CC BY
25
Infinite, Lossless Transmission Line // Radio Science. 2004. 39, 2.
13. Wu T.T. Theory of the Thin Circular Loop Antenna //Journal of Mathematical Physics, 3, 6,1962, pp.1301 —1304.
14. Baum C.E., Chang H. Fields at the center of a full circular TORUS and a vertically oriented TORUS on a perfectly conducting earth // Sensor and Simulation Notes. Note 160, 1972.
15. Baum C.E., Chang H., Martinez J.P. Analytical Approximations and Numerical Techniques for the Integral of the Anger-Weber Function // Mathematical Notes. Note 25, 1972.
16. Abramowitz M., Stegun I. Handbook of Mathematical Functions // New York: Dower publications, 1970.
17. Nitsch J., Tkachenko S. Eine TransmissionLine Beschreibung fbr eine vertikale Halbschleife auf leitender Ebene // 11 Internationale Fachmesse und Kongress fbr Elektromagnetische Vertraglichkeit. Dbsseidorf. 2004. P. 291-300.
18. Pine Z.L., Tesche F.M. Pulse Radiation by an Infinite Cylindrical Antenna with a Source Gap with a Uniform Field // Sensor and Simulation Notes. 1972. Note 159.
19. Nitsch J., Tkachenko S., Rachidi F. Generalization of the Full-Wave Transmission Line Theory for Loaded Lines with Distributed Excitation // Progress In Electromagnetics Research (PIERS) Symposium Abstracts. Beijing. China. March 23-27, 2009. P. 830-831.
20. Дубровин Б.А., Новиков С.П., Фоменко A.T. Современная геометрия. М.: Наука, 1979.
21. Леонтович М., Левин М. К теории возбуждения колебаний в вибраторах антенн // Журнал технической физики. 1944. XIV. Вып. 9. С. 481-506.
22. Tkachenko S., Rachidi F., Nitsch J. High Frequency Wave Propagation along N on-Uniform Transmission Lines: a Direct Iteration Approach // CD
Proceedings of the General Assembly of the International Union of Radio Sciences (URS1). New-Deli, October 2005.
23. Батыгин В.В., Топтыгин И.Н. Сборник задач по электродинамике, М.: Наука, 1970. Задача № 750.
24. Singer Н., Вгьш H.-D., Mader Т., Freiberg А.,
Вй
tern /Technische Universitat Hamburg-Harburg, 1999.
25. Burke G.J., Poggio A.J., Logan J.C., Rock-way J.W. Numerical Electromagnetic Code — a Program for Antenna System Analysis // Proc. 3rd Int. Symp. Tech. Exhibition EMC. Rotterdam, The Netherlands, May, 1979.
26. Nitsch J., Tkachenko S. Physical Interpretation of the Parameters in the Full-Wave Transmission Line Theory // XV International Symposium on Theoretical Electrical Engineering, 1STET 2009. Lbbeck, Germany, 22-24 June 2009. P. 30-34.
27. Marin L. Transient Electromagnetic properties of two parallel wires // Sensor and Simulation Notes. 1973. Note 173, March (http://www-e.uni-magde-burg.de/notes/pdf/ssn0173.pdf).
28. Leviatan Y., Adams A.T. The response of two-wire transmission line to incident field and voltage excitation including the effects of higher order modes // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1982. Vol. Ap-30, № 5. P. 998-1003.
29. Nitsch J., Tkachenko S. Radiating Multicon-ductor Transmission — Line System // Foundations of Physics (accepted for publication).
30. Nitsch J., Tkachenko S., Rachidi F. Generalization of the Full-Wave Transmission Line Theory for Loaded Lines with Distributed Excitation // PIERS 2009. Beijing, China.
31. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. Часть 11: Специальные вопросы и приложения. М.: Наука, 1966.
УДК 621.314.1:621.382
A.M. Прохоренков
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Одна из важнейших характеристик эффективности функционирования электроэнергетической системы (ЭЭС) — качество электрической энергии в установившихся и переходных режимах.
Всякое изменение качества электроэнергии влияет на эффективность работы, а также на электротехнические, светотехнические, тепловые и механические характеристики приемников.
