МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Энергетический факультет

 

Кафедра «Электрические системы»

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Инновационные технические решения в системах выработки, передачи и потребления энергии»           

 

на тему: «Средства компенсации реактивной мощности»

 

 

 

Тема диссертации: «Эскизная проработка биогазовых энергоустановок для условий Беларуси»

 

 

 

Исполнитель:

 

магистрант заочной формы обучения энергетического факультета кафедры «Электроснабжение» специальности 1-43 80 01 «Энергетика» Павлович Евгений Михайлович

 

 

 

Минск 2014

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. 3

1. СРЕДСТВА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В РАМКАХ ОЭС БЕЛАРУСИ.. 5
2. ИСТОЧНИК РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.. 9
3. СТАТИЧЕСКИЙ КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.. 13
4. УПРАВЛЯЕМЫЙ ШУНТИРУЮЩИЙ РЕАКТОР-АВТОТРАНСФОРМАТОР 17
5. УПРАВЛЯЕМЫЙ ШУНТИРУЮЩИЙ РЕАКТОР-ТРАНСФОРМАТОР. 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 26

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 27

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Одной из актуальных тем на сегодняшний день для белорусской энергетики является компенсация реактивной мощности (далее – РМ).

Для электрической сети в целом требуется равенство генерации и потребления активной и реактивной мощности. Основным нормативным показателем поддержания баланса активной мощности в каждый момент времени является частота переменного тока, которая служит общесистемным критерием. А основным нормативным показателем поддержания баланса реактивной мощности в каждый момент времени является уровень напряжения – местный критерий, который для каждого узла нагрузки и каждой ступени номинального напряжения существенно отличается. Поэтому в отличие от баланса активной мощности необходимо обеспечить баланс и резерв реактивной мощности не только в целом в энергосистеме, но и в узлах нагрузки, так как это напрямую влияет на уровни напряжений в узлах.

Объединенная энергосистема Беларуси (далее – ОЭС) представляет  собой хорошо развитую сеть воздушных линий электропередач (далее – ЛЭП) напряжением 220-750 кВ.  К примеру, количество ЛЭП 330 кВ составляет 52 единицы, а ЛЭП 220 кВ – 23.

В связи с наличием в ОЭС Беларуси протяженных линий электропередачи 220 – 750 кВ имеющих большую зарядную мощность, в отдельных узлах энергосистемы, с которыми связаны эти линии, возникают значительные избытки реактивной мощности в часы минимальных нагрузок (ночное время, выходные и праздничные дни), когда реактивная мощность, генерируемая линиями электропередачи, превышает индуктивную нагрузку потребителей и потери реактивной мощности в сети.

В этих узлах вследствие этого происходит подъем напряжения, который может быть выше допустимых отклонений от заданных графиков напряжения или даже выше напряжения, допустимого по классу изоляции. Положение с балансом реактивных нагрузок в часы минимальных нагрузок в ОЭС Беларуси в значительной степени усложняется в связи с тем, что батареи статических конденсаторов потребителей не отключаются, увеличивая избыточную реактивную мощность, которую необходимо потребить, чтобы удержать уровни напряжения в заданном диапазоне отклонений и не допустить перенапряжений в контрольных точках системы.

Рост генерации РМ вызывает такие негативные последствия как:

• Общее повышение уровней напряжения в распределительных сетях, на шинах потребителей и снижение качества электрической энергии;
• Увеличение потерь активной мощности в элементах электрической сети;
• Дополнительная загрузка линий электропередач и силовых трансформаторов потоками реактивной мощности, которые увеличивают токовую нагрузку электросети, снижают резерв пропускной способности и устойчивость сети;

Помимо всего, с возведением Белорусской АЭС, требуется строительство новых высоковольтных ЛЭП по критерию надежности и устойчивости энергосистемы, а это дополнительный источник РМ. Стоимость новых линий существенно высока для белорусской экономики.

В этих условиях функционирования ОЭС актуальным становится максимальное использование в режимах с повышенной пропускной способностью действующих и вновь сооружаемых линий электропередачи за счет применения различных устройств компенсации реактивной мощности. Структуру и характеристики компенсирующих устройств для условий Беларуси рассмотрим ниже.

 

 

1. СРЕДСТВА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В РАМКАХ ОЭС БЕЛАРУСИ

Из электротехники известно, что полная мощность, определяющая расчетные токи и напряжения сети, состоит из передаваемой в нагрузку полезной активной составляющей и реактивной, которая отрицательно влияет на режимы работы электрической сети и показатели качества электроэнергии. В частности, реактивный ток дополнительно загружает высоковольтные линии и трансформаторы, приводит к увеличению потерь активной и реактивной мощности, влияет на уровни напряжения у потребителя.

Передача РМ по линиям электропередачи приводит к ухудшению технико-экономических показателей работы сети. При увеличении реактивной нагрузки на ВЛ увеличение потерь активной и реактивной мощности будет происходить обратно пропорционально квадрату коэффициента мощности нагрузки ВЛ. Это увеличение потерь получается достаточно большим.

Если при сosj = 1 принять потери активной мощности за 100%, то при сosj = 0,95 они увеличиваются примерно на 11%, при cosj = 0,9 – на 24%. Увеличение потерь приводит к повышению расхода топлива, т.е. к дополнительным денежным и материальным затратам.

Кроме того, увеличение передаваемой РМ связано с увеличением потерь напряжения и затруднением в обеспечении качества поддержания напряжения.

Задачей регулирования реактивной мощности в энергосистеме и на промышленных предприятиях является обеспечение качества электроэнергии, удовлетворяющего установленным нормам, экономичной совместной работы электрических сетей энергосистемы и электроприемников и связанных с ними механизмов, обеспечение необходимого запаса устойчивости энергосистемы, а так же поддержания согласованных перетоков по реактивной мощности по межгосударственным линиям.

Решение этой задачи осуществляется за счет:

1. оптимального распределения потоков реактивной мощности в сетях, обеспечивающего минимум потерь активной и реактивной мощности;
2. поддержания требуемого баланса ОЭС по реактивной мощности.

Регулирование оптимального распределения потоков РМ в сетях осуществляется путем:

1. регулирования реактивной нагрузки генераторов и СК;
2. перевода в часы минимальных нагрузок части генераторов и СК в режим недовозбуждения;
3. изменения количества включенных шунтирующих реакторов на ВЛ 750 кВ;
4. изменения количества включенных статических конденсаторов у потребителей и в сети ОЭС Беларуси;
5. отключения в резерв линий 330 кВ.

Само понятие «компенсация» включает в себя как выработку РМ, так и ее потребление устройствами компенсации РМ в зависимости от преследуемых целей.

В случае дефицита РМ у потребителей, необходимо производить РМ по возможности ближе к нагрузкам, чтобы избежать ее потребления из сети, иначе циркуляция РМ по распределительной сети увеличивает потребляемый ток и вызывает:

1. перегрузку трансформаторов;
2. дополнительный нагрев питающих кабелей;
3. дополнительные потери электроэнергии;
4. значительные потери напряжения.

Для решения данной проблемы применяются следующие компенсирующие установки:

1. Батареи синхронных конденсаторов.

