορθωτές, ηλεκτρικό τόξο κ.λπ.) έχει αυξηθεί σημαντικά στα δίκτυα ισχύος. Αυτές οι συσκευές παράγουν σημαντικά αρμονικά ρεύματα κατά τη λειτουργία, προκαλώντας παραμόρφωση κυματομορφής τάσης, διακυμάνσεις τάσης, τρεμόπαιγμα και ανισορροπία τριών{4}} φάσεων. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, η αρμονική ρύπανση ευθύνεται για πάνω από το 30% των αστοχιών βιομηχανικού εξοπλισμού, προκαλώντας άμεσες οικονομικές απώλειες δισεκατομμυρίων γιουάν κάθε χρόνο.
1.2 Θέση πυρήνα των αντιδραστήρων σειράς υψηλής-Τάσης
Ο αντιδραστήρας σειράς υψηλής-τάσης είναι ένας βασικός εξοπλισμός για την επίλυση της αρμονικής ρύπανσης και τη βελτίωση της ποιότητας ισχύος χρησιμοποιώντας την αρχή του συντονισμού σειράς για την καταστολή των αρμονικών σειρών. Η εφαρμογή του μπορεί να μειώσει σημαντικά τη συνολική αρμονική παραμόρφωση, να σταθεροποιήσει το πλάτος της τάσης, να αυξήσει τον συντελεστή ισχύος και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού. Συμμορφώνεται με την 519-2014 "Συνιστώμενη πρακτική για τον αρμονικό έλεγχο του συστήματος ισχύος και το GB/T 14549-1993"Power Quality-Harmonics της Κίνας.
2. Αρχή εργασίας των αντιδραστήρων σειράς υψηλής τάσης-: Ανάλυση τεχνολογίας καταστολής συντονισμού σειράς
2.1 Βασική Θεωρία Συντονισμού Σειρών
Όταν ένας επαγωγέας (L) και ένας πυκνωτής (C) βρίσκονται σε σειρά, η συνολική σύνθετη αντίσταση δίνεται ως εξής:
Πηγή: Principles of Circuit Analysis (Li Hansun)
2.2 Μηχανισμός Αρμονικής Καταστολής
Σχεδιάζοντας παραμέτρους του αντιδραστήρα (όπως η τιμή επαγωγής L) ώστε να ταιριάζουν με τη συχνότητα συντονισμού fr με την αρμονική σειρά στόχου (για παράδειγμα, η συχνότητα συντονισμού της πέμπτης αρμονικής είναι 250 Hz), δημιουργείται μια διαδρομή χαμηλής-σύνθετης αντίστασης για την πέμπτη αρμονική για να αποτραπεί η ροή της στο ηλεκτρικό δίκτυο. Τα δεδομένα μέτρησης δείχνουν ότι μετά την εγκατάσταση του αντιδραστήρα, 5 αρμονικά ρεύματα ο ρυθμός εξασθένησης μπορεί να υπερβεί το 70%, το THD μπορεί να μειωθεί από 8% σε λιγότερο από 3%.
Παραπομπή: Μελέτη για την εφαρμογή των αντιδραστήρων σειράς στην αρμονική καταστολή (Διατριβή Τεχνολογίας Ηλεκτρικής Ηλεκτρονικής)
3. Τύπος και επιλογή αντιδραστήρων σειρών υψηλής τάσης-: Αντιστοίχιση διαφορετικών λύσεων δικτύου
3.1 Σύγκριση δομικών τύπων
TypeOil-Immersed ReactorDry-Type Reactor Heat Dissipation Performance
Εξαιρετική (ψύξη κυκλοφορίας λαδιού)
Διαφορά (εξαρτάται από τη μεταφορά αέρα)
Εύρος χωρητικότητας
Μεγάλο (κατάλληλο για καταστάσεις υψηλής τάσης και υψηλού ρεύματος)
Μικρές (για σενάρια μέσης-και χαμηλής-τάσης)
Κατάλληλο Περιβάλλον
Σε εξωτερικούς χώρους (απαιτείται αντιεκρηκτική σχεδίαση)
Σε εσωτερικούς χώρους (σκηνές απαιτητικές για το περιβάλλον)
Κόστος επισκευής
Υψηλό (απαιτούνται τακτικές αλλαγές λαδιών και έλεγχος ποιότητας λαδιού)
Χαμηλή (χωρίς συντήρηση-)
Παραπομπή: Τεχνικά εγχειρίδια Siemens και ABB Reactor
3.2 Επιλογή βασικών παραμέτρων
Ρυθμός αντίδρασης (%): επιλεγμένο με αρμονική σειρά. Για παράδειγμα, η καταστολή πέντε αρμονικών απαιτεί μια αντίδραση 5% και η καταστολή επτά αρμονικών απαιτεί μια αντίδραση 7%.