В свою очередь, изменение характеристик приемников влияет на электромагнитные, электротехнические и механические характеристики генераторных агрегатов. Отсюда следует, что в ЭЭС показатели качества электроэнергии постоянно изменяются относительно значений, принятых в качестве нормальных (эксплуатационных) и допустимых. Большинство отклонений параметров электроэнергии от их номинальных значений вызывается изменением состава нагрузки, а также включением и отключением генераторных агрегатов ЭЭС.
В этой связи задача определения основных факторов, оказывающих существенное влияние на искажение формы синусоидальности кривых напряжения и тока в ЭЭС различного назначения, весьма актуальна.
Факторы, оказывающие существенное влияние на качество энергии электрической сети
В сетях переменного тока одним из основных показателей качества электроэнергии служит коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, показывающий, насколько фактическая кривая напряжения отличается от синусоидальной формы. В кривой напряжения кроме синусоиды основной частоты сети присутствуют гармонические составляющие, частота которых выше и кратна частоте сети [3].
Существенные потери электрической энергии из-за наличия гармонических реактивных составляющих в токах энергосистем требуют дополнительных затрат первичных энергетических ресурсов и вносят в проблему не только экономический, но и экологический аспект.
К основным факторам, определяющим степень и характер искажения напряжения при работе в ЭЭС статического преобразователя (СП), относятся: схема тиристорного преобразователя (ТП); мощность ТП; индуктивное сопротивление генератора и системы для высших гармоник; глубина регулирования выходного напряжения ТП; индуктивное сопротивление трансформатора (или реактора) на входе ТП. Вносимые ТП искажения кривой напряжения и тока вызывают дополнительный нагрев генераторов, асинхронных двигателей, увеличивают их шум и вибрацию, а также могут стать причиной нарушения нормальной работы систем автоматического управления, судовых информационно-измерительных систем, а также электронной и радио-
технической аппаратуры, если искажения напряжения превысят установленную норму.
Исследование работы судовых электрических сетей с буровыми установками
в различных эксплуатационных режимах
С целью изучения процессов, протекающих в ЭЭС при работе ее с СП (ТП), работающими на нагрузки различных видов, был проведен комплекс исследований функционирования электростанций плавучих полупогружных буровых установок (ППБУ) и самоподъемных буровых установок (СП БУ) в различных эксплуатационных режимах. Измерения выполнялись на главных распределительных щитах (ГРЩ) и щитах фильтр-компенсирующих устройств (ФКУ). При этом использовался специальный комплекс измерительных приборов, регистраторов, измерительных нормирующих преобразователей, в том числе штатных, анализаторов гармоник питания и параметров трехфазной сети с измерением гармоник электрической сети, трехфазный анализатор электропотребления.
В процессе исследований была получена информация, которая затем использовалась для разработки математической модели электростанции, а так же для синтеза системы управления качеством электроэнергии судовой сети. Особенность исследований состояла в том, что экспериментальные данные были получены при выполнении производственных задач буровых установок (БУ), которые при работе в морских условиях подвержены влиянию внешних волно-ветровых возмущающих воздействий и течения. Эти воздействия, как показали результаты исследований, оказывают влияние не только на конструкцию корпуса, но также и на все остальное оборудование, входящее в состав БУ. Внешние воздействия носят случайный характер, что в последующем было учтено при моделировании работы ЭЭС.
Объектом исследований стали ЭЭС ППБУ "Шельф-8" и ЭЭС СПБУ "Мурманская".
Исследование гармонического состава электрической сети ППБУ
В качестве источников электроэнергии ППБУ "Шельф-8" используются пять генераторов типа МСК-1250-750. Полная мощность генератора S = 1250 кВА, активная мощность
Р = 1000 кВт, напряжение U = 400 В, частота /= 50 Гц, номинальный ток якоря /я = 1805 А, коэффициент мощности cos 9 = 0,8.
Основные силовые потребители электроэнергии ЭЭС: электродвигатели (ЭД) постоянного тока электроприводов (ЭП), механизмов бурового комплекса и якорных лебедок; два ЭД буровых лебедок (KJI) типа ДПЗ — 99/74 — 8КМ2 (Р— 710 кВт, U= 440 В, /я= 1760 А, номинальный момент на валу Мп = 3150 кГСм); три ЭД буровых насосов (КН) типа МПП — 1000— 1000 (Р= 800 кВт, U= 600 В, 4= 1410 А); четыре ЭД цементировочных насосов (КЦ) типа МПП - 1000-1000 (Р = 800 кВт, /я = 1410 А, ¿7= 600 В).