Подключаются параллельно сети, осуществляя поперечную компенсацию. Представляют собой электроустановку, состоящую из конденсаторов и подключенного к ним вспомогательного оборудования и ошиновки. Выпускаются на напряжение до 1000 В – батареи низковольтных конденсаторов (БНК) и на напряжение 6,3-10,5 кВ – высоковольтные БК.

2. Синхронные электродвигатели.

На промышленных предприятиях для привода мощных агрегатов, не требующих регулирования частоты вращения, применяются СД, которые в режиме перевозбуждения могут генерировать РМ, выполняя механическую работу.

3. Синхронные компенсаторы.

Представляют синхронную машину напряжением 6-10 кВ, которая предназначена для выработки или потребления РМ и не несущая механической нагрузки. Имеет широкий диапазон регулирования и возможность быстрого действия в импульсном режиме. Наличие вращающих частей обуславливает значительные потери активной мощности и  повышенный эксплуатационный расход.

4. Компенсационные преобразователи.

Конденсаторы применяются также в схемах крупных компенсационных выпрямительных агрегатов. На стороне катодов вентилей включается уравнительный реактор, к которому присоединяются конденсаторы. При периодическом заряде и разряде конденсаторов они создают дополнительные напряжения, которые заставляют ток переходить на очередную фазу раньше, в результате чего преобразователь генерирует компенсирующую мощность.

В случае избытка РМ в электрической сети, используются средства компенсации, которые потребляют реактивную мощности из сети.

Для компенсации РМ в сетях 220 – 750 кВ в ОЭС Беларуси применяются:

1. Неуправляемые шунтирующие реакторы (далее – ШР)
2. Управляемые шунтирующие реакторы
3. Синхронные компенсаторы

Неуправляемые ШР явля­ются одним из важнейших элементов протяженных ли­ний электропередач, при отсутствии которых их нор­мальное функционирование при классе напряжения 330, 500 кВ и выше практически невозможно.

Неуправляемые ШР подключаются, как правило, к воздушной линии  и кроме компенсации излишней реактивной мощности в режимах малых нагрузок, как следствие, снижение повышенных уровней напряжения, уменьшают коммутационные перенапряжения при включениях линий и осуществляют гашение дуги в паузе ОАПВ. При увеличении перетока мощности по линии реакторы должны отключаться, однако частые коммутации не допустимы в силу ограничений, которые накладывает современное состояние высоковольтных выключателей. Таким образом, эффективность их применения снижается с точки зрения увеличения пропускной способности и компенсации реактивной мощности в широком диапазоне рабочих режимов. Тем не менее, шунтирующие реакторы являются наиболее простыми и экономичными средствами компенсации избыточной реактивной мощности.

Неуправляемые ШР в ОЭС Беларуси применяются для потребления зарядной мощности ВЛ 750 кВ ПС Белорусская - Смоленская АЭС и находятся на ПС Беларусская 750 кВ.

 Эта протяженная линия, обладает значительной емкостной проводимостью, а, следовательно, и большой зарядной мощностью (~1000 МВАр). Для ограничения напряжения по концам ВЛ установлены поперечно включенные в линию шунтирующие реакторы на ПС Белорусская и  со стороны Смоленской АЭС - две реакторные группы по 330 МВА каждая. Для них отсутствует возможность регулирования величины потребления РМ.

При выводе одного ШР  на  ПС Белорусская в ремонт по условиям баланса реактивных нагрузок ОЭС Беларуси вынуждены выводить в резерв две ВЛ 330 кВ, что понижает надежность и экономичность работы основной сети ОЭС Беларуси. Из этого следует, неуправляемые ШР имеют крайне важное значение для нашей энергосистемы.

Следующие компенсационные устройства применяемые в ОЭС Беларуси – управляемые ШР.  На ПС 330 кВ Мирадино и ПС 330 кВ Барановичи установлены шунтирующие реакторы РТДУ- 180000/330 (реактор трехфазный с дутьем управляемый мощностью 180 Мвар на напряжение 330 кВ). Имеют возможность ступенчатого регулирования потребляемой реактивной мощности.

Управляемые подмагничиванием ШР представляют собой мощный трехфазный магнит­ный усилитель, в котором широкий диапазон изменения потребляемой РМ обеспечивается глубоким насыщением стали стержней магнитопровода. При этом конструктивно и технологически электромаг­нитная часть УШР представляет собой обычный трех­фазный трансформатор, по изготовлению, монтажу и обслуживанию в эксплуатации аналогичный маслона­полненному оборудованию наружной установки — трансформаторам или неуправляемым реакторам соот­ветствующего класса напряжения и мощности.

Реактивная мощность, по­требляемая управляемыми реакторами в любом ре­жиме работы линии электропередачи, может быть скоординирована с потоком мощности через линию. В этом случае пропускная способность линии ограни­чивается только допустимым значением по току, про­текающему через проводники. Это позволяет обой­тись без использования некоторых других сложных и дорогих устройств, таких как синхронный компенса­тор.

Использование управляемых шунтирующих реак­торов наряду с выполнением ими всех функций неуп­равляемых ШР позволяет:

1. управлять поддержанием напряжения или дру­гих рабочих параметров без использования высоко­вольтных выключателей и РПН;
2. снизить потери активной мощности в электриче­ских сетях и повысить надежность их функционирования за счет снижения числа срабатываний устройств РПН трансформаторов;
3. увеличить предел статической устойчивости;
4. ограничить использование синхронных генера­торов в качестве управляемых источников реактивной мощности.

Еще одним не маловажным устройством компенсации избыточной реактивной мощности являются СК.

СК представляет собой синхронный двигатель облегчённой конструкции, предназначенный для работы на холостом ходу. При работе в режиме перевозбуждения СК является генератором реактивной мощности. При работе в режиме недовозбуждения СК является потребителем реактивной мощности. Изменение тока возбуждения СК обычно автоматизируется. При работе СК из сети потребляется активная мощность порядка 2-4%.

Синхронный компенсатор генерирует в сеть РМ, если ток СК опережает напряжение на 90^○. Уменьшая ток возбуждения, можно получить режим недовозбуждения. В этом режиме ток СК отстает от напряжения на 90^○.

Достоинства СК:

1. возможность увеличения генерируемой мощности при снижении напряжения в сети за счет регулирования тока возбуждения;
2. возможность плавного и автоматического регулирования РМ.

В ОЭС Беларуси установлены два СК на:

1. ПС Брест-220. Диапазон изменения реактивной мощности на водородном охлаждении СК от -16 МВар до +45.
2. ПС Гродно-330. Диапазон изменения реактивной мощности на водородном охлаждении СК от -32 до +45 МВАр.

В настоящее время развитие технических средств в области компенсации РМ достигло высоких результатов. Помимо применяемых в нашей энергосистеме компенсационных установок, существует ряд других эффективных средств. Рассмотрим некоторые инновационные решения компенсации РМ на основе российских патентов.

2. ИСТОЧНИК РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема рассматриваемого ИРМ

Источник реактивной мощности (далее - ИРМ) используется в высоковольтных электрических сетях напряжением 110-750 кВ для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения.