Ονομαστικό ρεύμα και αύξηση θερμοκρασίας: πρέπει να ταιριάζουν με την ικανότητα φόρτωσης για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση και η αστοχία. Το IEC 60076-6 θέτει ένα όριο αύξησης θερμοκρασίας 100K (θερμοκρασία περιβάλλοντος 40 βαθμοί ) για τους αντιδραστήρες.
Πηγή: IEC 60076-6 Power Transformers and Reactor
4.Βασικός ρόλος των αντιδραστήρων σειράς υψηλής τάσης-στην αρμονική καταστολή
4.1 Μελέτη περίπτωσης αρμονικής καταστολής για μη γραμμικά φορτία
Για παράδειγμα, μετά την εγκατάσταση του αντιδραστήρα, το αρμονικό φάσμα που παράγεται από τους μετατροπείς συχνότητας είναι κυρίως 5 και 7 αρμονικές:
Το πέμπτο αρμονικό ρεύμα μειώθηκε από 120Α σε 35Α με ρυθμό εξασθένησης 70,8%.
Το 7ο αρμονικό ρεύμα μειώθηκε από 80Α σε 20Α με ρυθμό εξασθένησης 75%.
Πηγή: Έκθεση δοκιμής πεδίου έργου αρμονικής καταστολής χαλυβουργείου
4.2 Επιδράσεις της μείωσης στην Ολική Αρμονική Παραμόρφωση
Μέσω της προσομοίωσης PSCAD/EMTDC, οι αλλαγές στις τιμές THD πριν και μετά την εγκατάσταση του αντιδραστήρα ήταν οι εξής:
Σκηνή πριν την εγκατάσταση Σκηνή μετά την εγκατάσταση ΕγκατάστασηΒελτίωση Ρυθμός Βιομηχανικό Πάρκο Πλέγμα
7.8%
2.9%
62.8%
Σύνδεση δικτύου νέων σταθμών ενέργειας
6.5%
2.1%
67.7%
Πηγή: Προσομοιώσεις PSCAD/EMTDC
V. Ολοκληρωμένη Βελτίωση της Ποιότητας Ισχύος Δικτύου Ενέργειας από Αντιδραστήρες Σειράς Υψηλής-Τάσης
5.1 Διακύμανση τάσης και καταστολή τρεμούλιασμα
Ο αντιδραστήρας σταθεροποιεί το πλάτος της τάσης απορροφώντας άεργο ισχύ. Για παράδειγμα, σε ένα ενεργειακά-έργο ανακαίνισης σε βιομηχανικό πάρκο, μετά την εγκατάσταση ενός αντιδραστήρα:
Το εύρος διακύμανσης τάσης μειώθηκε από ±8% σε ±3%.
Συμμόρφωση με τις απαιτήσεις GB/T 12326-2008 Ποιότητα Ισχύος-Διακύμανση τάσης και τρεμόπαιγμα.
Πηγή: Έκθεση ενεργειακού ελέγχου βιομηχανικού πάρκου.