Для обеспечения питания ЭП постоянного тока основных силовых потребителей используются восемь ТП типа ТВ 8-2000/825Н (/н = 2000 А).
С целью снижения коэффициента нелинейного искажения (Ани) напряжения и компенсации реактивной мощности, потребляемой статическими преобразователями, имеющими широкий диапазон регулирования выходного напряжения, в состав судовой электростанции входят следующие ФКУ: три устройства ФКУ-1 и ФКУ-2, состоящие из двух реакторов типа РТСТ820 — 0,0505УЗ, соединенных последовательно, и двух конденсаторных установок типа УКБ-0,415-240ТЭ, соединенных параллельно.
Характерными режимами работы ЭЭС исходя из специфических особенностей работы морских БУ с точки зрения особенностей генерирования и потребления электроэнергии можно считать: отстой, постановку на якорь (для СП БУ постановка на грунт), бурение, спуск-подъем инструмента, цементировку.
В режиме отстоя ППБУ для поддержания нормальной работы общесудовых потребителей необходима мощность порядка 500 кВт, ее выдает один дизель-генератор ЭЭС. При этом для обеспечения оптимальной работы дизеля (70 % номинальной нагрузки) используется подгру-зочное устройство (ПУ), выполненное в виде электронагревателей воды, которое получает напряжение отТП № 6. Мощность, потребляемая ПУ, зависит от угла управления ТП № 6.
В табл. 1 представлены КШ1 и амплитуды гармонических составляющих напряжения на шинах ГРЩ в зависимости от тока нагрузки ТП № 6 (/тп) при работе с ФКУ.
Эффективность действия ФКУ видна из анализа табл. 2, в которой представлены КШ1 и амплитуды гармонических составляющих напряжения сети 380 В при работе ЭЭС с ФКУ и без ФКУ для различных токов нагрузки ТП № 6.
В табл. 3. представлена зависимость Кна от тока нагрузки ТП № 6 при работе ЭЭС с ФКУ и без ФКУ.
Таблица 1
Гармонический состав напряжения на шинах ГРЩ
/П1, А Амплитуды гармоник Un в % (п = 5, ...,27)
5 7 11 13 15 17 19 21 23 25 27
0 0,6 ОД 0,2 0,1 0,1 0 0,2 0,2 0 0,2 0,2 0
100 3,3 1Д 1,5 1,3 0,6 0,1 0,8 0,8 0,1 0,6 0,4 0,2
200 4,5 1,6 2,1 1,2 1,3 0,4 1,0 0,8 0,5 1,0 0,7 0,5
300 5,4 1,8 2,3 1,8 1,6 0,6 1,3 1,2 0,7 0,9 0,9 0,7
400 5,9 1,8 2,3 2,1 1,5 0,7 1,4 1,0 0,8 1,2 0,7 0,9
500 6,1 1,8 2,3 2,2 1,4 0,7 1,6 1,1 1,1 1,2 1,0 1,2
Таблица 2
Гармонический состав напряжения на шинах ГРЩ
/г,„ А % Амплитуды гармоники U„ в ?i (п = 5, ...,27)
5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
200 3,6 1,4 1,9 0,3 1,1 0,9 0,2 1,0 0,7 0,4 0,7 0,7 0,4
200 6,2 4,1 2,9 0,5 1,3 1,2 0,2 1,2 0,7 0,5 1,1 0,9 0,3
500 6,6 1,8 2,7 0 2,3 1,5 1,4 1,8 - 1,1 1,3 - -
500 8,9 5,3 3,4 0,9 3,1 1,2 1,4 2,3 - 0,9 1,1 - -
Таблица 3
Влияние ФКУ на коэффициент несинусоидальности напряжения
4,А 0 100 200 300 400 500 Примечание
К* % 0,6 3,3 4,6 5,4 5,9 6,1 с ФКУ
1,2 5,1 7,1 8,3 8,6 9,0 без ФКУ
Анализ результатов экспериментальных исследований работы СЭС ППБУ в режиме отстоя показывает, что заметный КШ1 питающей сети 380 В появляется при работе силового ТП, при этом его величина зависит от нагрузки ТП, отношения ее к общей нагрузке генератора, угла управления ТП, качества работы коммутатора управляющих импульсов тиристоров.