Аналогом предлагаемого ИРМ по назначению и составу оборудования является статический тиристорный компенсатор (далее – СТК), содержащий трехфазную силовую индуктивность, регулируемую последовательно подключенными тиристорными ключами, и подключенную параллельно ей конденсаторную батарею. В СТК отсутствуют подвижные элементы, однако они так же, как и СК, нуждаются в охлаждении, закрытом помещении, специальном обслуживании, поскольку средством регулирования в них являются высоковольтные тиристорные ключи на номинальную мощность, не допускающую неизбежных в эксплуатации кратковременных и аварийных перегрузок.

Кроме того, СТК (так же, как и СК) не могут быть выполнены на напряжение 110-750 кВ, что требует подключения их к промежуточному трансформатору на полную мощность либо к третичной обмотке существующих автотрансформаторов. И в первом, и во втором случае существенно снижается эффективность регулирования реактивной мощности на стороне высокого напряжения.

В то же время существует новый тип регулируемой силовой индуктивности - управляемый подмагничиванием реактор, на базе которого можно создать статический компенсатор реактивной мощности, лишенный указанных выше недостатков и способный заменить СК и СТК в сетях напряжением 110-750 кВ.

Наиболее близким прототипом предлагаемого ИРМ по назначению и составу оборудования является статический компенсатор реактивной мощности - источник реактивной мощности, состоящий из регулируемой индуктивности - управляемого подмагничиванием трехфазного реактора, который непосредственно подключен к сети высокого напряжения, а также конденсаторной батареи, также подключенной к сети высокого напряжения с секционированием через выключатели. Прототип обеспечивает повышение эффективности регулирования реактивной мощности в высоковольтных электрических сетях, снижение стоимости установленного оборудования и повышение его надежности.

Прототип имеет следующие недостатки:

1. невозможность плавного регулирования ИРМ из-за необходимости коммутации одного или двух секционных выключателей;
2. невозможность полной автоматизации работы ИРМ из-за необходимости ручной коммутации одного или двух секционных выключателей, снижение быстродействия реагирования на изменения напряжения сети и надежности работы ИРМ по той же причине;
3. увеличенную стоимость основного оборудования из-за не оптимального соотношения номинальной мощности управляемого подмагничиванием реактора и мощности секций конденсаторной батареи;
4. наличие больших бросков тока при подключении к сети реактора и секций конденсаторной батареи.

Рассматриваемый ИРМ содержит трехфазный управляемый подмагничиванием реактор, подключенный к сети высокого напряжения, трехфазную конденсаторную батарею с выключателями, выполненную из двух секций и подключенную параллельно фазам реактора, а также систему автоматического управления. ИРМ дополнительно снабжен выключателем, через который реактор и конденсаторная батарея подсоединены к сети высокого напряжения, а выключатели обоих секций конденсаторной батареи подсоединены к системе автоматического управления, причем

                      Qc=(0,8+1,2)Qp,                                             (2.1)

где Q_c - мощность каждой секции конденсаторной батареи, Q_p - мощность реактора.

Принципиальная схема источника реактивной мощности изображена на рисунке 2.1. Условно трехфазная схема для упрощения чертежа традиционно дана в виде однолинейной электрической схемы.

К шинам трехфазной сети 110-750 кВ через общий выключатель 1 параллельно подсоединены трехфазный управляемый подмагничиванием реактор 2 и две секции трехфазной конденсаторной батареи 3 и 4 через секционные выключатели 5 и 6.

К системе автоматического управления САУ 7 подключен датчик напряжения 8 сети 110-750 кВ - трехфазный трансформатор напряжения и датчик тока 9 реактора - трехфазный трансформатор тока. САУ 7 соединена с реактором 2 для автоматического регулирования тока подмагничивания и реактивной мощности реактора. К САУ 7 подсоединены секционные выключатели 5 и 6. Кроме этого, к САУ 7 подсоединен маломощный источник постоянного напряжения 10 для регулирования предварительного подмагничивания стержней реактора в режиме отключения ИРМ от сети.

При работе ИРМ в сети и при полной нагрузке сети включены общий выключатель 1 и секционные выключатели 5 и 6. Так как при полной нагрузке из-за падения напряжения возникает недостаток реактивной мощности, САУ 7, получив соответствующую информацию от трансформатора напряжения 8, вырабатывает и передает сигнал в управляемый выпрямитель реактора 2 на снижение тока подмагничивания. В результате реактор 2 снижает свой ток до минимального (обычно несколько процентов от номинального), и сеть получает максимальную реактивную мощность от конденсаторной батареи 3 и 4 (в пределе до величины около 2Q_c, где Q_c - мощность каждой секции конденсаторной батареи). При изменении нагрузки в сети происходит изменение напряжения, регистрируемое трансформатором напряжения 8, и САУ 7, регулируя ток подмагничивания реактора, автоматически поддерживает напряжение сети в заранее установленных в САУ 7 пределах.

При снижении нагрузки сети потребность ее в реактивной мощности для стабилизации напряжения снижается, при этом САУ дает сигнал на автоматическое отключение сначала одного секционного включателя 3, а затем и второго 4.

При снижении нагрузки и ее отсутствии в сети имеется избыточная реактивная мощность из-за наличия распределенной емкости сети на землю. В этом случае в сети может возникнуть повышенное напряжение, для снижения которого необходима работа ИРМ в режиме потребления реактивной мощности. В этом случае САУ автоматически обеспечивает работу в режиме плавного изменения потребляемой ИРМ реактивной мощности при отключенных секционных выключателях 5 и 6 в пределе до максимально допустимой мощности реактора 1,2Q_p, где Q_p - номинальная мощность реактора.

Таким образом, ИРМ при помощи системы автоматического регулирования САУ 7 путем ступенчатого (коммутацией секционных выключателей 5 и 6) и плавного (подмагничиванием реактора 2) обеспечивает плавное автоматическое изменение реактивной мощности в пределах от -1,2Q_p до +2Q_c и автоматическую стабилизацию напряжения в сети на заданном уровне.

Сигнал САУ на коммутацию секционных выключателей зависит от достижения реактором максимально допустимой мощности 1,2Q_p, о чем САУ получает информацию от трансформатора тока 9.

При включении ИРМ в сеть общим выключателем 1  при отключенных по сигналу от САУ 7 секционных выключателях 5 и 6 начальное подмагничивание обеспечивает практически мгновенный выход ИРМ на потребление номинальной мощности реактора Q_p.

В первый момент при подключении ИРМ к сети общим выключателем 1 в реакторе 2 и в секциях батареи 3 и 4 могут возникнуть большие броски тока. Однако в реакторе 2 (т.е. в индуктивности) и секциях 3 и 4 (т.е. в емкости) броски тока включения имеют противоположные знаки (фазы тока в параллельно соединенных индуктивности и емкости сдвинуты на 180°). Это приводит к тому, что бросок тока ИРМ через выключатель 1, т.е. бросок тока, представляющий опасность для оборудования подстанции, на которой установлен ИРМ, будет существенно снижен.

Соотношение мощности реактора Q_p и мощности каждой из двух секций конденсаторной батареи Q_c составляет Qc=(0,8-1,2)Q_p.

