Введение
25 октября 2024 года на производственном объекте, специализирующемся на нефтедобыче, был проведен технический аудит качества электроснабжения. Аудит осуществлялся компанией «Хомов электро» с привлечением технического специалиста. В рамках аудита применялись специализированные измерительные приборы, среди которых особое место занимал анализатор качества электроэнергии HIOKI PQ3100-10. Этот прибор, обладающий расширенным функционалом, предназначен для комплексного мониторинга параметров электрической сети. С его помощью был проведен детальный анализ ключевых характеристик электроснабжения, включая напряжение, частоту, форму сигнала и другие значимые параметры.
В процессе измерений прибор HIOKI PQ3100-10 регистрировал 256 различных параметров, включая среднеквадратичные значения напряжения и тока, коэффициент мощности, показатели гармонических искажений, а также минимальные и максимальные значения отклонений от номинальных характеристик. Это позволило провести всесторонний анализ качества электроснабжения и выявить потенциальные источники нестабильности в электрической сети.
Дополнительно были зафиксированы осциллограммы токов, напряжений и мощностей, что обеспечило возможность детального изучения динамических характеристик системы. Также осуществлялось построение гистограмм распределения гармонических составляющих, что позволило оценить уровень интерференции и выявить возможные проблемы, связанные с качеством электроэнергии.
Линия электропередачи, соединяющая подстанцию 110/35/6 кВ с комплектным распределительным устройством наружной установки (КРУН), функционирующим от напряжения 6 кВ, имеет протяженность приблизительно 40 километров. В целях обеспечения равномерного распределения нагрузки и минимизации потерь напряжения, на всем протяжении линии была реализована транспозиция фазных проводов. Для поддержания требуемого уровня напряжения в различных режимах работы сети установлены три пункта автоматического регулирования напряжения (ПАРН). В конечной точке линии установлен повышающий трансформатор с коэффициентом трансформации 6/10 кВ. Основными проблемами, с которыми столкнулся заказчик, являлись низкий коэффициент мощности, наличие мерцаний и гармоник в электрической сети.
Цель
Целью измерений являлось определение параметров качества электрической энергии и их соответствия требованиям ГОСТ 32144–2013 с последующим анализом полученных в ходе измерений данных.
Замеры
В результате проведения замеров получены динамические данные отражающий изменение соответствующих величин по времени.
Графики линейных напряжений приведены на рисунке 1.
Рисунок 1 – Графики напряжений
Таблица 1 – Зафиксированные значения напряжения.
| Установившееся значение напряжения, В | UA | UB | UC | Предельно допустимые значения отклонений по ГОСТ 32144–2013 |
text
| нижнее | верхнее |
| Максимальное значение | 10357 | 10624 | 10473 | 9000 | 11000 |
| Среднее значение | 9984 | 10273 | 10155 |
| Минимальное значение | 9458 | 9723 | 9678 |
В соответствии с п. 4.2.2 ГОСТ 32144–2013 отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы:
- положительные и отрицательные отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±10 % от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ 721 и ГОСТ 21128 (номинальное напряжение);
- допустимые значения положительного и отрицательного отклонения напряжения в точках общего присоединения должны быть установлены сетевой организацией с учетом необходимости выполнения норм настоящего стандарта в точках передачи электрической энергии.
Во время проведения измерений напряжение на данном участке распредсети не выходило за пределы диапазона, установленного ГОСТ 32144–2013.
На рисунке 2 приведены графики фазных токов.
Рисунок 2 – Графики фазных токов
Таблица 2 – Зафиксированные значения токов.
| Ток, А | IA | IB | IC |
text
| Максимальное значение | 47,20 | 49,43 | 46,73 |
| Среднее значение | 43,74 | 45,40 | 42,94 |
| Минимальное значение | 40,50 | 41,94 | 39,84 |
На основании данных, полученных в ходе измерения, можно сделать вывод о том, что распределение нагрузки по фазам демонстрирует значительную неравномерность. Однако, несмотря на это, характер нагрузки можно охарактеризовать как сбалансированный в пределах диапазона от 40,5 до 47,2.
Согласно приказу министерства промышленности и энергетики Российской Федерации от 23 июня 2015 г. № 380 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)», предельные значения коэффициента реактивной мощности имеют следующие значения (таблица 3).