Анализ эффективности действия установленного ФКУ в данном режиме работы ППБУ показывает, что его использование позволяет снизить значение Кна в 1,5 раза путем воздействия в основном только на пятую гармонику (понижением ее амплитуды в напряжении в три раза).
В режиме бурения в зависимости от технологической необходимости могут работать одновременно три, два или один электродвигатель буровых насосов совместно с электродвигателем ротора или буровой лебедки. Каждый из этих потребителей получает питание от своего ТП. В наиболее загруженном режиме для обеспечения необходимой мощности ЭЭС могут понадобиться три генератора.
В процессе экспериментальных исследований удалось наблюдать поведение ЭЭС при одновременной работе лишь двух потребителей, загруженных по току на 60 %. Максимальное зарегистрированное-значение КШ1 = 10 %.
Анализ гармонического состава нелинейных искажений питающего напряжения показал, что присутствуют все нечетных гармоник, не кратных 3, причем постоянно меняются их амплитуды в зависимости от угла отпирания (управления) тиристоров и тока нагрузки ТП.
В режиме подъема бурового инструмента кроме потребителей, находящихся в режиме отстоя, работают электроприводы двух буровых лебедок мощностью по 710 кВт каждая. Мощ-
ность всех этих потребителей обеспечивается работой двух генераторов. Данный режим работы СЭС характеризуется резкопеременной нагрузкой генераторов в связи с тем, что буровые лебедки работают в повторно-кратковременном режиме, а мощность их электроприводов соизмерима с мощностью электростанции. Поскольку якоря ЭД лебедок получают питание через силовые ТП, то их работа вызывает сильные нелинейные искажения напряжения питающей сети. При перегрузках, возникающих во время дерганья инструмента с большой глубины, возможны пиковые изменения КШ1 до 20 %. Были получены результаты измерений и осциллограммы напряжения на ГРЩ при работе буровых лебедок на различных нагрузках, а также измерения КШ1 напряжения сети 380 В при подъеме бурового инструмента с глубины 2400 м. При этом напряжение на выходе ТП изменяется от 0 до 100 В, токподгрузочногоустройства, которое питается от ТП № 6, работающего в автоматическом режиме, изменяется от 700 А до 0; общая мощность остальных потребителей не превышает 500 кВт. При уменьшении глубины нахождения бурового инструмента увеличиваются скорость его подъема, а также напряжение на выходе ТП.
Анализ полученных результатов показал, что при неработающих лебедках КШ1 напряжения не превышал 5 %, а при работе буровых лебедок мог достигать 14—18 %. Максимальные значения (в %) амплитуд гармонических составляющих напряжений для данного режима работы ЭЭС приведены в табл. 4.
Для работы с якорями на ППБУ используется комплексная система управления ТП электроприводов якорных лебедок типа КСУ ЭЯ Л-1, обеспечивающая следующие виды работ: развертывание якорной линии; удержание ППБУ над
Таблица 4
Максимальные значения амплитуд гармоник напряжения при работе буровых лебедок, %
и„ и* и» и* и* и»
5 3,8 3,5 3,2 3,2 4 2,6 4 3 3,6
устьем скважины; выполнение якорных операций при перегоне и перестановке ППБУ. Мощность системы ЭП—2x500 кВт. Максимальная потребляемая мощность по силовой цепи — 1320 кВт. Система энергоснабжения обеспечивает следующие режимы работ: одновременную работу ЭД двух лебедок, работу ЭД одной из лебедок. В свою очередь каждый из ЭД может работать в таких режимах: выбирание с рабочим моментом вращения 5980 Нт и стоянка под током с моментом 9080 Нт.
