Качество электрической энергии в системах электроснабжения горно-перерабатывающих предприятий России

Цель – изучение влияния коэффициента загрузки преобразователей частоты и тиристорных преобразователей на качество электрической энергии с разработкой рекомендаций по снижению влияния высших гармоник и коммутационных перенапряжений на характеристики электроэнергии. В ходе исследования использовался инструментальный метод измерения высших гармоник с помощью прибора комплексного контроля электрических параметров ПКК57 и цифрового осциллографа типа Tektronix TDS 2024 B. Импульсные коммутационные перенапряжения фиксировались с применением активно-резистивного делителя типа ДНЕК-10 и вышеуказанного осциллографа, при исследовании полученных данных использовались программы по обработке статистических данных Loginom 6.4 и методы математической статистики. Установлен нижний пороговый уровень величины коэффициента загрузки преобразователей частоты и тиристорных преобразователей равный 0,8, при котором значения искажения синусоидальности кривой напряжения соответствуют государственному стандарту Российской Федерации по качеству электрической энергии. Определена степень подавления высших гармоник с 5-й по 17-ю силовыми трансформаторами мощностью от 250 кВ∙А до 6300 кВ∙А, находящаяся в диапазоне от 95 до 45%. Обосновано использование системы «трансформатор–преобразователь–электроприемник» применительно к системам электроснабжения горно-перерабатывающих предприятий. Показано, что электродвигатели мощностью до 2500 кВт включительно требуют защиты от коммутационных перенапряжений. Доказана высокая эффективность универсального RC-гасителя на базе RC-цепей, подключенного к зажимам электродвигателя, как средства защиты электродвигателей от коммутационных перенапряжений. Таким образом, для повышения качества электрической энергии в системах электроснабжения горно-перерабатывающих предприятий России следует обеспечить эксплуатацию преобразователей частоты и тиристорных преобразователей с коэффициентом загрузки 0,8 и более. Также рекомендовано выполнить переход на более эффективную и недорогую систему «трансформатор–преобразователь–электроприемник», если мощность трансформатора не превышает 1000 кВ∙А. Эффективную защиту электродвигателей мощностью до 2500 кВт включительно можно обеспечить с помощью предлагаемого универсального RC-гасителя, при этом кратность перенапряжений не будет превышать 1,7.

1. Кугушева Н.Н., Семѐнов А.С., Якушев И.А., Павлова С.Н. Технико-экономические особенности выбора частотно-регулируемых электроприводов для технологических установок алмазодобывающих предприятий // Инновации и инвестиции. 2021. № 1. С. 145–149.

2. Брыкалов С.М., Балыбердин А.С., Трифонов В.Ю., Засухин Р.В. Ключевые направления повышения энергетической эффективности крупных промышленных предприятий // Энергобезопасность и энергосбережение. 2020. № 5. С. 10–18. https://doi.org/10.18635/20712219-2020-5-10-18

3. Семѐнов А.С., Егоров А.Н., Харитонов Я.С., Бебихов Ю.В., Якушев И.А., Федоров А.В. Анализ работы систем частотно-регулируемого электропривода при влиянии высших гармоник // Электротехнические системы и комплексы: сб. науч. тр. Междунар. науч.практ. конф. (г. Уфа, 22–25 октября 2019 г.). Уфа: Изд-во УГАТУ, 2019. С. 178–184.

4. Егоров А.Н., Семѐнов А.С., Федоров О.В. Практический опыт применения преобразователей частоты Power Flex 7000 в горнодобывающей промышленности // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2017. № 4. С. 86–93.

5. Клундук Г.А. Влияние преобразователя частоты на энергосбережение насосного агрегата и электромагнитная совместимость оборудования // Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития: сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Красноярск, 21–23 апреля 2020 г.). Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2020. С. 153–157.

6. Бебихов Ю.В., Егоров А.Н., Матул Г.А., Семѐнов А.С., Харитонов Я.С. Поиск путей повышения эффективности применения высоковольтного частотнорегулируемого электропривода в условиях горного производства // Естественные и технические науки. 2018. № 8. С. 228–234.

