Имитационное моделирование и анализ нормальных и аварийных процессов работы управляемых шунтирующих реакторов в составе электроэнергетических систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Карпов, Алексей Сергеевич

• Карпов, Алексей Сергеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Карпов, Алексей Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 МЕТОДИКА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ШУНТИРУЮЩЕГО РЕАКТОРА

1.1 Конструктивные особенности и принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора

1.2 Система уравнений магнитной системы

1.3 Система уравнений электрической части УШР

1.4 Полная система уравнений управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора и алгоритм ее решения

1.5 Методика определения параметров математической модели управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора

1.5.1 Методика определения площади поперечного сечения путей замыкания магнитного потока в пространстве между обмотками

1.5.2 Методика определения параметров путей замыкания магнитных потоков рассеяния вне магнитопровода

2 ВИТКОВЫЕ ЗАМЫКАНИЯ В ОБМОТКАХ УШР

2.1 Схема замещения магнитной системы однофазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора при витковом замыкании в сетевой обмотке

2.2 Схема замещения магнитной системы однофазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора при витковом замыкании во вторичных обмотках (ОУ и КО)

2.3 Особенности моделирования трехфазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора для расчета его режимных параметров при витковых замыканиях в обмотках

2.4 Витковые замыкания в сетевой обмотке трехфазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора

2.5 Витковые замыкания в обмотке управления трехфазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора

2.6 Витковые замыкания в компенсационной обмотке трехфазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора

2.7 Оценка чувствительности электрических защит УШР от витковых замыканий

2.8 Дополнительные вопросы диагностики управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов при витковых замыканиях в обмотках

2.9 Заключение

3 АНАЛИЗ ВЕЛИЧИН ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ НА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И ИЗОЛЯЦИЮ ОБМОТКИ УПРАВЛЕНИЯ УШР

3.1 Возможные причины возникновения опасных коммутационных перенапряжений на выводах обмотки управления

3.2 Коммутации трехфазной группы однофазных УШР

3.3 Коммутации трехфазного УШР

3.4 Оценка влияния разновременности коммутации фаз реакторного выключателя на величину перенапряжений

3.5 Коммутация включения УШР в сеть после предшествующего отключения его из режима 50% нагрузки

3.6 Анализ результатов

4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ШУНТИРУЮЩЕГО РЕАКТОРА, УСТАНОВЛЕННОГО НА ШИНАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ, НА ПОКАЗАТЕЛИ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

4.1. Сравнительная оценка влияния УШР/ШР на показатели статической устойчивости без учета каналов стабилизации на АРВ генератора

4.2. Сравнительная оценка влияния УШР/ШР на показатели статической устойчивости с учетом каналов стабилизации на АРВ генератора

4.3. Определение требований к целесообразному сочетанию коэффициентов усиления по отклонению напряжения АРВ генератора и регулятора УШР

возбуждения

4.5. Расчет предела статической устойчивости для схем с УШР/ШР

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Имитационное моделирование и анализ нормальных и аварийных процессов работы управляемых шунтирующих реакторов в составе электроэнергетических систем»

ВВЕДЕНИЕ

Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы (УШР) находят все более широкое применение в энергосистемах России и за рубежом (число установленных реакторов напряжением 110 кВ и выше уже превысило 80 единиц). Основное назначение таких реакторов - плавное регулирование реактивной мощности для поддержания заданного уровня напряжения без коммутаций реакторных выключателей. УШР, установленные на воздушных линиях, обеспечивают ограничение вынужденной составляющей напряжения на линии при ее одностороннем включении, УШР, установленные на электропередачах большой протяженности, позволяют повысить предел передаваемой активной мощности по условию статической устойчивости.

Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы уже зарекомендовали себя как эффективные и надежные устройства. Однако в процессе эксплуатации зафиксирован ряд случаев повреждения силовых элементов системы подмагничивания (защитных варисторов и тиристоров полупроводниковых преобразователей) при штатных включениях УШР в сеть. Первоначально указанная проблема решалась увеличением энергоемкости соответствующих защитных устройств, однако подобное техническое мероприятие не позволяло полностью исключить подобные повреждения впредь.