За время проведения экспериментов исследовалось поведение ЭЭС при работе ЭД якорных лебедок. Величина Кна при работе одного ЭД изменяется от 1 до 13 %, достигая в пиках 20 %. При этом отсутствовали резкие провалы и всплески значений Кна< характерные для предыдущего режима работы буровых лебедок. Анализ полученных результатов измерений и осциллограмм подтвердил зависимость Кна напряжения сети оттока якоря ЭД, который в свою очередь зависит от момента сопротивления на валу ЭД.
Анализ результатов исследований гармонического состава судовой электрической сети ППБУ типа "Шельф"
Анализ экспериментальных данных позволил сделать вывод, что КШ1 напряжения сети ЭЭС ППБУ "Шельф-8" значительно превышает допустимую величину установленную Регистром [1]. Анализ эффективности действия штатных ФКУ при различных режимах работы СЭС показал, что они не справляются со своей задачей, поскольку настроены лишь на пятую гармоническую составляющую, в то время как на величину искажений влияет весь спектр нечетных гармоник, не кратных 3. При этом "удельный вес" той или иной из них меняется в зависимости от режима работы ТП.
Для эффективной компенсации нелинейных искажений напряжения судовой сети ППБУ необходимо использовать комбинации пассивных (ФКУ) и силовых активных фильтров.
Исследование гармонического состава электрической сети самоподъемной буровой установки "Мурманская"
В состав ЭЭС входят три дизель-генератора. Характеристики генераторов: Р — 2 000 кВт; и= 660 В; Х"а = 0,175; ^ = 0,197; совфном = 0,8.
Для работы на регулируемые электроприводы постоянного тока было установлено следующее оборудование: анодные дроссели La индуктивностью 0,064 мГн — 6 шт.; управляемые ТП мощностью 1 000 кВт — 6 шт; сглаживающие реакторы, установленные на выходе ТП, индуктивностью 0,755 мГн на ток I 1250 А — 6 шт.
Системы управления ТП были реализованы на аналоговых элементах, что требовало их постоянной настройки обслуживающим персоналом.
Гармонический состав ЭЭС СПБУ до реконструкции был аналогичен рассмотренному выше составу на ППБУ. С целью повышения эффективности работы СПБУ была проведена ее реконструкция — установлено новое оборудование взамен устаревшего; это в основном касалось насосов, лебедок и другого технологического оборудования, имеющего отношение к проведению буровых работ. Наряду с этим была проведена реконструкция оборудования судовой ЭЭС: заменены все шесть ТП отечественного производства на ТП американского производства аналогичной мощности, которые оснащены микропроцессорными системами управления; анодные дроссели были демонтированы, в результате чего гармонический состав ЭЭС еще более ухудшился, КШ1 увеличился (так как исходно анодные дроссели сглаживали гармоники, в том числе от пятнадцатой и выше). Известно: если ЭЭС имеет "бесконечную" мощность, т. е. много большую, чем мощность установленных ТП, то эквивалентные генераторы окажутся коротко-замкнутыми, и КШ1 напряжения должен стремиться к нулю [3]. Так ошибочно считали авторы реконструкции.