При таком соотношении оптимально используются мощности всех трех силовых устройств ИРМ, обеспечивающие задаваемый диапазон изменения мощности ИРМ от 2Q_c до -1,2Q_p. При соотношении мощностей, выходящем за эти пределы, оказывается недоиспользованной мощность реактора или конденсаторных батарей, либо снижены пределы плавного регулирования мощности, что не обеспечивает задания точности стабилизации напряжения сети, либо оказываются возможными режимы с недопустимым длительным использованием реактора за пределами максимально допустимой мощности.

Предлагаемый ИРМ по сравнению с прототипом имеет увеличенные функциональные возможности за счет расширения области автоматического регулирования и сниженную стоимость установленного оборудования, входящего в комплектацию ИРМ, за счет введения в электрическую схему нового элемента, установления новых связей между элементами и установления оптимального соотношения между мощностью управляемого подмагничиванием реактора и мощностью секций конденсаторной батареи. Снижены броски тока при подключении к сети.

 

 

3. СТАТИЧЕСКИЙ  КОМПЕНСАТОР  РЕАКТИВНОЙ  МОЩНОСТИ

Рисунок 3.2 – Принципиальная схема рассматриваемого СК РМ

СК может использоваться в качестве управляемых систем регулирования, автоматической стабилизации напряжения и компенсации реактивной мощности в высоковольтных электрических сетях без ограничения класса напряжения.

Одним из средств регулирования автоматической стабилизации напряжения и компенсации реактивной мощности в электрических сетях выступают статические тиристорные компенсаторы. К недостаткам СТК, являющимися аналогом данного статического компенсатора, относится невозможность их исполнения непосредственно на напряжение 110 кВ и выше. Как следствие, повышающий трансформатор как необходимый элемент СТК для сети 110 кВ и выше ухудшает стоимостные показатели устройства.

Вторым дорогостоящим элементом СТК является реакторно-тиристорная группа, выполняющая роль регулируемой индуктивности, равная по мощности номинальной мощности СТК. В емкостном режиме к вторичной обмотке трансформатора подключены и батарея конденсаторов и реакторно-тиристорная группа. Плавность регулировочной характеристики обеспечивается в этом случае компенсацией мощности батареи конденсаторов, управляемой реакторно-­тиристорной группой. Переход СТК в индуктивный режим требует отключения батареи конденсаторов, поскольку реакторно-тиристорная группа не обладает перегрузочной способностью выше номинального значения, что и определяет ступенчатость регулировочной характеристики СТК. Необходимость коммутации батареи конденсаторов при каждом переходе от емкостного к индуктивному режиму вызывает возмущения напряжения в электрической сети и снижает надежность работы устройства.

Частично указанные выше недостатки устранены в статическом компенсаторе реактивной мощности, являющимся прототипом рассматриваемого СК. Прототип содержит регулируемую индуктивность в виде УШР, батарею конденсаторов и фильтры пятой и седьмой гармоник. В прототипе УШР совмещает в себе функции трансформатора и реакторно-тиристорной группы, что и определяет его улучшенные функциональные возможности и технико-экономические показатели по сравнению с аналогом.

Однако прототип имеет ряд недостатков. Большое, по сравнению с трансформаторами, напряжение кроткого замыкания двухобмоточных УШР U*_КУШР вызывает значительное увеличение напряжения на его вторичной обмотке при подключении батареи конденсаторов, что требует увеличения установленной мощности по отношению к номинальной емкостной мощности прототипа примерно в:

(l + U*_КУШР)²=1,7-2,25                                          (3.1)

Повышенные значения U*_КУШР ограничивают также максимальную потребляемую мощность УШР до 1,3-1,5 кратного значения от его номинальной мощности, что, как и в СТК, исключает переход прототипа от номинального емкостного режима к номинальному индуктивному режиму без отключения батареи конденсаторов.

Исследуемый СК лишен указанных недостатков, так как СК РМ состоит из регулируемой индуктивности, конденсаторной батареи и устройства фильтрации высших гармоник. Регулируемая индуктивность представляет собой двухобмоточный трансформатор с регулятором насыщения магнитопровода, причем номинальное входное сопротивление трансформатора от полутора до шести раз превышает сумму приведенных к номинальному напряжению индуктивных сопротивлений его обмоток, устройство фильтрации высших гармоник выполнено в виде фильтрокомпенсирующего устройства (далее – ФУ), номинальная мощность которого составляет от одной десятой до половины номинальной мощности батареи конденсаторов, а сумма номинальных мощностей ФУ и батареи конденсаторов, подключенных к вторичной обмотке низкого напряжения, равна номинальной мощности трансформатора.

Сущность предлагаемого устройства поясняется рисунком 3.1 и характерными осциллограммами тока и напряжения (рис. 3.2). Предлагаемое устройство содержит двухобмоточный трансформатор 1 с регулируемым насыщением, первичная обмотка 2 которого со схемой «звезда» подключена вводами А, В, С к номинальному напряжению высоковольтной сети, а вторичная обмотка 3 со схемой «треугольник» выполнена секционированной, в две параллельные ветви с выведенными средними точками. К вершинам «треугольника» а, в, с вторичной обмотки 3 подключены батарея конденсаторов 4 и ФУ 5, к средним точкам OO' вторичной обмотки 3 подключен регулятор насыщения 6.

Рисунок 3.2 - Осциллограмма тока и напряжения рассматриваемого СК

Работает СК следующим образом. При подключении первичной обмотки трансформатора 1 к напряжению U₁ электрической сети и нулевом значении управляющего напряжения Uy регулятора насыщения 6, в устройстве устанавливается режим выдачи в электрическую сеть номинальной емкостной мощности, равной сумме мощностей батареи конденсаторов 4 и ФУ 5 через вторичную 3 и первичную 2 обмотки трансформатора 1. Емкостная мощность, выдаваемая в электрическую сеть, при этом равна номинальной мощности трансформатора 1. Режиму выдачи номинальной емкостной мощности на соответствует интервал времени 0,0-0,08с. Видно, что ток i_БK батареи конденсаторов 4 и ток i_ФКУ ФУ 5 синусоидален по форме. При формировании регулятором насыщения 6 управляющего напряжения Uy между средними точками OO' вторичной обмотки 3, начинает насыщаться магнитопровод трансформатора 1, и возникает переходный процесс изменения мощности предлагаемого устройства.

На отрезке времени 0,08-0,16 с (рис.3.2) приведен переход от номинального емкостного режима к режиму «нулевой» мощности. Уменьшение Uy примерно до нуля, сохраняет режим «нулевой» мощности неизменным в интервале времени 0,08-0,16 с.

Повторная подача напряжения Uy от регулятора насыщения 6 приводит к нарастающему преобладанию индуктивной составляющей в токе i₁ первичной обмотки. Относительная мощность регулятора насыщения 6 пропорциональна отношению Uy/U₂ и не превышает 2-3 процентов номинальной мощности трансформатора 1.

Из осциллограмм видно, что форма тока i практически синусоидальна по форме во всем диапазоне регулирования, а все высшие гармоники, обусловленные насыщением трансформатора 1, замыкаются в ФУ 5. Причем устраняются искажения не только в первичном токе трансформатора 1, от высших гармоник тока защищается и батарея конденсаторов 4. Высокая эффективность ФУ 5, обеспечивает также и практически полную синусоидальность напряжения U₂ вторичной обмотки 3, что снимает ограничение по подключению к ней активной нагрузки, например, собственных нужд подстанции.