Для управляемых шунтирующих реакторов, как и для любого другого трансформаторного оборудования, одним из самых распространенных видов внутренних повреждений являются витковые замыкания в обмотках. Значения токов при витковых замыканиях сильно зависят от числа замкнувшихся витков и места повреждения. Малое число замкнувшихся витков может приводить к незначительному увеличению тока со стороны источника питания, поэтому подобные витковые замыкания достаточно сложно обнаружить. Более того ввиду особенностей конструкции управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов и принципа действия существует необходимость реализации отдельной защиты каждой из обмоток реактора. При этом следует отметить, что

общепринятые методы расчетов процессов при витковых замыканиях в обмотках трансформаторов неприменимы для аналогичных расчетов в управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторах. Поэтому важной технической задачей является определение оптимального состава устройств релейной защиты управляемых шунтирующих реакторов, необходимых для своевременного выявления и ликвидации внутренних повреждений при витковых замыканиях в различных обмотках. Кроме того, на настоящий момент отсутствуют разработанные и утвержденные руководящие указания или иные методики построения релейной защиты УШР.

УШР уже доказали свою эффективность в электрических сетях, однако до настоящего времени эти устройства устанавливались только на промежуточных подстанциях. На тепловых и атомных электрических станциях, по-прежнему, применяются только нерегулируемые и, в основном, практически некоммутируемые реакторы (ШР). Такие реакторы постоянно нагружают генераторы реактивной мощностью вне зависимости от режима работы электропередачи, начиная от режима ее малых нагрузок до расчетных и предельных. Установка УШР на шинах электрической станции позволяет добиться снижения потерь в статорных и роторных цепях электрических машин, в их системах возбуждения за счет возможности плавного регулирования потребления реактивной мощности УШР, обеспечивая тем самым работу генератора с оптимальным коэффициентом мощности во всех режимах работы линий электропередач в диапазоне от малых нагрузок до мощности, близкой к натуральной.

Наиболее эффективным инструментом для изучения указанных задач является математическое моделирование. Точные математические модели, построенные на сведениях о реальной конструкции, позволяют изучать все особенности реальных устройств, воспроизводить различные аварийные возмущения как в прилегающей сети, так и в самом устройстве.

Цели и задачи работы

Целями диссертационной работы являются совершенствование методики имитационного моделирования управляемых шунтирующих реакторов и исследование нормальных и аварийных процессов их работы в составе электроэнергетических систем.

Поставленные цели достигаются решением следующих задач:

1. Разработка уточненной математической модели трехфазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора на основе анализа распределения магнитного поля в элементах его магнитной системы и выполнение расчетов переходных процессов в нормальных и аварийных режимах работы энергосистемы;

2. Разработка методики математического моделирования управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора для исследования аварийных режимов работы УШР при внутренних повреждениях, связанных с витковыми замыканиями в обмотках;

3. Исследования переходных процессов при витковых замыканиях в обмотках управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов для выявления основных признаков данного вида повреждения и оценка чувствительности применяемых способов релейной защиты УШР;

4. Выявление основных причин возникновения аварийных повреждений тиристорных блоков системы управления при штатном включении управляемых шунтирующих реакторов в сеть и разработка рекомендаций по предотвращению этих повреждений;

5. Проведение оценки эффективности и целесообразности применения управляемых шунтирующих реакторов на шинах электрических станций.

Научная новизна

1. Разработана уточненная методика имитационного моделирования для анализа процессов работы управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов в составе электроэнергетических систем, основанная на совместном

учете процессов в прилегающей сети и результатов расчета распределения магнитного поля в элементах магнитной системы УШР;

2. Разработана методика имитационного моделирования управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов для анализа переходных процессов при внутренних повреждениях, связанных с витковыми замыканиями в их обмотках и произведена оценка чувствительности применяемых способов релейной защиты УШР;

3. Определены основные причины возникновения повреждений тиристорных блоков системы управления УШР и разработаны практические рекомендации по их предотвращению;

4. Обоснована эффективность и целесообразность применения управляемых шунтирующих реакторов на шинах электрических станций.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Разработана математическая модель управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов, расчет (уточнение) параметров которой выполняется на основании анализа картины распределения магнитного поля в элементах магнитной системы в различных нормальных и аварийных режимах работы устройств в составе электроэнергетических систем;