Анализ полученных результатов измерений и осциллограмм напряжений, токов и амплитуд их гармонических составляющих, активной и реактивной мощности генераторов выполнялся при различных режимах работы генераторов на общесудовую нагрузку (без работы бурового технологического оборудования: насосов и лебедок) на ГРЩ 0,38 кВ и ГРЩ 0,66 кВ с ФКУ и без ФКУ. В том случае, когда в работе на общесудовую нагрузку находятся генераторы № 2 и № 3, Кт1 напряжения на ГРЩ 0,38 кВ изменяется в пределах 7—16 % и его значения выше, чем на ГРЩ 0,66 кВ, где КШ1 имел меньшие значения (Л"ни напряжения изменялся в пределах4—12 %). При этом в спектре регистрируется большее
Рис. 1. Осциллограммы (а, б) и амплитудные спектры гармонических
при работе генераторов № 2 и № 3
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Гармоника
г)
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Гармоника
составляющих (в, г) тока генератора № 2 (а, в) и тока ГРЩ-380 В (б, г) на общесудовую нагрузку при включенном ФКУ
а)
О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 ООО
Время, мкс
S)
О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 ООО
Время, мкс
Рис. 2. Осциллограммы (я, б) и амплитудные спектры напряжений на ГРЩ-380 В (а, в) и ГРЩ-660 В {б, г) на общесудовую нагрузку (насосы MPI загружены на 50%,
Гармоника
гармонических составляющих (в, г) при работе генераторов № 1 и № 3 МРЗ - на 53%, ТД - на 60 %) при отсутствии ФКУ
а)
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 ООО
Время, мкс
Рис. 3. То же, что на рис. 2,
г)
5| 51,675 | 5250484644424038363432-
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Гармоника
но при двух включенных ФКУ
число высших гармонических составляющих, а амплитуда каждой из гармоник увеличивается. В качестве примера на рис. 1 приведены осциллограммы тока генератора № 2 на ГРЩ 660 В и на ГРЩ 380 В, а также амплитуд их гармонических составляющих (Кни тока имеет значения в пределах 21,8 %) при работе генераторов № 2 и 3 на общесудовую нагрузку с ФКУ, а также на ГРЩ 380 В, где Кни тока имеет значения в пределах 66,9 %. В этом режиме ЭЭС работал ТП № 6 на подгрузочное устройство (электронагреватели воды). Работа ТП уже в этом режиме (легком) оказывает существенное влияние на гармонический состав амплитуд тока ЭЭС. Гармонический спектр составляющих тока содержит наряду с нечетными гармониками, еще и четные, но их амплитуда, как правило, почти на порядок меньше. Отключение одного из ФКУ или обоих сразу не приводит к заметному изменению гармонического состава напряжений и токов при работе генераторов на общесудовую нагрузку.
Значения коэффициентов мощности cos 9 при работе генераторов на общесудовую нагрузку на ГРЩ 0,66 кВ были следующие:
9
99 9
9
99 9
В процессе исследований наблюдалась неравномерность распределения активных и реактивных нагрузок генераторов при их параллельной работе на общесудовую сеть, что наглядно иллюстрирует рис. 4.
Подключение двух ФКУ способствует компенсации реактивной мощности генераторов (рис. 4,6).
При работе буровой лебедки КШ1 зависит от того, на какую мощность она работает, какие генераторы работают на судовую сеть, включены ли в сеть ФКУ. При включении в сеть буровой лебедки Кна напряжения несколько увеличивается, достигая 16—20 %. Коэффициент мощности при подключенной буровой лебедке уменьшается.
При работе буровых насосов и Top Drive КШ1 напряжения существенно увеличивается и намного превышает допустимые Регистром [1] нормы, что иллюстрируют результаты, представлен-
ные на рис. 2, 3. В спектре (рис. 2 в, г и 3 в, г) наряду с нечетными появляются значительные по амплитуде четные гармоники, что говорит о несимметричной нагрузке сети.
При работе буровых насосов Кна изменяется подлине реализации исследуемого процесса. Коэффициент мощности не зависит от количества подключенных ФКУ, следовательно, в режиме работы буровых насосов необходимо использовать три ФКУ.
Анализ результатов исследований гармонического состава токов и напряжений в судовой электрической сети самоподъемной буровой установки "Мурманская"
Анализ результатов исследований гармонического состава токов и напряжений в судовой электрической сети самоподъемной буровой установки "Мурманская" в различных эксплуатационных режимах показал, что отсутствие в составе электроэнергетической установки дросселей, предназначенных для компенсации высокочастотных составляющих ТП, приводит к изменению частотной характеристики электрической сети. При этом полоса пропускания смещается в область низких частот, и эффективность подавления 5 и 7 гармонике помощью ФКУ весьма низкая. Отсутствие дросселей приводит к тому, что не скомпенсированные дросселем гармоники выделяются на всех участках цепи как со стороны высокого (0,66 кВ), так и со стороны низкого (0,38 кВ) напряжения.
В зависимости от характера нагрузки меняется угол включения тиристоров, приводящий в момент коммутации к появлению высокочастотного спектра на стороне высокого напряжения и последующим его проявлениям на всех участках нескомпенсированной цепи.
