Исследование электромагнитных переходных процессов в линиях электропередачи сверхвысокого напряжения с управляемыми шунтирующими реакторами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Шескин, Евгений Борисович

• Шескин, Евгений Борисович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Шескин, Евгений Борисович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЯЕМОГО ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ

ШУНТИРУЮЩЕГО РЕАКТОРА

1.1. Магнитная система управляемого реактора

1.2. Обмотки управляемого реактора

1.2.1. Сетевая обмотка

1.2.2. Обмотка управления

1.2.3. Компенсационная обмотка

1.3. Конструктивные исполнения и номенклатура УШР

1.3.1. УШР мощностью менее 32 МВАр

1.3.2. УШР мощностью более 32 МВАр

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ШУНТИРУЮЩЕГО РЕАКТОРА

2.1. Основные элементы конструкции реактора РТУ-180000/500 и его моделирование

2.2. Характеристика намагничивания стали

2.3. Моделирование реакторов произвольной конструкции

ГЛАВА 3. РЕЖИМЫ РАБОТЫ УШР, МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАБОТА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

3.1. Общее описание САУ

3.2. Подробное описание алгоритмов работы каналов и режимов САУ

3.2.1. Режим автоматической стабилизации напряжения

3.2.2. Режим форсированного набора мощности

3.2.3. Режим форсированного сброса мощности

3.2.4. Режим автоматической стабилизации тока сетевой обмотки

3.3. Примеры работы САУ реактора РТУ-180000/500

3.3.1. Пример работы САУ в схеме «линия с ШР и УШР»

3.3.2. Пример работы САУ в схеме «линия с УШР и БСК»

3.3.3. Пример работы САУ в режиме стабилизации тока

3.4. Пример реализации модели САУ РТУ-180000/500

в программном комплексе ЕМТР/АТР

3.4.1. Допущения при моделировании

3.4.2. Общий вид модели САУ РТУ-180000/500

3.4.3. Канал автоматической стабилизации напряжения

3.4.4. Каналы форсировки/расфорсировки

3.4.5. Канал автоматической стабилизации тока сетевой обмотки

3.4.6. Параметры модели, задаваемые пользователем

ГЛАВА 4. ВНУТРЕННИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ НА В Л

С УПРАВЛЯЕМЫМ РЕАКТОРОМ

4.1. ОПН и внутренние перенапряжения

4.2. Квазистационарные перенапряжения

4.2.1. Одностороннее включение В Л

4.2.2. Одностороннее включение ВЛ на однофазное короткое замыкание

4.2.3. Разрыв электропередачи

4.3. Коммутационные перенапряжения

4.3.1. Одностороннее включение ВЛ

4:3.2. Одностороннее'включениёТЗЛ на однофазное короткое замыкание

4.3.3. Разрыв электропередачи

ГЛАВА 5. ОДНОФАЗНОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ С РЕАКТОРАМИ

5.1. Ток подпитки в цикле ОАПВ

5.1.1. Электростатическая составляющая тока подпитки

5.1.2. Составляющая тока подпитки от УШР

5.1.3. Составляющая тока подпитки от ШР

5.1.4. Электромагнитная составляющая тока подпитки

5.1.5. Рекомендации по снижению тока подпитки в цикле ОАПВ

5.2. Восстанавливающееся напряжение в цикле ОАПВ

5.2.1. Случай отключения фазы УШР

5.2.2. Случай шунтирования треугольника обмоток УШР

5.2.3. Рекомендации по восстанавливающемуся напряжению в цикле ОАПВ 126 ГЛАВА 6. ОГРАНИЧЕНИЕ АПЕРИОДИЧЕСКИХ ТОКОВ В ЛИНЕЙНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯХ С ПОМОЩЬЮ УШР

6.1. Апериодические токи при включении неуправляемых реакторов

6.2. Апериодические токи при включении УШР

6.3. Ограничение апериодических токов при помощи

предвключаемых резисторов

6.4. Ограничение апериодических токов при помощи

управляемой коммутации

6.5. Методика выбора мероприятий по ограничению апериодических токов

6.6. Специальные возможности УШР по ограничению апериодических токов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование электромагнитных переходных процессов в линиях электропередачи сверхвысокого напряжения с управляемыми шунтирующими реакторами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время вектор развития Единой энергетической системы России сместился в сторону внедрения инновационных технологий и построения «интеллектуальных сетей», которые, как ожидается, будут представлять собой более надежные, эффективные и экологически безопасные электрические сети [1-5]. Одним из важнейших компонентов интеллектуальных сетей являются управляемые средства компенсации реактивной мощности - статические тиристорные компенсаторы (СТК), управляемые шунтирующие реакторы или трансформаторного типа (УШРТ), или с подмагничиванием (УШР), а также статические компенсаторы (СТАТКОМ) [610], выполненные с использованием силовых полупроводниковых тиристоров ЮВТ[11, 12].

Перечисленные устройства включаются по схеме «фаза-земля» (за исключением некоторых вариантов исполнения СТАТКОМ [7]), и выполняют схожие функции:

- регулирование напряжения в узлах,

- увеличение пропускной способности линий электропередачи,

- уменьшение потерь путем снижения реактивной токовой нагрузки на

элементы сети.

