Aktuality

Nová kompenzace účiníku ve válcovně trub

 

V nedávné době bylo ve významném podniku v České republice ve spolupráci několika firem uvedeno do provozu kompenzační zařízení pro centrální kompenzaci účiníku. Je popsána volba koncepce tohoto zařízení a uveden jeho stručný popis. Dále jsou ukázány některé první výsledky sledování jeho provozu.


1. Úvod

Je všeobecně známo, že kompenzaci jalového výkonu je ideální budovat co nejblíže spotřebičům, které ji potřebují – snižují se tím nároky na dimenzování rozvodů a ztráty a úbytky napětí v těchto rozvodech vznikající. Upřednostníme tedy individuální kompenzaci jednotlivých spotřebičů nebo skupinovou kompenzaci jejich určitého omezeného počtu, například napájených z jednoho transformátoru.

V některých případech je ale výhodné alespoň část potřebného kompenzačního výkonu instalovat v centrální kompenzaci, určené pro celý výrobní provoz. Může to mít například tyto přednosti:

    • soustředění kompenzačního zařízení do jednoho celku, který je přehlednější a jednodušší na údržbu
    • možnost vyhnout se instalaci kompenzačních prostředků v nepříznivém prostředí provozu
    • omezit celkový potřebný instalovaný výkon kompenzačního zařízení
    • umožnit jednoduchou a přesnou regulaci celkového účiníku celého odběru



2.     Volba typu kompenzačního zařízení

Cestou centrální kompenzace se šlo i v případě zajištění kompenzace účiníku provozu válcovny trub. Již nedlouho po spuštění provozu bylo vybudováno centrální kompenzační zařízení na napěťové hladině 6 kV sestavené s ohledem k převládajícímu charakteru spotřebičů z filtrů 5., 7., 11. a 13. harmonické. Zařízení fungovalo uspokojivě, nevýhodou byla jen velmi obtížná ruční skoková regulace kompenzačního výkonu. Časem se však začal prudce zvyšovat počet poškozených kondenzátorových jednotek, což vedlo k omezování výkonu zařízení až posléze k jeho úplnému odstavení.

Vzhledem k potřebě ekonomicky optimalizovat zásobování provozu elektřinou bylo rozhodnuto vybudovat zcela nové zařízení pro kompenzaci účiníku. Měla být zachována koncepce centrální kompenzace, která by však saturovala nejen současné potřeby kompenzačního výkonu, ale i zvýšenou potřebu danou rozšiřováním výroby v budoucnu. Dále musel návrh kompenzace zohlednit, že síť je určitou měrou ovlivněna rušivými spotřebiči generujícími  harmonické - zejména řízenými usměrňovači a měniči frekvence pro pohony. Tato míra ovlivnění však není taková, aby vyvolávala nutnost budování filtračního zařízení.

Jaké jsou tedy možností?

1)      Vybudovat stupňovitě spínanou hrazenou kompenzaci. Výhoda: jednoduché nepříliš nákladné zařízení s relativně malými provozními ztrátami. Nevýhoda: jen skoková a pomalá regulace jalového výkonu

2)      Vybudovat hrazenou pevnou kompenzaci na plný maximální kompenzační výkon a regulaci výkonu provádět tyristorovým spínačem regulovanými tlumivkami navrženými rovněž na plný výkon kompenzace. Výhoda: Rychlá a plynulá regulace jalového výkonu. Nevýhody: Nákladné a provozně složitější zařízení, relativně velké ztráty (největší při nulovém kompenzačním výkonu).

Vzhledem k charakteru odběru - rychlé kolísání jalového výkonu jenom v omezeném rozsahu - se nabízí kompromisní řešení:  Vybudovat hrazenou kompenzaci v několika relativně velkých stupních, a k tomu připojit zařízení pro plynulou regulaci výkonově překrývající rozsah jednoho stupně. Zařízení zdůrazňuje výhody obou možných řešení a omezuje jejich nevýhody: Náklady na vybudování jsou výrazně menší než u zařízení s plnorozsahovou rychlou regulací, ztráty jsou jen o málo větší než u spínané kompenzace a nejsou tak enormně vysoké při nulovém kompenzačním výkonu. Maximální kompenzační výkon lze bez problémů přizpůsobit i požadavkům do budoucnosti bez nutnosti budování plynulé regulace v celém v budoucnu potřebném výkonu. A je tu ještě jeden provozní bonus navíc: V případě poruchy regulační části lze zařízení provozovat nouzově v režimu stupňovitě spínané kompenzace

.

3.     Popis kompenzačního zařízení

Síť válcovny je napájena z rozvodny 110/22 kV přívody 22 kV. Její rozvodna sestává z části 22 kV, transformátorů 22/6 kV (3x 6,3 MVA – z toho 1 x rezerva) a z poměrně rozsáhlé rozvodny 6 kV, ze které jsou napájeny jednotlivé vysunuté transformovny v provozu. Maximum odběru se v současnosti pohybuje do 6 MW, v budoucnosti bude zvýšeno. Kompenzační zařízení je napájeno z jednoho pole rozvodny 6 kV, signál pro automatickou regulaci účiníku je odebírán z rozvodny 22 kV – sestává ze signálů napětí a sumace signálů proudu všech čtyř přívodních polí.