5.2 Βελτίωση του συντελεστή ισχύος και παράταση της διάρκειας ζωής του εξοπλισμού
Ο αντιδραστήρας μειώνει την απώλεια άεργου ισχύος και βελτιώνει την απόδοση της γραμμής μετάδοσης. Τα δεδομένα μέτρησης δείχνουν:
Ο συντελεστής ισχύος αυξήθηκε από 0,75 σε 0,95 και οι απώλειες γραμμής μειώθηκαν κατά 36%.
Οι μετασχηματιστές, τα καλώδια και ο άλλος εξοπλισμός έχουν μειωμένο κίνδυνο υπερθέρμανσης και μέση διάρκεια ζωής από 5 έως 8 χρόνια.
Πηγή: αναφορά έργου ανακαίνισης{0}}εξοικονόμησης ενέργειας Υποσταθμού.
6. Εγκατάσταση και συντήρηση αντιδραστήρων σειράς υψηλής τάσης-: Κλειδί για τη διασφάλιση μακροπρόθεσμης-και σταθερής λειτουργίας
6.1 Θέση εγκατάστασης και Προδιαγραφές καλωδίωσης
Επιλογή θέσης: Εγκατεστημένο κοντά στη μη γραμμική πλευρά φορτίου, συντομεύοντας τη διαδρομή αρμονικής διάδοσης.
Μέθοδος καλωδίωσης: Η σύνδεση αστεριού (Y) είναι κατάλληλη για φορτίο ισορροπίας τριών- φάσεων και η σύνδεση δέλτα (Δ) είναι κατάλληλη για καταστολή τρίτης αρμονικής.
Αναφορά: GB 50227-2017 Προδιαγραφές σχεδίασης συσκευών πυκνωτή διακλάδωσης
6.2 Τακτική επιθεώρηση και χειρισμός σφαλμάτων
Σημεία επιθεώρησης: Παρακολούθηση αύξησης της θερμοκρασίας (λιγότερο ή ίσο με 100K), δοκιμή αντίστασης μόνωσης (λιγότερο ή ίσο με 100M), διερεύνηση ανωμαλιών θορύβου (Μικρότερο ή ίσο με 65dB).
Συνήθεις βλάβες: Βραχυκυκλώματα πηνίου (40%%), μόνωση γήρανσης (30%%), που απαιτούν τακτική προληπτική συντήρηση.
Πηγή: TBEA Reactor Repair Guide
7. Συμπεράσματα και προοπτικές
7.1 Αναντικατάστατη
Ο διπλός αντιδραστήρας υψηλής τάσης- χρησιμοποιεί την αρχή του συντονισμού σειράς για την ακριβή καταστολή των αρμονικών, η οποία γίνεται ο βασικός εξοπλισμός για τη βελτίωση της ποιότητας ισχύος του δικτύου ηλεκτροδότησης και τη διασφάλιση της ασφαλούς λειτουργίας του εξοπλισμού. Η τεχνολογία έχει υψηλή ωριμότητα και αξιοσημείωτη σχέση ποιότητας/τιμής. Εφαρμόζεται ευρέως στη βιομηχανία, τη νέα ενέργεια και τις σιδηροδρομικές μεταφορές.
7.2 Μελλοντικές τάσεις
Έξυπνη παρακολούθηση: Ενσωματωμένη τεχνολογία IoT για την πραγματοποίηση-συλλογής δεδομένων σε πραγματικό χρόνο και προειδοποίησης σφαλμάτων.
Νέες εφαρμογές υλικών: ανάπτυξη υπεραγώγιμων αντιδραστήρων υψηλής θερμοκρασίας-για τη μείωση των απωλειών και την αύξηση της χωρητικότητας.
Παραπομπές:
519-2014 Συνιστώμενη Πρακτική για Αρμονικό Έλεγχο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας
GB/T 14549-1993 Power Quality-Harmonics
"Αρχές ανάλυσης κυκλώματος" (Li Hansun)
Τεχνικά εγχειρίδια Siemens και ABB Reactor
Έκθεση δοκιμής πεδίου σχετικά με τη μηχανική αρμονικού ελέγχου μιας μονάδας χάλυβα