Статический тиристорный компенсатор представляет собой сочетание конденсаторной батареи и шунтирующего реактора, включенного через тиристорную группу. Регулирование угла зажигания тиристоров позволяет изменять величину реактивной мощности, которую устройство потребляет из сети. Одним из основных преимуществ СТК называется его быстродействие. К недостаткам СТК можно отнести: завышенную постоянную времени автоматического регулятора [13], которая нивелирует преимущество в быстродействии, высокую стоимость производства и эксплуатации тиристоров, которые должны быть рассчитаны на полную мощность устройства, значительные потери в силовых электронных элементах [8, 10], а также необходимость использования промежуточного трансформатора для включения в сеть высокого

напряжения [14].

Одним из новейших средств поперечной компенсации является устройство СТАТКОМ, позволяющее не только изменять уровень напряжения в узлах сети, но и его фазовый угол, т.е. осуществляющее функцию векторного регулирования [15, 16]. Несмотря на все преимущества устройства, значительные капитальные затраты на его сборку, установку и эксплуатации не способствуют его широкому распространению в электрических сетях даже развитых стран.

Очевидно, что средства компенсации реактивной мощности, имеющие в своем составе силовые тиристоры, выполненные на полную мощность устройства, имеют схожие недостатки, связанные с несовершенством силовых электронных элементов - высокая стоимость производства, установки и эксплуатации, значительные потери в тиристорах.

Этими же недостатками обладает и управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа, тиристоры вторичной обмотки которого должны быть выполнены на полную мощность УШРТ с учетом перегрузки. Поэтому в России в перспективе будут применяться управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы [17].

В управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторах, мощность преобразователя7 выполненного на основе силовых тиристоров, составляет лишь 1-2% от полной мощности реактора, а стоимость всего комплекса сопоставима со стоимостью обычного двух- или трехобмоточного трансформатора [18-19]. Указанные особенности определяют существующее на сегодняшний день преимущество управляемого реактора перед аналогичными по назначению устройствами компенсации реактивной мощности, что позволило ему занять лидирующие позиции среди всех управляемых средств компенсации в сетях ЕЭС России [13].

Увеличению количества УШР в электрических сетях также способствует и принятая ОАО «ФСК ЕЭС» программа инновационного развития [20]. Принятие программы позволило установить на ряде подстанций ЕЭС России несколько управляемых подмагничиванием реакторов и накопить необходимый опыт

эксплуатации [21-24]. На сегодняшний день все управляемые реакторы, установленные в сетях ЕЭС России - с подмагничиванием.

Появлению современной конструкции УШР предшествовали работы Фридлендера [25], Крамера [26], Либкинда [27], а также другие исследования [2833]. Несмотря на то, что накопление теоретической базы, необходимой для понимания процессов, происходящих как в самом устройстве [34-37], так и в электрических сетях, где установлены реакторы [38, 39], началось достаточно давно, на сегодняшний день некоторые важнейшие вопросы остаются неисследованными, что затрудняет проектирование электрических сетей с УШР.

Так, на этапе проектирования линий электропередачи необходимо выполнять множество специальных расчетов, в том числе необходимых для определения уровня перенапряжений, воздействующих на изоляцию линии и подключенного к ней электрооборудования, токов в выключателях и других элементах сети, определения требований к быстродействию реактора.

Ответы на необходимые вопросы могли быть получены путем проведения исследования процессов в действующих сетях. Но из-за специфики электросетевого комплекса проведение натурных испытаний оказывается довольно затруднительным. В этих условиях не остается иного выхода, кроме как прибегнуть к созданию математических моделей управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов.

Такие модели могут стать составной частью специализированного программного обеспечения [40-42], которое в настоящее время развивается активными темпами и позволяет не только выполнять расчеты процессов, но и воспроизводить их в реальном времени [43].

В диссертации модели реактора УШР и его системы автоматического регулирования были разработаны и включены в состав известной программы расчета электромагнитных переходных процессов ЕМТР/АТР.

Модель была опробована серией расчетов и показала хорошее сходство их результатов с натурными экспериментами при пуско-наладочных работах на уже введенных объектах.

Разработанная модель позволила впервые выполнить весь комплекс исследований электромагнитных переходных процессов на линиях электропередачи с управляемыми реакторами, а наиболее значимыми среди них стали расчеты:

— быстродействия реактора;

— напряжений в обмотках и элементах сети в неполнофазных режимах, таких

как однофазное автоматическое повторное включение (ОАПВ);

" — токов в обмотках и элементах сети при коммутациях линий с УШР.

1. Автором диссертации было определено время полного изменения мощности реактора в различных режимах его работы. Это позволило опровергнуть ошибочное мнение, что управляемый подмагничиванием шунтирующий реактор является инерционным устройством, неспособным обеспечить требуемый уровень быстродействия [44]. В диссертации показано, что быстродействия, которым обладают современные УШР, достаточно даже для обеспечения безопасной работы ограничителя перенапряжений нелинейного (ОПН) - одного из самых чувствительных к повышениям напряжения промышленной частоты элемента сети. В работе исследовано влияние УШР на требования к рабочему напряжению ОПН и его энергоемкости.

2. Автором диссертации были проведены расчеты процессов при ОАПВ. Проблема обеспечения успешности ОАПВ заключается в том, что установка УШР вместо обычного шунтирующего реактора (ШР) увеличивает ток подпитки дуги, затрудняя тем самым ее гашение. Кроме того, при одной и той же длине ВЛ, в случае установки УШР могут наблюдаться резонансные перенапряжения после гашения дуги, а при установке обычного ШР - нет. Таким образом, исследования автора и предложенные им аналитические выражения, позволяющие определить уровень тока подпитки в цикле ОАПВ и восстанавливающегося напряжения с учетом различных режимов работы управляемого реактора, по сути могут рассматриваться в качестве методики расчета ОАПВ на ВЛ с УШР.