При параллельной работе ТП наряду с нечетными гармониками появляется широкополосный спектр четных гармоник. В зависимости от нагрузки параллельно работающих СП появляется несимметрия токов и напряжений, вызванная различными углами включения тиристоров, которые обеспечивают в реальном масштабе времени необходимое напряжение для соответствующих приводов постоянного тока. Как и в случае работы одного управляемого статического преобразователя на конкретную нагрузку,
135 130 125 120 11S 110 105
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850
Время, мкс
Рис. 4. Осциллограммы активной и реактивной мощности генераторов № 1 и № 3 на ГРЩ-660 В при работе генераторов на общесудовую нагрузку (насосы MPI загружены на 50 %, МПЗ - на 53 %, ТД - 60 %) без ФКУ (а) и при двух включенных ФКУ (б)
здесь смещается амплитудо-частотная характеристика электрической сети, что приводит также к смещению полосы пропускания ФКУ, вследствие чего эффективность действия его по подавлению 5 и 7 гармоник низкая.
Общие выводы и предложения по улучшению качества электроэнергии в ЭЭС СПБУ "Мурманская"
Анализ результатов исследований гармонического состава судовой электрической сети самоподъемной буровой установки "Мурманская" в различных эксплуатационных режимах, а так же выводы, которые были получены в процессе выполнения расчетов и моделирования режимов работы ЭЭС в динамике, позволяют сформулировать следующие основные рекомендации по улучшению качества электрической энергии электростанции, а также сформулировать предложения по совершенствованию эксплуатации оборудования, входящего в состав ЭЭС:
1. Обеспечение равномерного распределения активных нагрузок между генераторами возможно при условии настройки установленных на СПБУ устройств распределения активной нагрузки УРМ-35.
2. Равномерного распределения реактивных нагрузок можно добиться наладкой имеющихся в схеме ЭЭС корректоров БКН-7, устройств автоматического распределения реактивных нагрузок.
3. Качество электроэнергии при работе ЭЭС со статическими преобразователями не соот-
ветствует требованиям ГОСТ [2] (А"ни не должно превышать 8 % за длительный период и 12 % за короткий) и правилам Морского регистра судоходства [1] (Кип не должно превышать 10 %). Исследования показали, что установленные ФКУ не влияют на гармонический состав токов и напряжений сети. Для улучшения cos ф на шинах 380 В необходимо восстановить параметры установленных на СПБУ "Мурманская" ФКУ.
4. Для изменения спектра высокочастотных гармонических составляющих напряжения необходимо установить (восстановить ранее демонтированные) анодные дроссели.
5. Для повышения качества электроэнергии рекомендуется установить:
пассивные заградительные фильтры — конденсаторно-компенсационные установки (ККУ) (стоимость основного оборудования 475 ОООрублей. Габариты одной ККУ: Н= 2000, А = 1200, В = 600 (мм) без учета габаритов реакторов);
силовой активный энергетический фильтр на основе современной силовой электроники с базовым программным обеспечением (стоимость САФ мощностью 240 кВАр - 77000 EUR без установки и наладки. Габариты Н— 2600; = 2020; В= 500 мм).
6. Один из методов улучшения качества электроэнергии ЭЭС заключается в применении "чистой" сети. На СПБУ она может быть выполнена любым способом, отделяющим нагрузку на шинах 380 В от сети 660 В.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила классификации и постройки морских судов / Российский морской регистр судоходства. СПб., 2007. 679 с.
2. ГОСТ 13109-97: Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения, http://www.niicon.rii/clictionary/ gostl3109-97.
3. Анисимов Я.Ф., Васильев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. J1.: Судостроение, 1990. 264 с.
4. Dimitrie Alexa. Aktives devistungs filter fur statischen Fregnewzmu richter mit unem Wechselrichter
mit eingepragtan ström // Bulletin SEVNSE. 1991. № 82. P. 7-10.
5. Hayashi Y., Sato N., Takahashi K. A Novel control OFA current source Aktiv filter for ac power system harmonik compensation, in Proc// IEEE PESC. 1988. № 8. P. 491-509.
6. Prokhorenkov A., Remezovskiy V., Sovlukov. A. Estimation of Higher Order Harmonics in Electric Power Systems and the Compensation by Situation Control Method. // Proc. of the Second IEEE Intern. Workshop on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (1DAACS ' 2003) / Lviv, Ukraine, 2003. P. 335-338.