2. Разработана методика имитационного моделирования аварийных режимов, связанных с витковыми замыканиями в обмотках управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора. На основе соответствующего математического обеспечения выполнена оценка чувствительности релейной защиты управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов при витковых замыканиях в их обмотках, а также даны рекомендации по выбору уставок соответствующих устройств релейной защиты;

3. Разработаны практические рекомендации по ограничению недопустимых по величине и длительности воздействий на тиристорные блоки системы управления;

4. Обоснована эффективность и целесообразность применения управляемых шунтирующих реакторов на шинах электрических станций. Даны практические

рекомендации по координации настроек различных типов автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов и регуляторов У IUP.

Методология и методы исследования

Теоретические исследования базируются на основных положениях теории электромагнитного поля, электрических и магнитных цепей и теории автоматического управления. В основу разработанных математических моделей управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов входит система алгебро-дифференциальных уравнений, решение которой осуществляется апробированными методами численного интегрирования, обеспечивающими достоверность полученных результатов.

Положения, выносимые на защиту

1. Методика имитационного моделирования для анализа процессов работы управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов в составе электроэнергетических систем, основанная на совместном учете процессов в прилегающей сети и результатов расчета распределения магнитного поля в элементах магнитной системы УШР;

2. Методика имитационного моделирования управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора для расчетов аварийных режимов, связанных с витковыми замыканиями в различных обмотках, результаты применения которой могут использоваться для анализа чувствительности релейной защиты от внутренних повреждений. Применение классической методики расчета процессов при внутренних повреждениях, основанной на использовании уравнений многообмоточных трансформаторов при условии линейности рассматриваемой системы неприменимо для выполнения аналогичных расчетов в случае управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов;

3. Основные причины возникновения повреждений тиристорных блоков системы управления УШР, а также практические рекомендации по ограничению указанных недопустимых по величине и длительности воздействий.

4. Обоснование эффективности применения управляемых шунтирующих реакторов на шинах электрических станций, обеспечивающих снижение величины потерь активной мощности в статорных и роторных цепях синхронных генераторов, а также - лучших по отношению к аналогичному применению неуправляемых шунтирующих реакторов той же мощности показателей качества электромеханических переходных процессов и большего предела статической апериодической устойчивости.

Степень достоверности и апробация результатов работы Обоснованность и достоверность научных результатов базируется на основных положениях теории электрических и магнитных цепей и теории автоматического управления. Решение систем алгебро-дифференциальных уравнений произведено с помощью апробированных методов численного интегрирования. Разработанные модели управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора верифицированы по данным завода-изготовителя электротехнического оборудования.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийская научно техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодежи» (Екатеринбург, 2010 г.); Международная научно-методическая конференция «Высокие технологии и инновации в национальных исследовательских университетах» (Санкт-Петербург, 2012 г.); III Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика глазами молодежи» (Екатеринбург, 2012 г.).

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 работы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций, и 1 монография.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 61 наименования. Основная часть работы изложена на 171 страницах, включает 74 рисунка, 9 таблиц и 2 приложения.

Практическая история создания управляемых шунтирующих реакторов и их использования начинается с 50-х годов XX века, когда началось освоение и строительство линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения. Тогда же были сформулированы следующие требования к таким устройствам:

• синусоидальность потребляемого тока;

• большой коэффициент регулирования;

• возможность прямого подключения на высокое напряжение;

• высокое (регулируемое по требованию заказчика) быстродействие;

• низкий расход активных материалов и низкий уровень потерь;

• простота конструкции и изготовления, ремонтопригодность.

Сегодня эти требования практически не изменились и наряду с другими,

связанными с конкретной конструкции, они определяют техническую пригодность устройства.

В результате многолетних исследований было предложено большое количество различных технических решений по созданию управляемых шунтирующих реакторов в работах таких ученых как Фридлендер [57], Крамер [58], Либкинд [39, 41], Беккер [54] и др. Более подробно история развития научных исследований в области управляемой компенсации реактивной • мощности представлена в [26, 19].