Возможность плавного регулирования мощности от номинального емкостного до номинального индуктивного и наоборот достигается благодаря отличию в подходах к проектированию УШР, входящего в состав прототипа, и трансформатора с регулируемым насыщением в СК РМ. Так УШР, входящий в состав прототипа, рассчитывается в первую очередь как управляемая индуктивность, когда основным условием выбора геометрических размеров УШР является обеспечение равенства его номинального входного сопротивления сумме сопротивлений сетевой обмотки и приведенной к первичному напряжению обмотки управления:

Х_УШР/(Х_СО+Х'_ОУ)=1,                                              (3.2)

где Х_УШР - номинальное входное сопротивление;

Х_СО, Х'_ОУ - индуктивные сопротивления сетевой и приведенной к номинальному напряжению управляющей обмоток.

Именно это и приводит к увеличенному значению U*_кушр и описанном выше недостатком прототипа. В предлагаемом устройстве трансформатор 7 рассчитывается, в первую очередь, как трансформатор с номинальной емкостной нагрузкой, значения напряжения короткого замыкания U*_K которого типичны для силовых трансформаторов общего назначения:

0,05 <U*_K <0,25                                                   (3.3)

Одновременно с этим его номинальное сопротивление превышает сумму индуктивных сопротивлений обмоток:

1,5 < X_H0M/(X₁ + Х'₂) < 6,                                       (3.4)

где Х_НОМ - номинальное сопротивление предлагаемого устройства;

Х_1, Х'₂ - индуктивные сопротивления первичной и приведенной к первичному напряжению вторичной обмоток трансформатора.

Выполнение условий (3.3) и (3.4) в трансформаторе 1 обеспечивает плавный переход предлагаемого устройства от номинального емкостного режима к номинальному индуктивному.

ФУ 5 в отличие от фильтров 5 и 7 гармоник прототипа не имеет точной настройки ни на одну из фильтруемых гармоник. Критерием выбора номинальной мощности является превышение номинального значения тока над максимумом любой из фильтруемых гармоник, что исключает возможность его перегрузки высшими гармониками.

По сравнению с аналогом и прототипом рассматриваемый СК РМ обладает расширенным диапазоном плавного регулирования мощности - от номинального емкостного до номинального индуктивного режимов без отключения батареи конденсаторов, снижением установленной мощности батарей конденсаторов, практически синусоидальной формой тока при исключении перегрузки устройства фильтрации высшими гармониками.

Дополнительным преимуществом является возможность его применения без батареи конденсаторов, в качестве УШР с возможностью подключения к его вторичной обмотке активной нагрузки.

 

 

4. УПРАВЛЯЕМЫЙ ШУНТИРУЮЩИЙ РЕАКТОР-АВТОТРАНСФОРМАТОР

Рисунок 4.1 – Конструкция рассматриваемого  УШРАТ

УШРАТ может быть использован для компенсации избыточной реактивной мощности высоковольтной линии электропередачи и изменения в ней в широких пределах общего уровня напряжения.

        Известен управляемый реактор-трансформатор (далее - УРТ), имеющий трехфазные первичную и вторичную обмотки, причем последняя совмещена с обмоткой подмагничивания постоянным током.

УРТ предназначен для использования на понижающих подстанциях распределительных сетей в качестве трансформатора и одновременно регулируемой индуктивности компенсатора реактивной мощности, включающего в свой состав батарею статических конденсаторов.

Известен также трехфазный управляемый реактор-автотрансформатор (далее - УРАТ), используемый для улучшения режимов работы дальних электропередач и непосредственного подключения к высоковольтной линии. Изменение реактивной мощности, потребляемой УРАТ, осуществляется путем изменения тока обмотки управления. Величина тока регулируется встречно-параллельно включенными в ее цепь тиристорами. Изменение угла зажигания тиристоров приводит к снижению (увеличению) указанного тока, но при этом генерируются высшие гармоники в токе основной обмотки УРАТ. Для устранения нечетных гармоник УРАТ снабжен фазосдвигающими и компенсационными обмотками, что усложняет его конструкцию.

Все УШР с подмагничиванием сердечника постоянным током, в том числе и реакторы-трансформаторы имеют серьезные недостатки:

1. повышенное содержание гармоник в токе основной обмотки, вызываемое насыщением сердечника и работой тиристоров;
2. большая инерционность реактора, связанная с наличием постоянной составляющей в магнитном потоке;
3. сложная схема управления, включающая фазосдвигающие и компенсационные обмотки;
4. диапазон регулирования напряжения на ЛЭП.

           УШР предназначаются в основном для поддержания напряжения в контролируемых узлах высоковольтных сетей на заданном уровне. Вместе с тем известно, что для оптимизации режима дальней ЛЭП по потерям активной мощности необходимо согласованное с ее нагрузкой регулирование общего уровня напряжения на этой ЛЭП. Для оптимизации необходимо с увеличением передаваемой по ЛЭП активной мощности по определенным законам увеличивать общий уровень напряжения на ней и потребление из нее реактивной мощности. В какой-то мере такой режим может обеспечиваться описанными выше УРТ и УРАТ. Однако в силу технического несовершенства и недостаточного диапазона регулирования напряжения использование их для оптимального управления режимами протяженных ЛЭП весьма проблематично.

         Рассматриваемый УШРАТ лишен вышеуказанных недостатков. УШРАТ содержит магнитопровод с основным стержнем, ярмами, двумя боковыми ярмами, размещенную на основном стержне сетевую обмотку, включенную по автотрансформаторной схеме и состоящую из последовательной обмотки и общей обмотки с выводом узла соединения между ними, компенсационную обмотку, обмотку управления, управляющие током сетевой обмотки блока. Причем основной стержень разделен на две продольные части: стержень без воздушных зазоров и стержень с воздушными зазорами, при этом стержень без воздушных зазоров охватывают обмотка управления и последовательная обмотка, а компенсационная обмотка и общая обмотка охватывают стержень без воздушных зазоров с упомянутыми обмотками и стержень с воздушными зазорами. Последовательная обмотка должна охватывать обмотку управления, а общая обмотка располагаться поверх компенсационной обмотки. Поперечное сечение стержней без воздушных зазоров и с воздушными зазорами выполняются в форме сегментов круга, причем по всей окружности размещены компенсационная и общая обмотка, а вокруг сегмента стержня без воздушных зазоров - последовательная и управляющая обмотки. Между торцами всех обмоток и ярмами размещены кольцевые шунты с радиальным разрезом. Вывод сетевой обмотки и вывод узла соединения между последовательной и общей обмотками подключены к электропередаче через коммутационные аппараты.

Конструкция УШРАТ состоит из замкнутого магнитопровода, имеющего стержень без воздушных зазоров 1, стержень с воздушными зазорами 2, торцевые ярма 3, боковые ярма 4,       верхний 5 и нижний 6 кольцевые шунты с радиальными разрезами, обмотки управления 7, последовательной обмотки 8, компенсационной обмотки 9, общей обмотки 10. (рис. 4.1).