3. Автором диссертации были проведены расчеты тока выключателей В Л и их апериодической составляющей, вызванной присоединенными к линии

реакторами [45-47] и опасной для элегазовых выключателей современных конструкций. По результатам исследований была разработана методика расчета характеристик компенсированной ВЛ, на основании которой для каждой линии электропередачи можно определить необходимость принятия дополнительных мер по ограничению апериодических токов, а также выбрать то решение, которое будет наиболее эффективным. Кроме того, методика учитывает особенности линейных УШР и демонстрирует, как могут быть использованы конструктивные особенности УШР для обеспечения безопасной коммутации элегазовых выключателей.

Методики расчета и ограничения токов и напряжений на линиях с УШР являются весьма актуальными, поскольку с каждым годом количество управляемых реакторов в сетях ЕЭС России стремительно возрастает [48].

Цели работы и задачи исследования. Цели работы:

— разработка универсального алгоритма создания математических моделей управляемых реакторов любой конструкции;

— создание математической модели реактора РТУ-180000/500 и его системы автоматического управления для демонстрации возможностей применения алгоритма;

— реализация этих моделей в программном комплексе ЕМТР/АТР, предназначенном для расчета электромагнитных переходных процессов;

— выполнение расчетов основных режимов и электромагнитных переходных процессов в сетях, содержащих УШР.

Для достижения поставленной цели были выполнены:

— анализ методов и средств математического описания трансформаторных устройств;

— формулировка универсального алгоритма создания и реализации в виде программы для ЭВМ математических моделей управляемых реакторов произвольной конструкции;

— разработка математической модели РТУ-180000/500 и реализация ее в программном комплексе ЕМТР/АТР;

- выполнение расчетов установившихся и переходных режимов с использованием созданной модели УШР;

- формулировка рекомендаций по исключению негативного влияния УШР на ток дуги подпитки в бестоковую паузу ОАПВ;

- формулировка рекомендаций по снижению уровней восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе после погасания дуги подпитки ОАПВ;

- определение требований к ОПН, устанавливаемых в сетях, содержащих управляемые шунтирующие реакторы;

- формулировка рекомендаций по выбору мероприятий по подавлению апериодических компонент тока линейных выключателей высоковольтных линий, оснащенных УШР.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, основанные на теории электромагнитных полей, уравнениях Максвелла, теории магнитных цепей, а также численных методах интегрирования, реализованных в виде программ на ЭВМ.

Достоверность результатов. Математическая модель верифицирована по величине напряжения короткого замыкания, току и индукции в стержнях магнитопровода в режиме холостого хода, а также с помощью натурных осциллограмм процессов, записанных на реальных объектах. Кроме того, достоверность результатов подтверждается и аналитическими выражениями, которые были получены в процессе работы.

Научная новизна работы.

1. Сформулированы требования к быстродействию УШР для обеспечения сохранности электротехнического оборудования в режимах, сопровождающихся перенапряжениями или повышенными токовыми нагрузками.

2. Исследовано влияние быстродействия УШР на требования к нелинейным ограничителям перенапряжений.

3. Исследовано влияние УШР на величину тока подпитки и восстанавливающегося напряжения в цикле ОАПВ.

4. Исследовано влияние УШР на апериодические токи выключателей ВЛ и опасность их повреждения.

Практическая ценность работы. 1. Описан алгоритм создания моделей управляемых реакторов произвольной

конструкции и их реализации в виде программ на ЭВМ. 2г Созданы математические модели управляемого подмагничиванием реактора РТУ-180000/500 и его системы управления, которые реализованы в программном комплексе ЕМТР/АТР, предназначенном для расчета электромагнитных процессов. Модели представляют собой законченные блоки и могут использоваться для проведения любых расчетов, которые ограничиваются только возможностями самого программного комплекса ЕМТР/АТР.

3. Разработана методика расчета цикла однофазного автоматического повторного включения ВЛ с УШР, позволяющая оценить ток подпитки и восстанавливающееся напряжение и выбрать необходимые меры для обеспечения успешности ОАПВ.

4. Разработана методика аналитического расчета характеристик компенсированной ВЛ, позволяющая определить степень опасности апериодических компонент тока, возникающих при коммутации такой линии, и на основании этих расчетов выбрать эффективные меры по обеспечению успешного отключения линии в цикле «включение-быстрое отключение».

Реализация результатов работы. Разработанные математические модели используются на кафедре «Электрические системы и сети» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет» для исследования сетей, оснащенных управляемыми шунтирующими реакторами.

Разработанные математические модели используются проектными организациями и производителями управляемых реакторов для демонстрации возможностей управляемых подмагничиванием реакторов в условиях вновь

проектируемых или реконструируемых объектов ЕЭС России, а также для расчета электрических параметров систем, необходимых для целей проектирования.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Установка на ВЛ управляемых шунтирующих реакторов вместо обычных приводит к увеличению тока подпитки дуги однофазного короткого замыкания в бестоковую паузу ОАПВ. Предлагается методика, позволяющая выполнять расчет тока подпитки и восстанавливающегося напряжения, а также выбирать наиболее эффективный способ снижения тока подпитки и перенапряжений.