Под руководством доктора техничесских наук Г.Н. Александрова спроектирован и реализован управляемый шунтирующий реактор трансформаторного типа (УШРТ) [1], представляющий собой силовой трансформатор с напряжением короткого замыкания 100 %, на вторичной обмотке которого установлены встречно-параллельные включенные тиристорные ключи на полную мощность реактора [3]. Аналогично известной схеме статического тиристорного компенсатора (СТК) полностью открытые тиристоры обеспечивают максимальную мощность УШРТ, а при закрытых тиристорах она соответствует холостому ходу трансформатора. В промежуточных режимах потребляемая мощность плавно регулируется изменением угла управления вентилей с соответствующим появлением высших гармоник в потребляемом токе,

для снижения уровня которых со стороны низшего напряжения устанавливаются фильтры. Вольтамперная характеристика таких реакторов линейна во всем диапазоне регулирования. Управляемый реактор типа УШРТ с коммутацией магнитного потока мощностью 50 МВАр, напряжением 420 кВ внедрен в Индии и еще два — в Анголе на напряжении 220 кВ [2,43] . Широкого применения в России, кроме двух реакторов 25 МВАр, 110 кВ в МЭС Западной Сибири, они пока не получили. Во многом это определяется наличием тиристорной группы на полную мощность реактора, что увеличивает стоимость УШРТ и его эксплуатации.

В 80-е годы в работах [8, 11] выпускника Алма-Атинского энергетического института А.М. Брянцева [8, 11] получила развитие идея создания реакторов магнитно-вентильного типа, где наряду с предельным насыщением участков магнитной цепи использовалось самоподмагничивание периодически повторяющимся замыканием части витков вторичной обмотки. В управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторах плавное регулирование потребляемой реактивной мощности осуществляется за счет изменения степени насыщения элементов магнитной системы постоянным магнитным потоком, который создается специальной вторичной обмоткой при протекании по ней постоянного тока.

Для повышения быстродействия реакторов при больших отклонениях напряжения сети от заданного значения используются форсированные режимы набора или сброса мощности с приложением максимального напряжения к обмотке управления [9]. Мощность системы подмагничивания в зависимости от напряжения реактора и состава оборудования составляет от 0,5 до 2% его номинальной мощности. При этом все силовые элементы, включая преобразователи, выпускаются в маслонаполненном исполнении наружной установки и не требуют дополнительного обслуживания. По конструкции, технологии изготовления обмоток, магнитной системы, системы охлаждения, монтажу и обслуживанию электромагнитная часть реактора аналогична силовому трансформатору. Однако в УШР отсутствуют сквозные токи нагрузки, поскольку

по мере насыщения магнитопровода потребляемый ток растет только в первичной сетевой обмотке. Удельные массо-габаритные и стоимостные показатели управляемых подмагничиванием реакторов существенно уступают неуправляемым ШР (последние имеют в 2-3 раза меньшую массу по сравнению с УШР пофазного исполнения), однако плавнорегулируемые реакторы имеют несомненные преимущества в функциональных возможностях [10, 11]. В то же время управляемые реакторы в 1,5-2 раза дешевле СТК и УШРТ, при этом могут подключаться непосредственно к сети любого напряжения и не требуют особых условий исполнения или эксплуатации.

Все эти факторы определили широкое распространение именно этого типа управляемых шунтирующих реакторов в электроэнергетических системах (по состоянию на ноябрь 2012 г. установлено 76 управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов классов напряжения 35-500 кВ).

Появление в электрических сетях такого специфического нелинейного оборудования как управляемый подмагничиванием шунтирующий реактор требует детального изучения процессов как непосредственно внутри самого устройства, так и его влияния в точке примыкания к сети и на энергосистему в целом в нормальных и аварийных режимах работы.

1 МЕТОДИКА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ШУНТИРУЮЩЕГО РЕАКТОРА

Наиболее эффективным инструментом для изучения сложных устройств является математическое моделирование. Точные математические модели позволяют изучать все особенности реальных устройств, моделировать различные аварийные возмущения как в прилегающей сети, так и в самом устройстве. /

Данная глава посвящена дальнейшему развитию методики имитационного моделирования установившихся и переходных процессов в силовых трансформаторах и управляемых реакторах в составе электроэнергетических систем, начало которой положено в [20. 29, 52], и которая учитывает реальную конфигурацию и размеры магнитной системы трансформатора или реактора, параметры обмоток, свойства стали.