На рис. 4.2 показана принципиальная однолинейная схема УШРАТ, на которой сетевая обмотка, состоящая из согласно включенных последовательной обмотки 8 и общей обмотки 10, включена на фазное напряжение, а компенсационная обмотка 9, соединенная в 10 треугольник в трехфазном исполнении для подавления 3-ей гармонической, имеет фильтры высших гармонических, состоящих из последовательно соединенных конденсатора 11 и дросселя 12, настроенных в резонанс на частоте подавляемой высшей гармоники. Обмотка управления 7 подключается к управляющему блоку 13, который формируется на основе встречно включенных тиристоров и служит для регулирования тока 15 сетевой обмотки.

Рисунок 4.1 – Принципиальная однолинейная схема УШРАТ

УШРАТ предназначается для компенсации емкостной мощности, которая генерируется ЛЭП, и глубокого изменения на ней напряжения. Изменение потребляемой из ЛЭП реактивной мощности осуществляется путем изменения сопротивления основному магнитному потоку, замыкающемуся в пределах магнитопровода. При увеличении сопротивления возрастает намагничивающая сила (ток) сетевой обмотки УШРАТ. Непрерывное регулирование потребления реактивной мощности осуществляется за счет изменения угла отпирания тиристоров управляющего блока 13. Увеличение тока обмотки управления 7 вызывает вымещение магнитного потока из стержня без воздушных зазоров 1 и постепенное переключение его в стержень с воздушными зазорами 2. В режиме короткого замыкания обмотки управления 7, осуществляемого блоком 13 (тиристоры полностью открыты), основной магнитный поток полностью вымещается из стержня 1 и переходит в стержень 2. При этом последовательная обмотка 8 теряет связь с основным магнитным потоком ввиду его вытеснения из стержня 1, на котором размещена эта обмотка. Короткозамкнутая обмотка управления 7 не может иметь потокосцеплений с магнитным потоком УШРАТ. Следовательно, в номинальном режиме (обмотка 7 замкнута) магнитный поток должен замыкаться таким образом, чтобы суммарное его потокосцепление с обмоткой 7 было равно нулю при обеспечении необходимого числа потокосцепления с сетевой обмоткой (обмотки 8 и 10 включены последовательно и согласно). Это означает, что основная часть магнитного потока проходит вне обмоток 7 и 8, расположенных на стержне 1, через стержень с воздушными зазорами 2.

Этот режим характерен тем, что в последовательной обмотке 8 не индуцируется э.д.с., направленная встречно приложенному напряжению. Тогда потенциал начала обмотки 8 сообщается его концу и напряжение, приложенное к сетевой обмотке УШРАТ, переходит к выводу узла соединения последовательной и общей обмоток 14, то есть передается линии. УШРАТ в этом режиме не действует как понижающий автотрансформатор (для отправного конца линии), а потребляет из линии максимальную РМ.

Если не требуется потребление реактивной мощности из ЛЭП, УШРАТ работает как обычный понижающий автотрансформатор.

Для осуществления оптимального по потерям режима дальней линии электропередачи необходимо изменять напряжение в ее конечных узлах в соответствии с выражением:

U_m=  ,                                                        (4.1)

где U_m - напряжение в начале (конце) линии, Р - активная мощность в начале (конце) линии, g_m - параметр, определя емый обобщенными постоянными линии.

При этом РМ УШРАТ по концам линии должна изменяться по выражению:

Q_m= U_m² b_m ,                                                    (4.2)

где Q_m - мощность реактора в начале (конце) линии, U_m - оптимальное значение напряжения в начале (конце) линии, определяемое по (4.1), b_m - параметр, зависящий от обобщенных постоянных линии.

Управление током обмотки управления 7, осуществляемое тиристорами блока 13, вызывает одновременное изменение напряжения на линии и потребления из линии РМ. Эти изменения должны быть максимально приближены к значениям U_m, Q_m, определяемым соответственно по (4.1) и (4.2).

При повышении нагрузки регулируется (повышается) ток обмотки управления 7, благодаря чему повышается напряжение на линии и увеличивается потребляемая из линии РМ. Этот процесс одновременного регулирования напряжения и РМ заканчивается при напряжении на линии, равном номинальному.

Если регулирование напряжения на ЛЭП не требуется, то УШРАТ может работать в чисто реакторном режиме. Для этого требуется с помощью коммутационных аппаратов 16 произвести отключение последовательной обмотки 8 от шин подстанции 17 и подключение вывода узла соединения обмоток 8 и 10 (вывод 14) к шинам подстанции 17.

Предлагаемое устройство УШРАТ позволяет осуществить оптимальное управление сверхдальними ЛЭП сверхвысокого напряжения, которое базируется на одновременном глубоком регулировании общего уровня напряжения и потребления избыточной мощности, генерируемой линией. При этом изменение коэффициента трансформации УШРАТ производится бесконтактным способом путем изменения сцепления основного магнитного потока с последовательной обмоткой 8.

Использование УШРАТ в сверхдальних ЛЭП позволяет осуществить:

1. передачу энергии по линии без промежуточных устройств компенсации реактивной мощности;
2. успешное внедрение ЛЭП повышенной натуральной мощности ввиду более эффективного способа компенсации избыточной емкостной мощности линии;
3. снижение затрат на сооружение ЛЭП;
4. гибкое управление нормальными и послеаварийными режимами ЛЭП.

5. УПРАВЛЯЕМЫЙ ШУНТИРУЮЩИЙ РЕАКТОР-ТРАНСФОРМАТОР

Рисунок 5.1 – Принципиальная схема рассматриваемого УШРТ

УШРТ может быть использован для компенсации избыточной реактивной мощности высоковольтной линии электропередачи и изменения в ней в широких пределах общего уровня напряжения.

Все УШР с подмагничиванием сердечника постоянным током, в том числе и реакторы-трансформаторы типа, имеют серьезные недостатки:

1. повышенное содержание гармоник в токе основной обмотки, вызываемое насыщением сердечника и работой тиристоров при неполных углах открытия;
2. большая электрическая инерционность, связанная с наличием постоянной составляющей в магнитном потоке;
3. сложная схема управления, включающая дополнительные, фазосдвигающие и компенсационные обмотки;
4. недостаточный диапазон регулирования напряжения, что исключает их использование для оптимизации режимов дальних ЛЭП.

Ряд недостатков реакторов в значительной степени устранены в УШР трансформаторного типа (ТТ). УШР ТТ содержит замкнутый магнитопровод без зазоров, на основном стержне которого размещаются обмотки: сетевая, управляющая и компенсационная. Сетевая обмотка подключается непосредственно к ЛЭП, управляющая обмотка замыкается на автоматически управляемый тиристорный блок, к компенсационной обмотке подключаются фильтры высших гармоник. Увеличение тока обмотки управления вызывает вытеснение магнитного потока из основного стержня, что приводит к увеличению сопротивления этому потоку и росту тока намагничивания.

УШР всех типов предназначаются в основном для поддержания напряжения в контролируемых узлах высоковольтных сетей на заданном уровне. Вместе с тем известно, что для оптимизации режима дальней ЛЭП по потерям активной мощности необходимо согласованное с ее нагрузкой регулирование общего уровня напряжения на этой ЛЭП. Для оптимизации необходимо с увеличением передаваемой по ЛЭП активной мощности по определенному закону увеличивать общий уровень напряжения на этой ЛЭП. Такой режим может обеспечиваться описанным ниже УШРТ.