2. В выключателях высоковольтных линий, оснащенных управляемыми шунтирующими реакторами, при включении линии совместно с УШР при определенных условиях возникают опасные апериодические компоненты тока, которые могут приводить к повреждению коммутационного оборудования при попытке отключения ВЛ до завершения переходного процесса. Предлагается методика определения мероприятий по борьбе с опасными апериодическими компонентами тока, основывающаяся на совместном применении стандартных мероприятий и специфических возможностей, которые предоставляет УШР.

3. Установка на В Л управляемых шунтирующих реакторов вместо обычных влияет на требования к ОПН в сторону уменьшения их удельной энергоемкости.

4. Быстродействие современного УШР, с учетом его конструктивных возможностей, является достаточным для обеспечения сохранности электротехнического оборудования в режимах, сопровождающихся перенапряжениями или сверхтоками.

Апробация работы. Положения работы обсуждались на 3-й Всероссийской молодежной конференции «Энергетика глазами молодежи» (г. Екатеринбург, 2012 г.) [49]. Основные положения работы также обсуждались на технических семинарах, проводимых проектными организациями и производителями оборудования.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы, в том числе 2 научных статьи в рецензируемых изданиях [50-51], входящих в перечень

рекомендованных ВАК РФ.

Материалы диссертации стали основой для монографии [52]. Автор выражает благодарность научному руководителю, доценту Дмитриеву М.В., профессору Евдокунину Г.А. и всему персоналу кафедры «Электрические системы и сети» СПбГПУ, а также д.т.н Долгополову А.Г. за помощь и участие в обсуждении материала диссертации.

Глава 1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЯЕМОГО ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ШУНТИРУЮЩЕГО РЕАКТОРА

Основным назначением управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора является регулирование напряжения и реактивной мощности [47]. В УШР с подмагничиванием для плавного регулирования потребляемой реактивной мощности, а, следовательно, и напряжения в точке подключения, используется насыщение стали магнитопровода постоянным потоком, создаваемым выпрямленным током в специальной обмотке управления (ОУ). Фактически, для мощного высоковольтного трансформаторного устройства используется принцип магнитного усилителя, когда по мере насыщения стержней магнитопровода снижается индуктивное сопротивление сетевой обмотки реактора (СО). В реальных конструкциях УШР при изменении состояния стали его магнитопровода от ненасыщенного состояния до глубокого насыщения, близкого к предельному, когда магнитная проницаемость приближается к магнитной проницаемости воздуха, удается получить диапазон плавного регулирования реактивной мощности с кратностью более 100.

Конструктивно, УШР представляет собой устройство, состоящее из:

- электромагнитной части (магнитопровод, обмотки);

— полупроводникового преобразователя;

— системы автоматического управления.

На рисунке 1.1 приведена принципиальная схема одной фазы такого реактора с бронестержневым магнитопроводом и двумя «полустержнями», на которых расположены обмотки СО, подключенные к сетевому напряжению Ес и встречно включенные секции обмотки ОУ, к которым подключен источник постоянного напряжения Еоу. Постоянный поток подмагничивания, создаваемый током ОУ, замыкается между центральными полустержнями, а переменный поток

- через верхние и боковые ярма магнитопровода, складываясь в полустержнях с постоянным.

15 Ес О"

! I ! со< 1 1 ^ | щ II ¿Г 1 ¿11

1 1 1 1 1 1

1 1 ( * 1 J л ! 6Г

ОУ < | е I а?

1 Еоу 1 Г _

! ^ 1 'оу

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема одной фазы УШР В большинстве конструкций мощных УШР на напряжение 220 кВ и выше предусмотрена отдельная специальная обмотка - компенсационная, которая разбита на две секции, каждая из которых охватывает полустержень и обе соединены согласно. Выводы трех фаз соединяются в треугольник. Порядок расположения обмоток относительно магнитопровода УШР следующий: КО-ОУ-СО.

Рисунок 1.2 - Разрез магнитной системы фазы УШР

Расположение обмоток на магнитной системе одной фазы УШР, состоящей из двух полустержней (1), верхнего (2) и нижнего (3) горизонтальных ярем и двух боковых ярем (4), можно видеть на рисунке 1.2. Две секции обмотки управления ОУ размещены на полустержнях, соединены встречно и подключены к регулируемому источнику постоянного напряжения. Сетевая обмотка СО охватывает два соседних полу стержня с обмотками управления.

Создание отдельных путей для переменного и постоянного потоков, которое обеспечивается бронестержневой конструкцией магнитопровода с расщепленными стержнями фаз, а также встречное включение секций СО и ОУ позволяют обеспечить независимость электромагнитных процессов в обмотках СО и ОУ, расположенных на одном магнитопроводе.

Для объединения отдельных однофазных устройств в одно трехфазное фазы сетевых обмоток соединяются по схеме «звезда с заземленной нейтралью» и каждая выполняется параллельными ветвями с вводом в середину (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Принципиальная схема трехфазного трехобмоточного УШР

Секции обмоток ОУ в каждой фазе соединяются последовательно-встречно, а выводы всех фаз соединяются параллельно и подключаются к выводам преобразователя.