1.1 Конструктивные особенности и принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора

Упрощенная конструкция однофазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора РОДЦУ-60000/500 представлена на рисунке 1.1.

Управляемый подмагничиванием шунтирующий реактор содержит магнитную систему, состоящую из двух полустержней (1), верхнего (2) и нижнего (3), горизонтальных ярем и двух боковых ярем (4). Секции обмотки управления ОУ (5) размещены на полу стержнях, соединены попарно встречно и подключены к регулируемому источнику постоянного напряжения. Сетевая обмотка СО (6) охватывает два соседних полустержня с обмотками управления. Дополнительно для исключения высших гармонических составляющих в токе управляемого шунтирующего реактора на полустержнях расположены секции компенсационной обмотки КО (7), соединенные согласно.

3

Рисунок 1.1- Упрощенная конструкция однофазного управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора В состав комплекса управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора входят следующие основные элементы:

1. электромагнитная часть реактора трехфазного (типа РТДУ) или однофазного (типа РОДУ) исполнения;

2. система подмагничивания;

3. система автоматического управления.

При необходимости по дополнительным требованиям управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы дополнительно могут комплектоваться:

1. резервной фазой типа РОДУ;

2. заземляющим реактором;

3. системой мониторинга, контролирующей состояние изоляции высоковольтных выводов, растворенных в масле реактора опасных газов, контроль влагосодержания, температурный режим обмоток и масла, а

4. системой пожаротушения.

Система подмагничивания управляемых шунтирующих реакторов состоит из питающих масляных трансформаторов и блоков полупроводниковых преобразователей. В целях повышения надежности работы системы подмагничивания, резервирования и обеспечения безынерционного включения управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора один из преобразовательных блоков питается через свой трансформатор от собственных нужд подстанции, в то время как второй - непосредственно от компенсационной обмотки реактора. Номинальная мощность системы подмагничивания не превышает одного-двух процентов номинальной мощности реактора.

Система автоматического управления представляет собой электронное устройство, выполненное в виде стандартного шкафа. Система автоматического управления предназначена для выработки сигналов преобразовательным блокам. По цепям обратной связи она подключается к шинному или линейному трансформатору напряжения подстанции. В зависимости от величины рассогласования значений фактического и заданного напряжения (тока) формируется сигнал на изменение угла открытия тиристоров преобразовательного блока.

Принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора основан на изменении степени насыщения магнитной системы постоянным магнитным потоком, который создается обмоткой управления (ОУ) при протекании по ней выпрямленного с помощью преобразовательного блока тока за счет изменения угла открытия тиристоров. Остановимся на рассмотрении принципа действия более подробно.

Сетевая обмотка (СО) управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора подключена к сети переменного тока. При отсутствии тока в обмотке управления (режим холостого хода) в полустержнях магнитной системы УШР создается переменный магнитный поток, замыкающийся через участки верхних,

нижних и боковых ярем. Сечения участков магнитной системы управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора подобраны таким образом, чтобы в режимах холостого хода их состояние было ненасыщенным. Основная часть магнитного потока замыкается в ферромагнитном материале магнитопровода, характеризующимся, при ненасыщенном состоянии, большими значениями абсолютной магнитной проницаемости, поэтому индуктивность устройства в таким режимах оказывается максимальной. Ток, протекающий в сетевой обмотке (СО), в режиме холостого хода для реальных устройств равен (0,01 -е- 0,03) • /НОЛ1.

Принцип работы управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора дополнительно показан на рисунке 1.2 (на примере распределения магнитной индукции в магнитной системе УШР). Соответствие цвета и величины магнитной индукции представлено на легенде в правой части рисунка 1.2. Постоянная составляющая магнитного потока, вызванного протеканием тока в обмотке управления, отсутствует.

Сетевая обмотка

Рисунок 1.2,а - Принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора в режиме холостого хода (распределение магнитного поля)

Рисунок 1.2,6 - Принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора в режиме холостого хода (индукция полустержней)

Рисунок 1.2,в - Принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора в режиме холостого хода (ток сетевой обмотки) В нагрузочных режимах работы управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора к выводам обмотки управления подключен полупроводниковой тиристорный преобразователь. Выпрямленный ток, протекая по встречно включенным секциям обмотки управления, вызывает в полустержнях разнонаправленные постоянные магнитные потоки, которые, суммируясь с переменной составляющей магнитного потока, обеспечивают изменение степени

насыщения магнитной системы, тем самым осуществляя основной принцип работы устройства.

