1.Úvod: kontext a význam
1.1 Aktuální stav harmonického znečištění v elektrizační soustavě
S rychlým rozvojem průmyslové automatizace a nových energetických technologií výrazně vzrostl výskyt nelineárních zátěží (např. frekvenčních měničů, usměrňovačů, elektrického oblouku atd.) v energetických sítích. Tato zařízení generují během provozu značné harmonické proudy, které způsobují zkreslení průběhu napětí, kolísání napětí, blikání a třífázovou nerovnováhu. Podle statistik způsobuje harmonické znečištění více než 30 % poruch průmyslových zařízení, což způsobuje přímé ekonomické ztráty v miliardách juanů ročně.
1.2 Pozice jádra vysokonapěťových sériových reaktorů-
Vysokonapěťová sériová tlumivka je klíčové zařízení pro řešení harmonického znečištění a zlepšení kvality energie pomocí principu sériové rezonance k potlačení harmonických sérií. Jeho aplikace může výrazně snížit celkové harmonické zkreslení, stabilizovat amplitudu napětí, zvýšit účiník a prodloužit životnost zařízení. Vyhovuje 519-2014 „Doporučená praxe pro harmonické řízení energetického systému a čínské GB/T 14549-1993“ Kvalita napájení – Harmonické normy.
2. Princip činnosti vysokonapěťových sériových reaktorů: Analýza technologie sériového potlačení rezonance
2.1 Základní teorie rezonance řad
Když jsou induktor (L) a kondenzátor (C) v sérii, celková impedance je dána následovně:
Zdroj: Principles of Circuit Analysis (Li Hansun)
2.2 Mechanismus harmonického potlačení
Navržením parametrů tlumivky (jako je hodnota indukčnosti L) tak, aby rezonanční frekvence fr odpovídala cílové harmonické řadě (například rezonanční frekvence páté harmonické je 250 Hz), je pro pátou harmonickou vytvořena cesta s nízkou impedancí, aby se zabránilo jejímu toku do energetické sítě. Naměřená data ukazují, že po instalaci reaktoru, 5 harmonických proud může míra útlumu překročit 70 %, THD lze snížit z 8 % na méně než 3 %.
Reference: Studie o aplikaci sériových reaktorů při harmonickém potlačení (teze z technologie elektrické elektroniky)
3. Typ a výběr vysokonapěťových sériových reaktorů: -odpovídající různým řešením sítě
3.1 Porovnání konstrukčních typů
TypeOil-Immersed ReactorDry-Typ Reactor Výkon rozptylu tepla
Vynikající (ochlazování cirkulace oleje)
Rozdíl (závisí na proudění vzduchu)
Rozsah kapacity
Velké (vhodné pro situace vysokého napětí a vysokého proudu)
Malé (pro scénáře středního-a nízkého{1}}napětí)
Vhodné prostředí
Venku (vyžaduje se provedení odolné proti výbuchu)
Uvnitř (ekologicky náročné scény)
Náklady na opravu
Vysoká (vyžadují se pravidelné výměny oleje a testování kvality oleje)
Nízká (bezúdržbová-)
Odkaz: Technické manuály reaktorů Siemens a ABB
3.2 Výběr klíčových parametrů
Reactance Rate (%): vybírá se v harmonickém pořadí. Například potlačení pěti harmonických vyžaduje 5% reaktanci a potlačení sedmi harmonických vyžaduje 7% reaktanci.
Jmenovitý proud a nárůst teploty: musí odpovídat nosnosti, aby nedošlo k přehřátí a selhání. IEC 60076-6 stanovuje limit nárůstu teploty 100 K (okolní teplota 40 stupňů) pro reaktory.
Zdroj: IEC 60076-6 Výkonové transformátory a reaktor
4. Základní úloha vysokonapěťových sériových reaktorů- v harmonickém potlačení
4.1 Případová studie harmonického potlačení pro nelineární zatížení
Například po instalaci reaktoru je harmonické spektrum produkované frekvenčními měniči převážně 5 a 7 harmonických:
Proud páté harmonické se snížil ze 120A na 35A s mírou útlumu 70,8 %.