1.1. Магнитная система управляемого реактора Магнитная система УШР во многом похожа на магнитную систему обычного трехобмоточного трансформатора с бронестержневым магнитопроводом, однако, обладает при этом некоторыми конструктивными особенностями (рисунок 1.2):

1. Вместо одного центрального стержня магнитопровод УШР содержит расщепленный стержень (два «полустержня»). Два полустержня, охваченные сетевой обмоткой вместе с обмоткой управления, секции которой включены встречно, реализуют концепцию «магнитного вентиля» и являются важнейшим элементом УШР.

2. Сечение ярем больше сечения полустержней. В рабочих режимах потребления реактивной мощности полустержни УШР поочередно находятся в состоянии магнитного насыщения, причем длительность состояния насыщения в течение периода промышленной частоты определяет величину мощности, потребляемой УШР. При переходе этих полустержней из насыщенного в ненасыщенное состояние и обратно происходит искажение кривой тока в сетевой обмотке составляющими токов высших гармоник. Это приводит к ухудшению качества электрической энергии в точке подключения УШР. Увеличение сечения ярем - одно из конструктивных решений, позволяющих снизить искажение тока в сетевой обмотке, а также уменьшить величину бросков тока при коммутациях (большая площадь поперечного сечения ярем позволяет им не насыщаться даже в предельных режимах УШР). Сетевая обмотка охватывает оба полустержня без разделения на секции.

3. Кольцевые или приставные шунты. Использование таких шунтов, набранных из электротехнической стали, позволяет перенаправить магнитный поток рассеяния в магнитопровод, повышая тем самым КПД устройства.

1.2. Обмотки управляемого реактора 1.2.1. Сетевая обмотка

Предположим, что имеется только одна обмотка СО, а обмотка управления и компенсационная обмотки отсутствуют или разомкнуты.

Сетевые обмотки трехфазного УШР подключаются непосредственно к шинам высокого напряжения, и, по аналогии с трансформаторными обмотками высокого напряжения, соединены по схеме «звезда с заземленной нейтралью» (рисунок 1.4). Ток, протекающий в обмотке, создает одинаковые магнитные потоки (и индукции) в обоих полустержнях (рисунок 1.5), при этом амплитуда магнитной индукции примерно соответствует индукции насыщения стали, из которой набран магнитопровод УШР. Это позволяет увеличить коэффициент использования стали и сделать диапазон регулирования устройства максимальным.

Ток, протекающий в этом случае в сетевой обмотке, называется током намагничивания, или током холостого хода УШР (рисунок 1.6).

^СОА '"'сОВ '-'сос

Рисунок 1.4 - Схема соединения сетевых обмоток фаз УШР

Рисунок 1.5 - Магнитные индукции в каждом из полу стержней фазы УШР при приложении синусоидального напряжения к сетевой обмотке

Рисунок 1.6 - Ток холостого хода УШР 1.2.2. Обмотка управления

Положим здесь, что только компенсационная обмотка отсутствует или разомкнута.

ABC

Рисунок 1.7 - Схема включения обмоток управления фаз УШР Обмотка управления УШР используется для подмагничивания его магнитопровода постоянным током. Обмотки управления всех фаз включаются параллельно и подключаются к регулируемому источнику постоянного напряжения (рисунок 1.7). Подключение постоянного напряжения к обмотке ОУ

вызовет переходный процесс, в ходе которого ток в ней будет увеличиваться до установившегося значения, определяемого выражением:

Ioy-Eoy/Roy, (1.1)

где Roy - сопротивление ОУ постоянному току, Еоу - напряжение источника, подключенного к ОУ.

Рисунок 1.8 - Увеличение магнитных индукций в каждом из полу стержней фазы УШР при приложении номинального постоянного напряжения к обмотке

управления

Постоянный ток, протекающий в обмотке управления, создает постоянный магнитный поток и индукцию в стержнях. Вследствие того, что секции ОУ включены встречно, направление потоков в полустержнях окажется противоположным, а по величине они будут одинаковы, одинаковы будут и индукции (см. рисунок 1.8). Встречное включение секций ОУ позволяет избежать трансформации напряжения из первичной обмотки (сетевой), во вторичную обмотку (обмотку управления). Поэтому в режиме холостого хода даже при разомкнутой ОУ на ее выводах не будет переменного напряжения от сетевой обмотки.

Когда обе обмотки находятся в работе, т.е. когда сетевая обмотка подключена к шинам высокого напряжения, а обмотка управления - к источнику

постоянного напряжения, магнитные потоки, создаваемые этими обмотками в каждом из полустержней, суммируются (суммируются и индукции, создаваемые токами в этих обмотках: рисунок 1.9 получен после наложения друг на друга рисунка 1.5 и рисунка 1.8).

На рисунке 1.9 в течение первой половины периода Т индукция в полу стержне №1 больше индукции насыщения, равной 2 Тл, а в полустержне №2 - меньше. В течение второй половины периода индукция в полустержне №2 -больше индукции насыщения, а в полустержне №1 - меньше.

В(1), Тл

Рисунок 1.9 - Сложение магнитных потоков (индукций), создаваемых сетевой обмоткой и обмоткой управления, в полустержнях в номинальном режиме Ранее отмечалось, что в режиме холостого хода амплитуда переменной составляющей индукции, которую создает в центральном стержне сетевая обмотка, примерно соответствует индукции насыщения. Если приложить к обмотке управления такое напряжение, чтобы постоянная составляющая индукции также была примерно равна индукции насыщения, то результирующая индукция в каждом из стержней будет больше индукции насыщения стали ровно

половину периода. Такой режим называется режимом полупериодного насыщения.