Kompenzační zařízení se nachází nedaleko rozvodny 6 kV v původním objektu zrušených kompenzačních filtrů. Přívod do kompenzace je kabelový.

Silový rozváděč kompenzace sestává z přívodního pole s odpojovačem se zkratovačem a vstupním vakuovým vypínačem, ochrannými bleskojistkami, měřením proudu a napětí. Dále je k přípojnicovému systému rozváděče připojeno pět stejných kompenzačních stupňů. Každý z nich je v samostatném poli a sestává z vakuového stykače s vestavěnými silovými pojistkami, RC členu pro eliminaci spínacích přepětí, ochranné trojfázové železové tlumivky a dvojice paralelně spojených trojfázových kondenzátorů. V  kondenzátorech instalovaný výkon každého stupně je 1200 kvar, kompenzační pak 940 kvar. Poslední polem rozváděče je vývod, který je vybaven odpojovačem se zkratovačem a je určen pro regulační člen. Zjednodušené schéma zařízení je na obr. 1, celkový pohled na rozváděč je na obr. 2, pohled do pole jednoho kompenzačního stupně je na obr. 3.

Regulační člen sestává z trojice jednofázových vzduchových reaktorů, které jsou spojeny do trojúhelníka v sérii s jedním pólem měniče. Napětí na tlumivkách a tím i jejich výkon jsou ovládány střídavým fázově řízeným tyristorovým měničem. Jmenovitý výkon regulačního členu je 1000 kvar, je tedy vyšší než výkon jednoho kompenzačního stupně a je něco přes 20% celkového kompenzačního výkonu zařízení. Tyristorový měnič je ve skříni bezprostředně sousedící se silovým rozváděčem, tlumivky jsou pak volně stojící v prostoru za rozváděči, který je ohrazen drátěným pletivem.

V bezprostřední blízkosti silových rozváděčů se nachází ovládací rozváděč, který obsahuje rozvod pomocných napětí, obvody ovládání a signalizace vypínače a jednotlivých stykačů, obvody řízení zařízení v případě činnosti bez měniče, obvody ochran, ovládací prvky zařízení a ovládací panel měniče s grafickým displejem.


4.     Popis silové a regulační části měniče

 Výkonová část tyristorového měniče impedance je tvořena měničovou sestavou typu COMPACT. Je to univerzální modulární stavebnicový systém určený pro stavbu vysokonapěťových řízených usměrňovačů, frekvenčních měničů a dalších aplikací pro stejnosměrné a střídavé pohony, napájení vysílačů apod. Stavebnice je vhodná pro napětí od 2 kV do 15 kV.
Použitím pastilkových polovodičových prvků a vzduchového chlazení na principu tepelných trubic se docílí značná kompaktnost prvkových bloků a tím i snížení objemu celých měničů.

 Řízení celého měniče COMPACT zajišťuje mikroprocesorový regulátor EMADYN, doplněný zobrazovacím a ovládacím panelem. Použitý mikroprocesorový regulační systém je vybaven řídícím počítačem INTEL 196 a je součástí silové skříně. Pro potřeby kompenzačního zařízení je vyvinut speciální řídicí program, komunikující s technologickým zařízením logickými vstupními a výstupními signály. Analogové vstupy signálů napětí a proudu pak řídí prostřednictvím regulátoru kontaktní výstupy i úhel otevření měniče. Řídicí program lze ovládat pomocí vstupních logických a analogových signálů dálkově, případně též pomocí alfa-numerického displeje připojeného k mikropočítači sériovou linkou.


5.     První povozní výsledy

Bezprostředně po uvedení zařízení do provozu bylo provedeno orientační měření parametrů odběru bez zapnutého kompenzačního zařízení a se zařízením zapnutým.

Průběh činného a jalového odběru bez kompenzace je na obr. 4a), s kompenzací na obr. 4b). Průběh účiníku jednotlivých fází odběru bez kompenzace je na obr. 5a), s kompenzací na obr. 5b).

Graf celkového zkreslení napětí neuvádíme, ale z hodnoty 1,5 až 2,5 % se při činnosti kompenzace zkreslení snížilo na hodnoty pod 1 %.


6.     Závěr

Lze shrnout, že se ve spolupráci několika dodavatelů podařilo za rozumných nákladů vybudovat zařízení, které splňuje požadavky na provozně jednoduchou a spolehlivou centrální kompenzaci účiníku válcovny trub. Přitom provozní ztráty zařízení jsou relativně nízké a zařízení má i dostatečné rezervy pro navýšení odběru v budoucnosti.



Obrazové přílohy
 

Obr. 1 Zjednodušené přehledové schéma kompenzačního zařízení

                                    

  Obr. 2 Celkový pohled na rozváděč                                 Obr. 3 Pohled do pole s kompenzačním výkonem 940 kvar




Obr. 4. a) Průběh činného a jalového výkonu bez kompenzace




Obr. 4 b) Průběh činného a jalového výkonu s kompenzací


 

 Obr. 5 a) Průběh účiníku jednotlivých fází odběru bez kompenzace

 

Obr. 5 b) Průběh účiníku jednotlivých fází odběru s kompenzací