В течение полупериода промышленной частоты в одном из полустержней направления переменной и постоянной составляющих магнитного потока совпадают, что иллюстрируется на рисунке 1.3. Суммируясь на части периода промышленной частоты, постоянные и переменные магнитные потоки переводят полустержень в насыщенное состояние, тем самым резко уменьшая абсолютную магнитную проницаемость ферромагнитного материала магнитопровода и, соответственно, уменьшая индуктивность устройства. На другом полупериоде промышленной частоты процесс повторяется для другого полу стержня.

Сетевая обмотка

М«х: 2.337

Рисунок 1.3,а - Принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора в нагрузочных режимах (распределение магнитного поля)

Полустержень в режиме насыщения

*

насыщенное ненасыщенное состояние состояние

0,57

ненасыщенное насыщенное

состряние

полустержень 1

полустержень 2

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04

Г, с

Рисунок 1.3,6 - Принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора в нагрузочных режимах (индукция полустержней)

-300

3 3.01 3.02 3.03 3.04 3.05 3.06 3.07 3.08

1с

Рисунок 1.3,в - Принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора в нагрузочных режимах (ток сетевой обмотки)

Длительность насыщенного состояния полустержней определяется величиной напряжения, приложенного к выводам обмотки управления (ОУ). Режим, при котором каждый из полустержней находится в насыщенном состоянии ровно половину периода промышленной частоты, называется режимом полупериодного насыщения (рисунок 1.3,6). Режим полупериодного насыщения является номинальным режимом работы управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора.

1.2 Система уравнений магнитной системы

Расчеты процессов в магнитных цепях выполняются аналогично расчетам в электрических цепях. Принцип аналогии действует как на физические величины, так и на связывающие их законы. Так, аналогом магнитного потока Ф в магнитной цепи является ток / в электрической цепи. Обе эти величины выражаются через поверхностные интегралы от аналогичных друг другу магнитной индукции В и плотности тока J [44, 45].

Напряженность магнитного поля Н аналогична напряженности электрического поля Е. Связь = е, в электрической цепи, в магнитной цепи

выражается законом полного тока = (м>к- число витков к-ой обмотки; 4

- ее ток).

в

Аналогом электрического напряжения иАВ = |Ы1 является магнитодвижущая

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Карпов, Алексей Сергеевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

2. Александров Г. Н., Лунин В. П. Управляемые реакторы. // Издание центра подготовки кадров энергетики. Санкт-Петербург, 2005 г.

3. Александров Г. Н., Шакиров М. А. Трансформаторы и реакторы. Новые идеи и принципы. СПб: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. 204 с.

4. Ануфриев И. Е., Смирнов А. Б., Смирнова Е. Н. MATLAB 7. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 е.: ил.

5. Беляев А. Н., Евдокунин Г. А., Смоловик С. В., Чудный В. С. Обоснование необходимости применения устройств управляемой поперечной компенсации для транзитных электропередач класса 500 кВ // «Электричество», 2009, №2.

6. Основы переходных процессов в электроэнергетических системах: Конспект лекций. Ч. III / Сост. А. Н. Беляев, Г. А. Першиков, И. Е. Рындина, С. В. Смоловик. - СПб.: СПбГПУ, 2006. - 140 с.

7. Основы переходных процессов в электроэнергетических системах: Конспект лекций. Ч. I / А. Н. Беляев, С. В. Смоловик, Р. В. Окороков Г. А. Першиков, В. С. Чудный. - СПб.: СПбГПУ, 2006. - 112 с.

8. Брянцев А. М. Подмагничиваемые ферромагнитные устройства с предельным насыщением участков магнитной цепи // Электричество, 1986. №2.

9. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы. Сб. статей // под ред. А. М. Брянцева. М.: Знак. 2004. 264 с.