Управляемый реактор проектируют так, чтобы его номинальный режим был близок к режиму полупериодного насыщения, так как в этом режиме полустержни будут поочередно насыщены в течение половины периода промышленной частоты и, следовательно, ток, потребляемый УШР в номинальном режиме, не будет содержать гармоник. На рисунке 1.10 приведен ток сетевой обмотки и его гармонический состав для полупериодного режима работы реактора.

¡(1), А

200

160-

120-

-1-1-Г

0 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 ^ £ 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Рисунок 1.10 - Ток в сетевой обмотке реактора в режиме полупериодного

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шескин, Евгений Борисович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Cecati, С., Mokryani, G., Piccolo, A., Siano, P. An overview on the smart grid concept / C. Cecati // 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society. - 2010. - C. 3322-3327.

2. Strategic Deployment Document for European's Electricity Networks of the Future: Draft for 3rd General Assembly / European Technology Platform Smart Grids. Belgium, 2008. - 68 p.

3. Zhang, B.M., Ding, Q.F. The development of FACTS and its control / B.M. Zhang // Advances in Power System Control, Operation and Management, APSCOM-97. Fourth International Conference. - ноябрь 1997. - № 1. С. 48 -53.

4. Edris, A. FACTS technology development: an update / A. Edris // Power Engineering Review, IEEE, Vol.20, Is. 3, 2000, p. 599 - 627.

5. Hingorani N.G., Gyugyi L. Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission systems / N-Y: IEEE Press, 2000. - 432 p.

6. Singh, В., Saha, R., Chandra, A., Al-Haddad, K. Static synchronous compensators (STATCOM): a review / B. Singh // IET Power Electronics - 2009. - № 2. - C. 297 - 324

7. Dixon, J., Morán, L., Rodríguez, J., Doinke, R. Reactive Power Compensation Technologies, State-of-the-Art Review / J. Dixon // IEEE Proc. - 2005. - № 93 -C. 2144-2164

8. Глебов, И.А. Электромагнитные процессы систем возбуждения синхронных машин / И.А. Глебов. - Л.: Наука, 1987. - 344 с.

9. Брянцев, A.M. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы новое электротехническое оборудование / A.M. Брянцев, Б.И. Базылев, М.А. Бики и др.// Электротехника. - 1999. - № 7.

Ю.Крюков А.А., Лыбкинд М.С., Сорокин В.М. Управляемая поперечная

i

компенсация электропередачи переменного тока / М.: Энергоиздат, 1981. -182 с.

11. Sattar, A. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Basics / A. Sattar. — Santa Clara: IXYS Corporation, 2003. — P.l 1-14.

12. Бербенец, A.B. Силовые IGBT-модули Infineon Technologies / A.B. Бербенец // Силовая электроника. - 2008. - № 2. - С. 38-40.

13. Долго полов, А.Г. Шунтирующие реакторы, управляемые подмагничиванием. Вопросы быстродействия / А. Г. Долгополов // Новости Электротехники. - 2010. - №4. - С. 28-31.

14.Кочкин, В.И. Реактивная мощность в электрических сетях. Технологии управляемой компенсации / В.И. Кочкин // Новости Электротехники. -2007. - №3.

15. Дорофеев, В.В. Перспективы применения в ЕЭС России гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока / В.В. Дорофеев, Ю.Г. Шакарян, В.И. Кочкин, JI.A. Кощеев // Электрические станции. - 2004. - №8. - С. 10-13.

16.Пат. №1762322 Российская Федерация, МПК H 01 F 29/14. Электрический реактор с подмагничиванием [Текст] / A.M. Брянцев, А.И. Лурье, М.А. Бики, C.B. Уколов; Бюллетень изобретений №34, 1992 г.

17. Долгополов, А.Г. Шунтирующие реакторы, управляемые подмагничиванием. Вопросы быстродействия / А. Г. Долгополов // Новости Электротехники. - 2010. - №4. - С. 28-31.

18.Бики, М.А., Брянцев, A.M., Гудилин, C.B., Долгополов, А.Г. и др. Трехфазный управляемый реактор РТДЦУ-18000/500 / Наука. Производство. Рынок, сб. статей IV Международного симпозиума. ВЭИ. ТРАВЭК. Москва, 1997.

19.Базылев, Б.И. Разработка и оптимизация конструкции управляемых подмагничиванием дугогасящих реакторов серии РУОМ для электрических сетей 6, 10 кВ [Текст]: дисс. канд. техн. наук: 05.09.01 / Базылев Борис Иванович. - Москва, 2001. - 219 с.

20. Основные положения стратегии развития Единой национальной электрической сети на десятилетний период. ФСК ЕЭС, Москва. — 2003 г.

21.Брянцев, A.M. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы для сети 35-500 кВ / A.M. Брянцев, А.Г. Долгополов, Г.А. Евдокунин и др. // Электротехника. - 2003. - №1,- С.5-13.

22.Брянцев, A.M. Результаты эксплуатации управляемого подмагничиванием трехфазного шунтирующего реактора / A.M. Брянцев, А.Г. Долгополов, А.И. Лурье и др. // Электрические станции. - 2001. - № 12 - С. 44-50.