Proud 7. harmonické klesl z 80A na 20A s mírou útlumu 75 %.
Zdroj: Field Test Report projektu potlačení harmonických složek ocelárny
4.2 Účinky redukce na celkové harmonické zkreslení
Prostřednictvím simulace PSCAD/EMTDC byly změny hodnot THD před a po instalaci reaktoru následující:
Scéna před instalací Scéna po instalaci InstallationImprovement RateIndustrial Park Grid
7.8%
2.9%
62.8%
Připojení k síti nových energetických závodů
6.5%
2.1%
67.7%
Zdroj: PSCAD/EMTDC simulace
V. Komplexní zlepšení kvality energie elektrické sítě pomocí vysokonapěťových sériových reaktorů{1}
5.1 Kolísání napětí a potlačení blikání
Reaktor stabilizuje amplitudu napětí absorbováním jalového výkonu. Například v energeticky-efektivním projektu renovace v průmyslovém parku po instalaci reaktoru:
rozsah kolísání napětí se snížil z ±8 % na ±3 %.
Shoda s požadavky GB/T 12326-2008 na kvalitu napájení – kolísání napětí a blikání.
Zdroj: Zpráva energetického auditu průmyslového parku.
5.2 Zlepšení účiníku a prodloužení životnosti zařízení
Reaktor snižuje ztráty jalového výkonu a zlepšuje účinnost vedení. Naměřená data ukazují:
Účiník byl zvýšen z 0,75 na 0,95 a ztráty ve vedení byly sníženy o 36 %;
Transformátory, kabely a další zařízení mají snížené riziko přehřátí a průměrnou životnost 5 až 8 let.
Zdroj: nahlásit projekt renovace-úspor energie rozvodny.
6. Instalace a údržba vysokonapěťových sériových reaktorů: klíč k zajištění dlouhodobého- a stabilního provozu
6.1 Místo instalace a specifikace zapojení
Výběr umístění: Instaluje se poblíž nelineární strany zatížení, zkracuje cestu šíření harmonických složek;
Způsob zapojení: Hvězdicové zapojení (Y) je vhodné pro třífázovou rovnovážnou zátěž a zapojení do trojúhelníku (Δ) je vhodné pro potlačení třetí harmonické.
Reference: GB 50227-2017 Specifikace konstrukce bočních kondenzátorových zařízení
6.2 Rutinní kontrola a odstraňování poruch
Kontrolní body: Monitorování nárůstu teploty (méně než nebo rovno 100K), testování izolačního odporu (méně než nebo rovno 100M), šetření hlukových anomálií (méně než nebo rovno 65dB);
Běžné závady: Zkrat cívky (40 % %), stárnutí izolace (30 % %), vyžadující pravidelnou preventivní údržbu.
Zdroj: TBEA Reactor Repair Guide
7. Závěry a výhled
7.1 Nenahraditelnost
Vysokonapěťová tandemová tlumivka využívá princip sériové rezonance k přesnému potlačení harmonických, což se stává základním vybavením pro zlepšení kvality elektrické sítě a zajištění bezpečného provozu zařízení. Technologie má vysokou vyspělost a pozoruhodnou hodnotu za peníze. Je široce používán v průmyslu, nové energetice a železniční dopravě.
7.2 Budoucí trendy
Inteligentní monitorování: Integrovaná technologie IoT pro realizaci sběru dat v reálném čase-a varování o chybách;
Nové materiálové aplikace: vývoj vysokoteplotních supravodivých reaktorů pro snížení ztrát a zvýšení kapacity.
Reference:
519-2014 Doporučená praxe pro harmonické řízení energetických systémů
GB/T 14549-1993 Kvalita napájení – Harmonické
"Principy analýzy obvodů" (Li Hansun)
Technické manuály reaktorů Siemens a ABB
Zpráva o polních zkouškách o inženýrství harmonického řízení ocelárny