1.Introducció: context i significat
1.1 Estat actual de la contaminació harmònica a la xarxa elèctrica
Amb el ràpid desenvolupament de l'automatització industrial i les noves tecnologies energètiques, la prevalença de càrregues no lineals (per exemple, convertidors de freqüència, rectificadors, arc elèctric, etc.) a les xarxes elèctriques ha augmentat significativament. Aquests dispositius generen corrents harmònics substancials durant el funcionament, que provoquen distorsió de la forma d'ona de tensió, fluctuacions de tensió, parpelleig i desequilibri-trifàsic. Segons les estadístiques, la contaminació harmònica representa més del 30% de les fallades dels equips industrials, provocant pèrdues econòmiques directes de milers de milions de iuans cada any.
1.2 Posició del nucli dels reactors de sèrie d'-alta tensió
El reactor en sèrie d'alta tensió- és un equip clau per resoldre la contaminació harmònica i millorar la qualitat de l'energia utilitzant el principi de la ressonància en sèrie per suprimir les sèries harmòniques. La seva aplicació pot reduir significativament la distorsió harmònica total, estabilitzar l'amplitud de la tensió, augmentar el factor de potència i allargar la vida útil de l'equip. S'ajusta a la norma 519-2014 "Pràctica recomanada per al control harmònic del sistema d'alimentació i al GB/T 14549-1993" de la Xina "Power Quality-Harmoniics".
2.Principi de funcionament dels reactors en sèrie d'alta-tensió: anàlisi de la tecnologia de supressió de ressonància en sèrie
2.1 Teoria bàsica de la ressonància de sèries
Quan un inductor (L) i un condensador (C) estan en sèrie, la impedància total es dóna de la següent manera:
Font: Principis d'anàlisi de circuits (Li Hansun)
2.2 Mecanisme de supressió harmònica
En dissenyar paràmetres del reactor (com el valor d'inductància L) per fer coincidir la freqüència de ressonància fr amb la sèrie harmònica objectiu (per exemple, la freqüència de ressonància del cinquè harmònic és de 250 Hz), es crea un camí d'impedància baixa -per al cinquè harmònic per evitar el seu flux a la xarxa elèctrica. Les dades mesurades mostren que després de la instal·lació del reactor, 5 corrent harmònic, la taxa d'atenuació pot superar el 70%, el THD es pot reduir del 8% a menys del 3%.
Referència: Estudi sobre l'aplicació dels reactors en sèrie en la supressió harmònica (Tesis of Electrical Electronics Technology)
3. Tipus i selecció de reactors d'alta-sèrie de tensió: combinació de diferents solucions de xarxa
3.1 Comparació de tipus estructurals
Tipus Oil-Reactor immers en sec-Tipus Reactor Rendiment de dissipació de calor
Excel·lent (refrigeració per circulació d'oli)
Diferència (depenent de la convecció de l'aire)
Interval de capacitat
Gran (adequat per a situacions d'alta tensió i alta intensitat)
Petita (per a escenaris de mitjana-i baixa-tensió)
Entorn adequat
A l'aire lliure (requereix un disseny a prova d'explosió)
A l'interior (escenes ambientalment exigents)
Costos de reparació
Alta (es requereixen canvis d'oli regulars i proves de qualitat de l'oli)
Baix (sense manteniment-)
Referència: Manuals tècnics del reactor Siemens i ABB
3.2 Selecció de paràmetres clau
Taxa de reacció (%): seleccionada en ordre harmònic. Per exemple, la supressió de cinc harmònics requereix una reactància del 5% i la supressió de set harmònics requereix una reactància del 7%.
Augment del corrent nominal i de la temperatura: ha de coincidir amb la capacitat de càrrega per evitar el sobreescalfament i la fallada. La norma IEC 60076-6 estableix un límit d'augment de temperatura de 100 K (temperatura ambient 40 graus) per als reactors.
Font: IEC 60076-6 Transformadors i reactors de potència
4.Funció bàsica dels reactors de sèrie d'-alta tensió en la supressió d'harmònics
4.1 Cas pràctic de supressió harmònica per a càrregues no lineals
Per exemple, després de la instal·lació del reactor, l'espectre harmònic produït pels convertidors de freqüència és principalment de 5 i 7 harmònics:
El cinquè corrent harmònic va disminuir de 120A a 35A amb una taxa d'atenuació del 70,8%.