23.Аристов, К.А. Опыт применения линейных управляемых шунтирующих реакторов. Возможные проблемы и пути их решения / К.А. Аристов, А.Г. Долгополов, Д.В. Кондратенко, Ю.В. Соколов // Электро. - 2012. - №4- С. 37-43.

24.Брянцев, A.M. Трехфазный шунтирующий управляемый реактор мощностью 100 MB А, 220 кВ на подстанции «Чита» МЭС Сибири / A.M. Брянцев, А.Г. Долгополов, А.И. Лурье и др. // Электротехника. - 2003. -№1- С.22-30.

25.Fisher F., Friedlander Е. D.C. controlled 100 MVA reactor // GEC Journal. 1955. Vol. 22. № 2.

26.Kramer W. Drehstromiransformator mit regelbaren Magnetisierungsirom // ETZ-A, 1959. Bd 80. H. 4.

27.Либкинд, M. С. Управляемый реактор для линии передачи переменного тока. / М. С. Либкинд. - М.: Изд-во АН СССР, 1961.

28.Соколов, С.Е. Исследование схем питания обмотки подмагничивания управляемого реактора с вращающимся магнитным полем. Энергетика и электрификация / С.Е. Соколов // Алма-Ата: КазПТИ. - 1971. - № 1.

29.Соколов С.Е. Трехфазный управляемый реактор с цилиндрическими обмотками / С.Е. Соколов, A.M. Брянцев // Тезисы докладов на V Всес. межвуз. конф. по теории и методам расчета нелинейных эл. цепей и систем. Ташкент. - 1975. - № 2.

30.Брянцев, A.M. Стержневой управляемый реактор с пространственным магнитопроводом в электрической сети 35-110 кВ / A.M. Брянцев, С.Е.

Соколов, Ш.Ш. Бикташев, И.Д. Лис, В.А. Наумов, М.Л. Пильч, С.Е. Светлов // Электрические станции. - 1982. - № 5.

31.Бобриков, С. А. Метод изготовления магнитопровода катушки со стальным сердечником, имеющего заданную зависимость между намагничивающим током и потоком / С. А. Бобриков, В. А. Сомов // Изв. вузов. Электромеханика. 1963. - № 12.

32.Брянцев, A.M. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы для энергетики России / A.M. Брянцев, А.Г. Долгополов, Г.А. Евдокунин и др. // Научно-техническая газета «Энергопрогресс», спецвыпуск, 2004.

33. Александров, Г.Н. Быстродействующий управляемый реактор трансформаторного типа 420 кВ 50 МВАр пущен в эксплуатацию / Г.Н. Александров // Электричество. - 2002. - № 3.

34.Брянцев, A.M. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы как элемент электроэнергетической системы / A.M. Брянцев // Электротехника. - 2003. - №1- С.2-4.

35.Брянцев, A.M. Подмагничиваемые ферромагнитные устройства с предельным насыщением участков магнитной системы / A.M. Брянцев // Электричество. - 1986. - №2,- С.23-29.

36.Брянцев, A.M. Основные уравнения и характеристики магнитно-вентильных управляемых реакторов с сильным насыщением магнитной цепи / A.M. Брянцев // Электротехника,- 1991. - №2. - С.24-28.

37.Бики, Б.А., Электромагнитные процессы в мощных управляемых реакторах / Б.А. Бики, E.H. Бродовой, А.М Брянцев и др. // Электричество,- 1991. -№6.-С. 1-10.

38.Пекелис, В.Г. К вопросу об эффективности применения управляемых шунтирующих реакторов большой мощности / В.Г. Пекелис, С.Ю. Чашкина // Электротехника. - 2003. - №1,- С.13-18.

39.Кадомская, К.П. Высоковольтные ВЛ. Эффективность и управляемость шунтирующих реакторов / К.П. Кадомская // Новости электротехники. - № 3(51)-2008.-С. 70-71.

40.Dommel, H.W. Electromagnetic Transients Program. Reference Manual (EMTP Theory Book) / H.W. Dommel. - Bonneville Power Administration, Portland. -1986.-270 p.

41.Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SymPowerSystem и Simulink / И.В. Черных. - М.: ДМК Пресс; СПб: Питер. -2003.-253 с.

42.Anaya-Lara, О., Acha, Е. Modeling and Analysis of Custom Power Systems by PSCAD/EMTDC / O. Anaya-Lara //.IEEE Trans, on power del., vol. 17, 2002. -p. 266 - 272.

43.McLaren, P.G., Forsyth, P., Perks, A., Bishop, P.R. New simulation tools for power systems / P.G. McLaren // In Proc. IEEE T&D Conference & Exposition, Atlanta, Vol. 1, 2001. - p. 91-96.

44.Пат. №2352010 Российская Федерация, МПК Н 01F 29/14, G 05 F 1/10. Управляемый шунтирующий реактор-автотрансформатор [Текст] / В.А. Каленик, 2012.

45.Кадомская, К.П. Однофазное автоматическое повторное включение в транспонированных воздушных линиях / К.П. Кадомская В.Е. Качесов, А.В. Пятков // Seintific Papers of the Electric Power Engineering of the Technical University of Wroclaw - № 65.

46.Евдокунин, Г.А. Высоковольтные ВЛ. Коммутации и воздействия на выключатели / Г.А. Евдокунин, М.В. Дмитриев, С. Гольдштейн, Ю. Иваницкий // Новости ЭлектроТехники. - 2008. - № 3(51). - С. 64-69.