10. Брянцев А. М., Долгополов А. Г., Евдокунин Г. А., Липатов Ю. А., Лурье А.И., Маклецова Е. Е. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы для сети 35-500 кВ // «Электротехника», 2003, №1.

11. Брянцев А. М., Лейтес Л. В., Лурье А. И. и др. Электромагнитные процессы в мощных управляемых реакторах / Электричество, 1994, № 6. С. 1-9.

12. Бутарев И. Ю., Маклаков В. П., Потапов М. Л., Симонов И. Л. Сотзо1 тиШрЬузюБ: моделирование электромеханических устройств. - БГТУ, 2010. 116 с.

13. Электрические системы : учеб. пособие для втузов : в 8 т. / под ред. В. А. Веникова. -М. : Высшая школа, 1970-1982.

14. Вульф А. А. Проблема передачи электрической энергии на сверхдальние расстояния по компенсированным линиям. -М-Л.: ГЭИ, 1941. 98с.

15. Горюнов Ю. П., Смоловик С. В. Математические модели элементов электроэнергетических систем и исследование их динамических свойств. Системы координат. Уравнения синхронной машины: Учебное пособие. СПб% СПбГПУ, 1992. 80 с.

16. Теоретические основы электротехники: В 3-х т. Учебник для вузов. Том 3. - 4-е изд. / К. С. Демирчян, Л. Р. Нейман, Н. В. Коровкин, В. Л. Чечурин. -СПб.: Питер, 2006. - 377 е.: ил.

17. Дмитриев М. В., Евдокунин Г. А. Трансформаторы в электрической сети. Моделирование переходных процессов с учетом конфигурации магнитной системы // Новости электротехники, №5(53), 2008 г. - с. 2-7.

18. Дмитриев М. В., Карпов А. С., Николаев Р. Н. Учет магнитного гистерезиса при моделировании силовых трансформаторов и реакторов // Энергетик, №1, 2012 г. - с. 16-19.

19. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы / М. В. Дмитриев, А. Г. Долгополов, А. С. Карпов, Д. В. Кондратенко, Е. Б. Шескин, / Под ред. Г. А. Евдокунина. — СПб. : Родная Ладога, 2013. — 280 с.

20. Дмитриев М. В., Евдокунин Г. А., Карпов А. С., Николаев Р. Н., Шескин Е. Б. Компьютерное моделирование управляемых шунтирующих реакторов различных типов и сравнение их технических характеристик // Энергетик,'№3, 2011 г. - с. 27-31.

21. Долгополов А. Г. Особенности релейной защиты управляемых шунтирующих реакторов различных конструкций // Электрические станции, 2009, №4.

22. Долгополов А. Г. Проектирование релейной защиты управляемых подмагничиванием реакторов // Вестник МЭИ, 2007, №4.

23. Долгополов А. Г. Релейная защита управляемых шунтирующих реакторов. -М.: НТФ «Энергопрогресс», 2011. -152с. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик», Вып.8-9 (152-153)].

24. Долгополов А. Г. Релейная защита управляемых шунтирующих реакторов для электрических сетей 35-110 кВ // «Энергетик», 2011, №11.

25. Долгополов А. Г. Управляемые шунтирующие реакторы. Выбор параметров максимальных токовых защит // «Новости электротехники», 2009, №6(60); 2010, №1(61).

26. Долгополов А. Г., Соколов С. Е. Управляемые реакторы, история создания // Новости электротехники. 2012. №3(75). С. 18-22.

27. Евдокунин Г. А. Статическая устойчивость режимов электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами //«Энергоэксперт», 2009, №6, с.48-52.

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

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

30. Евдокунин Г. А., Рагозин А. А. Исследование статической устойчивости режимов дальних линий электропередачи с управляющим шунтирующим реактором // Электричество, 1996, №8.

31. Евдокунин Г. А., Смоловик С. В. «Оценка эффективности снижения потерь активной мощности в элементах электропередачи при применении управляемых шунтирующих реакторов» // «Энергоэксперт», №4, 2008, с.76-79.

32. Справочник по проектированию электрических сетей / В. В. Ершевич и др. ; под ред. С. С. Рокотяна, И. М. Шапиро. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986.-348с.

33. Жданов П. С. Вопросы устойчивости электрических систем / под ред. JI. А. Жукова. -М. : Энергия, 1979.-455 с.