El 7è corrent harmònic va disminuir de 80A a 20A amb una taxa d'atenuació del 75%.
Font: Informe d'assaig de camp del projecte de supressió d'harmònics d'una siderúrgia
4.2 Efectes de la reducció sobre la distorsió harmònica total
Mitjançant la simulació PSCAD/EMTDC, els canvis en els valors de THD abans i després de la instal·lació del reactor van ser els següents:
Escena abans de la instal·lació Escena després de la instal·lació Taxa de millora de la instal·lacióIndustrial Park Grid
7.8%
2.9%
62.8%
Noves plantes energètiques Connexió a la xarxa
6.5%
2.1%
67.7%
Font: simulacions PSCAD/EMTDC
V. Millora integral de la qualitat energètica de la xarxa elèctrica mitjançant reactors d'alta-sèrie de tensió
5.1 Fluctuacions de tensió i supressió de parpelleig
El reactor estabilitza l'amplitud de la tensió absorbint potència reactiva. Per exemple, en un projecte de renovació-energèticament eficient en un parc industrial, després de la instal·lació d'un reactor:
El rang de fluctuació de tensió va disminuir de ±8% a ±3%.
Conformitat amb GB/T 12326-2008 Qualitat de l'energia-Fluctuació de voltatge i requisits de parpelleig.
Font: Informe d'auditoria energètica d'un polígon industrial.
5.2 Millora del factor de potència i ampliació de la vida útil dels equips
El reactor redueix la pèrdua de potència reactiva i millora l'eficiència de transmissió de la línia. Les dades mesurades mostren:
El factor de potència es va incrementar de 0,75 a 0,95 i les pèrdues de línia es van reduir un 36%;
Els transformadors, cables i altres equips tenen un risc reduït de sobreescalfament i una vida útil mitjana de 5 a 8 anys.
Font: informe d'un projecte de renovació d'estalvi{0}}energètic de la subestació.
6. Instal·lació i manteniment de reactors d'alta-sèrie de tensió: clau per assegurar un funcionament estable i a llarg termini-
6.1 Ubicació de la instal·lació i especificacions de cablejat
Selecció d'ubicació: instal·lat a prop del costat de la càrrega no lineal, escurçant el camí de propagació harmònica;
Mètode de cablejat: la connexió en estrella (Y) és adequada per a la càrrega d'equilibri trifàsica i la connexió en triangle (Δ) és adequada per a la supressió del tercer harmònic.
Referència: GB 50227-2017 Shunt Capacitor Devices Design Specification
6.2 Inspecció rutinària i tractament de fallades
Punts d'inspecció: control de l'augment de temperatura (menys o igual a 100 K), proves de resistència d'aïllament (menys o igual a 100 M), investigació d'anomalies de soroll (menys o igual a 65 dB);
Avaries comuns: curtcircuits de bobina (40%%), aïllament envellit (30%%), que requereixen manteniment preventiu regular.
Font: Guia de reparació del reactor TBEA
7. Conclusions i perspectives
7.1 Insubstituïbilitat
El reactor tàndem d'alta tensió-utilitza el principi de la ressonància en sèrie per suprimir els harmònics amb precisió, que es converteix en l'equip bàsic per millorar la qualitat de l'energia de la xarxa elèctrica i garantir un funcionament segur de l'equip. La tecnologia té una gran maduresa i una notable relació qualitat-preu. S'aplica àmpliament a la indústria, les noves energies i el transport ferroviari.
7.2 Tendències futures
Supervisió intel·ligent: tecnologia d'IoT integrada per realitzar la recollida de dades-en temps real i l'advertència d'errors;
Noves aplicacions de materials: desenvolupament de reactors superconductors{0}}d'alta temperatura per reduir les pèrdues i augmentar la capacitat.
Referències:
519-2014 Pràctica recomanada per al control harmònic de sistemes de potència
GB/T 14549-1993 Power Quality-Harmoniics
"Principis de l'anàlisi de circuits" (Li Hansun)
Manuals tècnics del reactor Siemens i ABB
Informe d'assaig de camp sobre l'enginyeria de control harmònic d'una planta siderúrgica