47.Кирпиков, А.В. Анализ квазистационарных режимов при проектировании ЛЭП 500 / А.В. Кирпиков, И.Л. Кирпикова, В.П. Обоскалов // Сб. тр. Всероссийской мол. конф. «Энергетика глазами молодежи». -Екатеринбург: УрФУ, - 2012. -т.1. — с. 563-568.

48. Долго полов, А.Г. Управляемые шунтирующие реакторы для электрических сетей / А.Г. Долгополов, Д.В. Кондратенко, С.В. Уколов, В.М. Постолатий // Problemele Energeticii Regionale, - 2011. - №3

49.Шескин, Е.Б. Вопросы быстродействия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора / Е.Б. Шескин, М.В. Дмитриев // Сб. тр. Всероссийской мол. конф. «Энергетика глазами молодежи». -Екатеринбург: УрФУ. - 2012. - т.2 - с. 161-166.

50.Евдокунин, Г.А. Компьютерное моделирование управляемых шунтирующих реакторов различного типа и сравнение их технических характеристик / Г.А. Евдокунин, Е.Б. Шескин, М.В. Дмитриев и др. // Энергетик. - 2011. - №3,- С. 27-30.

51 .Евдокунин, Г.А. Однофазное автоматическое повторное включение на линиях с управляемым шунтирующим реактором / Г.А. Евдокунин, Е.Б. Шескин, М.В. Дмитриев и др. // Энергетик. - 2012. - № 4. - С. 19-24.

52.Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы /М.В. Дмитриев, Е.Б. Шескин, A.C. Карпов и др. / Под ред. Г.А. Евдокунина. - СПб: Родная Ладога, 2013.-280 с.

53.Евдокунин, Г.А. Моделирование переходных процессов в электрической сети, содержащей трансформаторы при учете конфигурации их магнитной системы / Г.А. Евдокунин, М.В. Дмитриев // «Известия РАН. Энергетика». -2009. -№2. -с.37-48.

54.Евдокунин Г.А. Моделирование и анализ переходных процессов в трансформаторах / Г.А. Евдокунин, Р.Н. Николаев // «Науч.-техн. ведомости СПбГПУ». - 2009. - № 4-1(89). - с.207-215.

55.Евдокунин, Г.А. Метод расчёта на ЭВМ электромагнитных переходных процессов в ферромагнитных устройствах с произвольной структурой магнитной и электрической цепей / Г.А. Евдокунин, Е.В. Коршунов, Э. А Сеппинг, Я.Я Ярвик// «Электротехника». - 1991. - №2. - с.56-59.

56.Dube L. Users Guide to MODELS in ATP / L. Dube, 1996. - 164 p.

57.Новгородцев, А.Б. Теоретические основы электротехники: 30 лекций по теории электрических цепей / А. Б. Новгородцев. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006. - 576 с.

58.Кондратенко, Д.В. Статический компенсатор реактивной мощности на базе УШР как необходимое средство повышения энергоэффективности в электроэнергетике / Д.В. Кондратенко, А.Г. Долгополов, Т.А. Шибаева, A.B. Виштибеев // ЭЛЕКТРО. - 2010.- № 2.

59.Бар, В.И. Проектирование ведомых сетью статических преобразователей средней и большой мощности / Тольятти: ТолПИ, 1994. - 79 с.

60.Prikler L., Hoidalen H.K. ATPDraw User's Manual. 2009. - 270 p.

61 .Правила устройства электроустановок. Издание 7-е. - М.: Энергоатомиздат, 2004.

62.Дмитриев, М.В. Грозовые перенапряжения на оборудован™ РУ 35-750 кВ и защита от них / М.В. Дмитриев / - СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2010.-64 с.

63.Дмитриев М.В. Применение ОПН в электрических сетях 6-750 кВ / М.В. Дмитриев / - СПб.: Изд-во «ЗЭУ», 2007. -60 с.

64.ГОСТ Р 52725-2007. «Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические требования и методы испытаний». Введен с 1-го января 2008 г.

65.Евдокунин, Г.А. Электрические системы и сети / Г.А. Евдокунин / - СПб.: Издательство ООО «Синтез Бук», 2011. - 284с.

66.Беляков, H.H. Процессы при однофазном повторном включении линий высоких напряжении / H.H. Беляков, К.П. Кадомская, М.Л. Левинштейн и др. / Под ред. М.Л. Левинштейна. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

67.Кондратенко, Д.В. Опыт эксплуатации управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов производства ОАО «Запорожтрансформатор» в Литве и Казахстане / Д.В. Кондратенко, А.Г. Долгополов // «Энерго-Info». -2009. - №10(33).

68.Dmitriev M.V., Evdokunin G.A., Gamilko V.A. EMTP Simulation of the secondary arc extinction at overhead transmission lines under single phase

automatic reclosing // 2005 IEEE S£Petersburg PowerTech Proceedings, June 2730,2005, Report №15.-ISBN 5-93208-034-0.

69.Дмитриев, М.В. Апериодические токи на BJI с реакторами / М.В. Дмитриев, Г.А. Евдокунин, Н.В. Гринев // «Новости Электротехники». - 2012. -№4(76).

70.Дмитриев, М.В. Методика выбора мероприятий по борьбе с апериодическими токами / М.В. Дмитриев // «Новости Электротехники». -2012. -№5(77).