УШРТ содержит магнитопровод с основным стержнем, ярмами, двумя боковыми ярмами, размещенные на основном стержне сетевую обмотку, состоящую из двух частей, имеющих внешние выводы крайних узлов и соединенных последовательно, первая из которых включена на фазное напряжение линии электропередачи, компенсационную обмотку, обмотку управления, управляющий током сетевой обмотки блок, в него введен управляющий током возбуждения блок, внешние выводы крайних узлов частей сетевой обмотки соединены через коммутационные аппараты, первой части - с шинами концевой подстанции, второй части - с управляющим током возбуждения блоком, необходимые для переключения устройства в режим работы вольтодобавочного трансформатора, при котором первая часть обмотки включается в рассечку линии, вторая часть - на управляющий током возбуждения блок. Внешние выводы конца первой и начала второй частей сетевой обмотки соединены посредством коммутационных аппаратов. Все коммутационные аппараты и управляющие током сетевой обмотки и током возбуждения блоки устройства выполнены на полностью управляемых силовых полупроводниковых приборах. Обмотка управления охватывает основной стержень и замкнута на управляющий током сетевой обмотки блок, а компенсационная обмотка расположена в пространстве между сетевой обмоткой и обмоткой управления, причем к компенсационной обмотке подключены фильтры подавления высших гармонических составляющих.

На рис. 5.1 показана принципиальная электрическая схема УШРТ, на которой сетевая обмотка разделена на первую 9 и вторую 10 части, соединенные коммутационным аппаратом 15. Конечные выводы первой части 9 через коммутационные аппараты 11 и 12 соединены через посредство высоковольтного выключателя 19 с шинами 20 концевой подстанции. Конечные выводы второй части 10 сетевой обмотки через коммутационные аппараты 13 и 14 подключены к выходу управляющего током возбуждения блока 18. Компенсационная обмотка 8, соединенная в треугольник в трехфазном исполнении, соединена с фильтрами 16 для подавления высших гармоник. Обмотка управления 6 подключена к управляющему током сетевой обмотки блоку 17, который формируется на основе использования полностью управляемых полупроводниковых силовых приборов. На таких же приборах построен управляющий блок 18, предназначаемый для изменения тока возбуждения обмотки 10 при работе УШРТ в режиме вольтодобавочного трансформатора (далее - ВДТ), включенного в рассечку линии электропередачи. В этом режиме обмотка 10 является первичной (обмоткой возбуждения), а обмотка 9 - вторичной обмоткой ВДТ, включенного последовательно в линию.

На рис. 5.2 приведена схема включения УШРТ в дальнюю линию электропередачи сверхвысокого напряжения 22, подключенную к шинам передающей 20 и приемной 21 энергосистем посредством высоковольтных выключателей 19. Напряжение изменяется (увеличивается) на линии электропередачи 22 и остается неизменным на шинах энергосистем 20 и 21. УШРТ передающей энергосистемы, работающий в режиме ВДТ, повышает напряжение на линии, УШРТ приемной энергосистемы - понижает напряжение линии до уровня напряжения шин этой энергосистемы.
                       

Рисунок 5.2 - схема включения УШРТ

Процесс оптимизации режима электропередачи разделяется на две стадии. При нагрузках линии, составляющих 30-50% пропускной способности электропередачи, производится автоматическое регулирование напряжения в точках подключения УШРТ к линии. Для поддержания напряжения на заданном неизменном уровне реактивная мощность УШРТ Q* должна изменяться в функции предаваемой активной мощности Р* по закону:

                                               (5.1)

где Q*, Р* - мощности УШРТ и линии, выраженные в относительных единицах натуральной мощности линии;

λ - волновая длина линии.

Регулирование напряжения может производиться регулятором, воздействующим на изменение реактивной мощности УШРТ, не в функции величины передаваемой мощности Р*, как это следует из закона (5.1), а по факту отклонения напряжения от заданного значения.

В диапазоне изменения мощности ЛЭП в пределах 50-100% ее пропускной способности производится изменение напряжения на линии по закону:

Uл= ,                                                              (5.2)

где Z_С - волновое сопротивление линии (Ом);

Р - активная мощность линии (МВт).

Если напряжение на линии регулируется по закону (2), то режим передачи натуральной мощности будет сохраняться при любом значении мощности Р, что благоприятно сказывается на распределении напряжения вдоль линии и на уровень потерь активной мощности.

В режиме холостого хода ЛЭП и нагрузках, не превышающих 50% пропускной способности электропередачи, УШРТ в отправном и приемном узлах поддерживают напряжение на заданном уровне путем поглощения избыточной реактивной мощности, которая генерируется линией. При этом коммутационные аппараты 11 и 15 включены, а 12-14 - отключены. Если нагрузка линий превышает указанную величину, то УШРТ переводится в режим работы ВДТ. При этом предполагается, что нагрузка линии равна ее натуральной мощности и ток УШРТ, работающем еще в реакторном режиме, близок к нулю. Для ЛЭП - 500 кВ эта мощность составляет примерно 900 МВт, при которой генерируемая и потребляемая линией мощность равны и не требуется участие УШРТ в регулировании напряжения.

В этих условиях производится переключение УШРТ из режима реактора в режим ВДТ. Первоначально производится отключение коммутационного аппарата (КА) 15, при котором сетевая обмотка 7 делится на первую 9 и вторую 10 части. Затем включается КА12, шунтируя включенный КА11, после чего отключается КА11. Обе операции протекают при коммутации токов, значительно меньших нагрузочного тока линии.

Следует заметить, что перед включением первой части 9 сетевой обмотки в рассечку линии должны быть включены КА 13 и КА 14, соединяющие вторую часть 10 сетевой обмотки с выходными зажимами управляющего блока 18. Перевод устройства из режима ВДТ в реакторный осуществляется при снижении нагрузки линии до уровня натуральной мощности при напряжении на ней, равном напряжению шин концевых подстанций. При этом сначала включается КА11 и отключается КА12, затем включается КА15, восстанавливая полный состав сетевой обмотки 7. Операция перевода устройства в реакторный режим завершается отключением КА 13 и КА 14.

В настоящее время на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов разработаны контакторы (ключи) с очень высоким быстродействием и практически неограниченным ресурсом работы. При этом становится возможным осуществлять коммутацию силовых цепей за время, не превышающее десяти микросекунд, т.е. практически мгновенно.

Управление всеми коммутационными аппаратами осуществляется регулятором режима работы УШРТ 23 (рис. 5.1), выполняющим также функции оптимального регулирования напряжения на линии по законам (5.1) и (5.2).

Изменение реактивной мощности УШРТ на первой стадии процесса регулирования осуществляется путем изменения сопротивления основному магнитному потоку, замыкающемуся в пределах его магнитопровода. Увеличение тока обмотки управления 6, производимого регулированием угла управления полностью управляемых полупроводниковых силовых приборов (тиристоров) блока 17, вызывает вымещение основного магнитного потока из стержня 1, на котором размещены все обмотки, в пространство зазора между обмотками 6 и 7. Последнее ведет к увеличению намагничивающего тока (потребляемой реактивной мощности) УШРТ. Регулирование реактивной мощности производится в соответствии с законом (5.1).