Таблица 3 – Предельные значения коэффициента реактивной мощности.
| Уровень напряжения, кВ | Максимальное значение коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети |
text
| 110 (154) | 0,5 |
| 35 (60) | 0,4 |
| 1–20 | 0,4 |
| ниже 1 | 0,35 |
Рисунок 3 – Графики изменения мощностей
Рисунок 4 – Графики изменения коэффициентов мощности
Таблица 4 – Зафиксированные значения мощностей и коэффициента реактивной мощности.
| P, кВт | S, кВА | Q, квар | соsφ |
text
| Максимальное значение | 238,00 | 800 | 787 | 0,30 |
| Среднее значение | 162,34 | 772,62 | 754,66 | 0,21 |
| Минимальное значение | 89,00 | 737 | 726 | 0,12 |
В результате проведенных измерений установлено, что суммарный коэффициент мощности демонстрирует вариативность в диапазоне от 0,12 до 0,30, при этом среднее значение составляет 0,21. Характер нагрузки определен как активно-индуктивный, что указывает на наличие значительной доли реактивной составляющей в общей мощности. Примечательно, что коэффициенты мощности по фазам демонстрируют несовпадение, что свидетельствует о неравномерном распределении нагрузок.
Усредненный суммарный коэффициент мощности, равный 0,21, указывает на необходимость проведения мероприятий по компенсации реактивной мощности. Данная мера является критически важной для повышения энергоэффективности системы, оптимизации работы оборудования и снижения потерь в электрических сетях.
Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения согласно ГОСТ 32144–2013 при Uном = 6-25 кВ составляют 5,0 % и 8,0 % соответственно. По требованиям к эксплуатации конденсаторных установок без применения защитных дросселей искажения не должны превышать 2 % по напряжению и 25 % по току, а для конденсаторных установок с установленными защитными дросселями искажения не должны превышать 4 % по напряжению.
Графики суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения и тока, полученные в процессе измерений, приведены на рисунках 5 и 6 соответственно.
Рисунок 5 – Графики суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения
Из графика, изображенного на рисунке 5 следует, что уровни гармонических искажений напряжения превышают значения ГОСТ 32144-2013.
Рисунок 6 – Графики суммарных коэффициентов гармонических составляющих тока
Из графика, изображенного на рисунке 6 следует, что уровни гармонических искажений тока превышают критические значения для безопасной эксплуатации конденсаторов (25 %).
Таблица 5 – Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения.
| THDU, % | Фаза A | Фаза B | Фаза C | Допустимые значения по ГОСТ 32144–2013 |
text
| Максимальное значение | 13,83 | 13,38 | 12,82 | 5 |
| Среднее значение | 11,69 | 11,06 | 10,69 |
| Минимальное значение | 9,49 | 9,01 | 8,81 |
Таблица 6 – Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих тока.
| THDI, % | Фаза A | Фаза B | Фаза C |
text
| Максимальное значение | 8,32 | 8,12 | 7,90 |
| Среднее значение | 6,92 | 6,79 | 6,72 |
| Минимальное значение | 5,22 | 5,35 | 5,20 |
Значения коэффициентов n-й гармонической составляющей напряжения и тока в сравнение с допустимыми значениями приведены на рисунках 7 и 8 соответственно.
Рисунок 7 – Коэффициенты n-й гармонической составляющей напряжения
Из гистограммы распределения коэффициентов гармоник напряжения (рис. 7) следует, что преобладающими гармониками напряжения являются 3-я, 5-я, 7-я, 9-я, 11-я, 13-я, 15-я, 17-я, 19-я, 21-я, 23-я и 25-я гармоники напряжения.
Рисунок 8 – Коэффициенты n-й гармонической составляющей тока
Из гистограммы распределения коэффициентов гармоник тока (рис. 8) следует, что преобладающими гармониками тока является 3-я, 5-я, 7-я, 11-я, 13-я, 17-я и 19-я гармоники тока.
Рекомендации по внедрению установок
На основе всестороннего анализа и детального изучения технических параметров целесообразно предложить внедрение статического компенсатора реактивной мощности (STATCOM) с номинальной мощностью 2 МВАр. Данное решение направлено на снижение уровня реактивной мощности в энергосистеме, что, в свою очередь, способствует увеличению коэффициента мощности. Кроме того, внедрение STATCOM позволит эффективно устранить мерцание (дозу фликера) и уменьшить уровень гармоник в электрической сети. Таким образом, реализация данного проекта будет способствовать повышению качества электроснабжения и стабильности работы энергосистемы в целом.