7. Shevyrev Y.V., Shevyreva N.Y. Improvement of voltage waveform in power supply systems with dynamic rectifier in mineral mining and processing industry // Gornyi Zhurnal. 2019. Iss. 1. P. 66–69. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.01.14

8. Ashraf N., Abbas G., Abbassi R., Jerbi H. Power quality analysis of the output voltage of AC voltage and frequency controllers realized with various voltage control techniques // Applied Sciences (Switzerland). 2021. Vol. 11. Iss. 2. https://doi.org/10.3390/app11020538

9. Dutta N., Kaliannan P., Subramaniam U. Experimental analysis of PQ parameter estimation of VFD drives // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2020. Vol. 937. Iss. 2. Р. 012042. https://doi.org/10.1088/1757-899X/937/1/012042

10. Jyothi R., Sumitgupta, Rao K.U., Jayapal R. IoT application for real-time condition monitoring of voltage source inverter driven induction motor // Innovative Data Communication Technologies and Application. 2021. Vol. 59. P. 97–105. https://doi.org/10.1007/978-981-15-9651-3_8

11. Скакунов Д.А. Влияние силовой электроники на качество электрической энергии и методы фильтрации высших гармоник // сб. науч. тр. Всерос. науч.-техн. конф. (г. Новокузнецк, 2004 г.). Новокузнецк, 2004. С. 253–257.

12. Akagi H. Active Harmonic Filters // Proceedings of the IEEE. 2005. Vol. 93. Iss. 12. P. 2128–2141.

13. Кузьмин С.В. Использование силовых трансформаторов для локализации высших гармоник в системах электроснабжения 0,4–10 кВ // Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города: сб. науч. тр. Всерос. науч.-практ. конф. (г. Красноярск, 2009 г.). Красноярск, 2009. С. 268–270.

14. Кузьмин Р.С., Кузьмин И.С., Меньшиков В.А., Кузьмин С.В., Куликовский В.С. Метод оценки и прогнозирования перенапряжений при дуговых однофазных замыканиях на землю в сетях 6–10 кВ как средство повышения уровня электробезопасности на горных предприятиях // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2020. № 5. С. 116–132. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2020-5-116-132

15. Кузьмин С.В., Майнагашев Р.А., Гаврилова Е.В., Немков С.В. Опыт эксплуатации средств защиты от коммутационных перенапряжений в системах электроснабжения 6 кВ горных предприятий // Горное оборудование и электромеханика. 2011. № 4. С. 53–54.

16. Kuzmin S.V., Umetskaia E.V., Zavalov A.A. Influence of power quality on value of switching overvoltages in networks 6–10 kV // International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies. 2020. https://doi.org/10.1109/FarEastCon50210.2020.9271527

17. Sowa P., Macha D. Electromagnetic switching transients in transmission line cooperating with the local subsystem // International Journal of GEOMATE. 2020. Vol. 19. Iss. 72. P. 180–189. https://doi.org/10.21660/2020.72.5781

18. Guo Yaxun, Jiang Xiaofeng, Chen Yun, Zheng Ming, Liu Gang, Li Xiaohua, Tang Wenhu. Reignition overvoltages induced by vacuum circuit breakers and its suppression in offshore wind farms // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020. Vol. 122. Р. 106227. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106227

19. Fritz N. Engelmann G., De Doncker R.W. RC snubber design procedure for enhanced oscillation damping in wide-bandgap switching cells // 21st European Conference on Power Electronics and Applications. 2019. https://doi.org/10.23919/EPE.2019.8915541

20. De Paula dos Santos D., Sartori C.A.F. Impact of mismatch cables impedances on active motor terminal overvoltage mitigation using parallel voltage source inverters // IEEE 3rd Global Electromagnetic Compatibility Conference. 2017. https://doi.org/10.1109/GEMCCON.2017.8400662

21. Кузьмин С.В., Гаврилова Е.В., Барышников Д.В. Влияние процесса дугогашения в высоковольтных выключателях на величину коммутационных перенапряжений, возникающих в сетях 6–10 кВ горнодобывающих предприятий // Горное оборудование и электромеханика. 2009. № 2. С. 41–44.