Для повышения пропускной способности электропередачи (при увеличении передаваемой мощности) осуществляется регулирование общего уровня напряжения линии по закону (5.2). Регулятор 23 вырабатывает управляющее воздействие, поступающее на оконечный каскад (драйвер), который формирует сигналы управления на включение (выключение) полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов блока 18 в цепи регулирования возбуждения (обмотка 10) УШРТ, работающего в режиме ВДТ. Вход блока 18 подключен к шинам вторичного напряжения концевой подстанции, а выход - к обмотке 10 через посредство включенных КА13 и КА14.

Максимальная мощность УШРТ в режиме ВДТ определяется величиной регулировочного диапазона на изменение напряжения линии и максимальным значением ее рабочего тока. В реакторном режиме эта мощность определяется значением емкостной мощности, генерируемой линией при напряжении шин конечных узлов.

Работа полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов, относящихся к блоку 17 и 18, может вызвать появление высших гармонических в магнитном потоке УШРТ и, соответственно, в токе вторичной обмотки 9, включенной в рассечку линии. Подключение фильтров высших гармонических (3-й, 5-й, 7-й) к компенсационной обмотке 8, обеспечивает должный уровень подавления гармоник.

Управляющий током сетевой обмотки блок 17 и регулирующий ток возбуждения блок 18 выполнены на базе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов (тиристоров) с искусственной коммутацией.

Работа УШРТ в режиме ВДТ позволяет повышать напряжение на линии по сравнению с неизменным напряжением на шинах 20 и 21 концевых подстанций. Поэтому на этих подстанциях не требуются распределительные устройства и выключатели на повышенное номинальное напряжение линии. УШРТ подключаются непосредственно к линии (без выключателей), которая соединяется с шинами концевых подстанций через выключатели, выбранные на номинальное напряжение шин (рис. 5.2). Такое техническое решение может значительно снизить стоимость электропередачи. Предлагаемое устройство позволяет осуществить оптимальное управление сверхдальней ЛЭП на основе новой технологии, которая предусматривает взависимости от нагрузки электропередачи вести режим с поддержанием постоянства напряжения на линии либо его изменение в функции передаваемой мощности. Последнее обеспечивает передачу по линии натуральной мощности при любой нагрузке.

Такая технология управления при включении предлагаемого УШРТ по концам линии позволяет:

1. передачу энергии по сверхдальней линии без промежуточных устройств компенсации реактивной мощности и с минимальными потерями;
2. «встраивать» в существующую системообразующую сеть линии повышенного напряжения (пропускной способности) без сооружения на подстанциях распредустройств на это напряжение;
3. осуществить более гибкое управление нормальными и послеаварийными режимами электропередач благодаря высокому быстродействию и расширенному диапазону регулирования.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В Белорусской энергосистеме существует проблема регулирования напряжения и устранения избытков реактивной мощности в режимах минимальных нагрузок. С целью реше­ния этой проблемы в Белорусской энергосистеме в 1998-2000 гг. был выполнен ком­плекс научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ по технической необходимости и экономической целесообразности установки шунтирующих реак­торов в энергосистеме.

В результате их выполнения в энергосистеме была намечена установка четырех управляемых шунтирующих реакторов (УШР) напряжением 330 кВ, мощностью 180 МВар каждый на следующих подстанциях 330 кВ энерго­системы: «Мирадино», «Барановичи», «Гомсельмаш» и «Молодечно».

Реализация заданного плана обеспечила бы снижение уровня напряжения и потерь активной мощности в питающей сети, тем самым решив проблему избытка РМ. При этом отпадает необходимость использования турбогенераторов электро­станций в режиме потребления реактивной мощности, так как негативной стороной использования турбогенераторов в таких режимах является снижение запаса статической устойчивости, а также повышенный нагрев крайних пакетов активной стали, вызванный значительным возрастанием результи­рующих магнитных полей в зонах лобовых частей обмотки статора.

В настоящее время установлены только два действующих ШР на ПС Мирадино и ПС Барановичи.

Учитывая новейшие достижения в области статических компенсирующих устройств, модернизация схемы компенсации РМ на ПС состоит в замене СК на СТК. Такой подход обеспечит оптимальные уровни напряжений на шинах ВН, СН и НН подстанций и на линиях в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах.

СТК состоит из трех основных частей – модулей: конденсаторной батареи КБ, коммутируемой выключателем или тиристорным вентилем, компенсирующих реакторов Р. Модульное построение СТК позволяет осуществить их внедрение поэтапно. В слабозагруженных сетях на первом этапе достаточно включить в работу реакторную часть СТК. По мере роста загрузки линий, когда от источника реактивной мощности требуется её генерация, дополнительно к реакторным группам подключаются конденсаторы, а для быстродействующего регулирования мощности реакторов – тиристорные вентили, что образует полную схему СТК.

Обеспечения требуемых стандартов качества электроэнергии невозможно без авто­матических управляемых средств регулирования напряжения и компенсации реак­тивной мощности.

Поэтому основная задача оптимизации электропотребления, как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации системы электроснабжения, состоит в том, чтобы наиболее полно обеспечить компенсацию реактивной мощности в сети.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Патент на изобретение «Источник реактивной мощности» РФ №2335056 по заявке №2007118516/09 от18.05.2007; приоритет изобретения 18.05.2007. Опубликовано 27.09.2008 в Бюл№27. МПК:H02J 3/18 (2006.01), H01F 29/14 (2006.01). Автор: Брянцев А.М.
2. Патент на изобретение «Статический компенсатор реактивной мощности» РФ № 2510556 по заявке № 2012137853/07 от 05.09.2012; приоритет изобретения 05.09.2012. Опубликовано 27.03.2014 в Бюл№9. МПК: H02J 3/18 (2006.01). Автор: Брянцев А.М.
3. Патент на изобретение «Управляемый шунтирующий реактор-трансформатор» РФ № 2360316 по заявке № 2007128284/09 от 07.2007; приоритет изобретения 27.01.2009. Опубликовано 27.06.2009 в Бюл№18. МПК: H01F 29/14    (2006.01). Автор: Каленик В.А.
4. Патент на изобретение «Управляемый шунтирующий реактор-автотрансформатор» РФ № 2297062 по заявке № 2005107922/09 от 21.03.2005; приоритет изобретения 21.03.2005. Опубликовано 10.04.2007 в Бюл№10. МПК: H01F 29/14 (2006.01), G05F 1/10 (2006.01). Автор: Каленик В.А.
5. Управляемые подмагничиванием электрические реакторы в электрических сетях ОАО «ФСК ЕЭС». Сб. статей. Под ред. Доктора тех. Наук проф А.М. Брянцева. – М.: «Знак» 2010.
6. СТП РУП «ОДУ» «Инструкция по регулированию режимов работы ОЭС Беларуси», Минск 2003.
7. Реактивная мощность в электрических сетях // Новости электротехники – 2007. –N - С. 2-6

 Скачать: referat-fedin-pechat.docx