34. Засыпкин А. С. Релейная защита трансформаторов - М. Энергоатомиздат, 1989 - 240 С.

35. Моделирование переходных процессов в трансформаторе с учётом гистерезисных свойств магнитопровода / С. Е. Зирка, Ю. И. Мороз, Е. Ю. Мороз, А. Л. Тарчуткин // Техническая электродинамика. 2010. № 2.

36. Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. - 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. -488 е.: ил.

37. Карпов А. С. Компьютерное моделирование управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов для расчета электромагнитных переходных процессов в электроэнергетических системах // Электрические станции, №, 2012 г. -с.47-51.

38. Кожевников В. А., Юрганов А. А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов СПб.: Наука, 1996. 138 с.

39. Управляемая поперечная компенсация электропередачи переменного тока / Крюков А. А., Либкинд М. С., Сорокин В.М.; Под ред. М. С. Либкинда. -М.: Энергоатомиздат, 1981. 184с.

40. Левинштейн М. Л., Щербачев О. В. Статическая устойчивость электрических систем. Учеб. пособие. СПб.: СПбГТУ, 1994. - 263 с.

41. Либкинд М. С. Управляемый реактор для линии передачи переменного тока. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 204 с.

42. Методические указания по устойчивости энергосистем. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004.

43. Мологин Д. С., Чуприков В. С. Реализация пилотного проекта CSRT (УШРТ) в энергосистеме Norte de Angola // Энергоэксперт. - 2010. - №1. - с. 7278.

44. Новгородцев А. Б. Расчет электрических цепей в MATLAB: Учебный курс. - СПб.: Питер, 2004. - 250 е.: ил.

45. Новгородцев А. Б. Теоретические основы электротехники. 30 лекций по теории электрических цепей: Учебное пособие. 2-е издание. - СПб.: Питер, 2006.-576 е.: ил.

46. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации

47. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд. - М.: Изд-во ЭНАС,

2008.

48. Рыжов Ю. П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения : учебник. - М. : Изд. Дом МЭИ, 2007. - 488 с.

49. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д. JI. Файбисовича. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : ЭНАС, 2009. - 392 с.

50. Федосеев A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. -М.: Энергоатомиздат, 1992.

51. Юревич Е. И. Теория автоматического управления. - М. : Энергия, 1969.-375 с.

52. С.М. Arturi. «Transient simulation and analysis of a three-phase five-limb step-up transformer following an out-of-phase synchronization», IEEE Transactionon on Power Delivery, vol. 6, №1, Jan. 1991, pp. 196-207.

53. Joao Pedro A. Bastos, Nelson Sadowski, Electromagnetic modeling by finite element methods, Marcel Dekker Inc, New York, 2003.

54. Becker H. Ein statischer Phaseiischieber zur Kompensatior von Blindlaststosen / ETZ-B. 1971. Bd 23, H. 12.

55. Andrey N. Belyaev and Serguei V. Smolovik. An improvement of AC electrical energy transmission system with series compensation by implementation of Controllable Shunt Reactors // Proceedings of IEEE Power Engineering Society PowerTech 2003, Bologna, Italy.

56. Ragozin A. A., Seleznev Yu. G., Evdokunin G. A. New technical solution to the problems long-distance a.c. power transmission lines // 9th International Power System Conference. St. Petersburg. 1994.

57. Fisher F., Friedlander E. D.C. controlled 100 MVA reactor // GEC Journal. 1955, Vol. 22, N2.

58. Kramer W. Drehstromtransformator mit regelbaren Magnetisierungstrom // ETZ-A. 1959. Bd 80, H. 4. S. 441-445.

59. P. Marketos, Y. I. Moroz, A. J. Moses, S. E. Zirka "A viscous-type dynamic hysteresis model as a tool of loss separation in conducting ferromagnetic laminations," IEEE Trans. Magn, vol. 41, no. 3, pp 1109-1111, 2005.

60. P. Marketos, Y.I. Moroz, A.J. Moses, S.E. Zirka "Dynamic hysteresis modeling," Physica-B, vol. 343/1-4, pp. 90-95, 2004.

61. Pryor, Roger W. Multiphysics modeling using COMSOL: a first principles approach / Roger W. Pryor. p. cm.