Повышение эффективности применения УШР на ЛЭП 500 Кв и ПС 110 Кв электроэнергетической системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Кондратенко, Денис Валерьевич

• Кондратенко, Денис Валерьевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Кондратенко, Денис Валерьевич

Оглавление

Введение

Глава 1. Управляемые шунтирующие реакторы для электрических сетей

1.1. Анализ отечественного и зарубежного опыта разработок УШР

1.2. Принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора

1.3. Конструктивные особенности УШР 220-500 кВ

1.4. Конструктивные особенности УШР 35 - 110 кВ

Глава 2. Разработка имитационной модели управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора

2.1. Основные допущения

2.2. Конструкция фазы УШР

2.3. Разработка модели УШР в среде 8шшПпк (МаЙаЬ)

2.4. Верификация модели УШР 500 кВ, созданной в среде БтшНпк (МаЙаЬ)

3.1. Упрощенная модель процессов в бестоковой паузе ОАПВ

3.2. Влияние тока дуги подпитки на эффективность паузы ОАПВ

3.2.1. Электростатическая составляющая тока подпитки

3.2.2. Составляющая тока подпитки от шунтирующего реактора

3.2.3 Составляющая тока подпитки дуги от УШР

3.2.4 Электромагнитная составляющая тока подпитки

3.2.5 Оценка суммарного тока подпитки дуги места КЗ для ВЛ 500 кВ различной длины

3.2.6 Выводы о влиянии УШР на ток подпитки дуги в цикле ОАПВ линии

3.3. Влияние восстанавливающегося напряжения отключенной фазы линии после погасания дуги на эффективность паузы ОАПВ

3.3.1 Оценка кратности восстанавливающегося напряжения при отключении фазы УШР

3.3.2 Оценка кратности восстанавливающегося напряжения при шунтировании треугольника компенсационной обмотки фазы УШР

3.3.3 Оценка кратности восстанавливающегося напряжения при размыкании

треугольника компенсационной обмотки УШР

3.3.4. Установка компенсационного реактора сопротивлением в нейтраль УШР и обеспечение подмагничивания УШР на уровне 100-130% от номинальной мощности

3.4. Выводы по разделу 3.3

Глава 4. Исследования коммутационных режимов работы линии 500 кВ с УШР. Разработка мероприятий по увеличению эффективности применения УШР

4.1. Анализ возникающих напряжений на выводах ОУ при включении УШР в однофазном исполнении типа ЗхРОДУ-60000/500-УХЛ1

4.2. Анализ возникающих напряжений на выводах ОУ при включении УШР в трехфазном исполнении типа РТДУ-180000/500-УХЛ1

4.3. Разработка мероприятий по ограничению коммутационных воздействий на полупроводниковые преобразователи при включение УШР в сеть без использования предварительного подмагничивания

4.4. Разработка алгоритма увеличивающего скорость набора предварительного подмагничивания

4.5. Выводы по главе

Глава 5. Разработка мероприятий по увеличению эффективности применения УШР 110 кВ в электрической сети

5.1. Разработка мероприятий, позволяющих увеличить быстродействие УШР 110 кВ

5.2. Анализ напряжений, возникающих на выводах обмотки управления, при подаче напряжения на УШР 110 кВ

5.3. Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности применения УШР на ЛЭП 500 Кв и ПС 110 Кв электроэнергетической системы»

Введение

Актуальность темы исследования. С момента промышленного изготовления и внедрения первого управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора (УШР) прошло уже более пятнадцати лет. На данный момент опыт поставок УШР насчитывает более 80 единиц на различные классы напряжения (35-500 кВ). В силу значительной протяженности линий электропередач и специфики построения электрических сетей в России управляемые шунтирующие реакторы находят широкое применение на всей ее территории.

История создания управляемых реакторов и их использования начинается с пятидесятых годов прошлого века, когда началось освоение и строительство линий электропередач (ЛЭП) высокого напряжения [1-16]. Однако, несмотря на значительный опыт эксплуатации УШР, а также теоретические исследования, остается ряд вопросов касающихся применения УШР, которые актуальны и по сей день.

В настоящее время существуют методики и стандарты организаций по проектированию линий электропередачи 500 кВ с классическим набором линейного оборудования [17-19], однако применение УШР на линии добавляет свою специфику таким расчетам [20]. Проведение соответствующих расчетов специалистами проектных организаций затруднено без детального знания особенностей конструкции УШР, алгоритмов его работы и наличия модели реактора. Кроме того, следует отметить, что не только неправильная оценка соотношения параметров линии и параметров управляемого реактора, но и неправильная разработка алгоритмов управления УШР может привести к нежелательным последствиям, к которым можно отнести не только неуспешное автоматическое повторное включение (АПВ) линии 500 кВ с УШР, но и повреждение оборудования, входящее в состав реактора.

Одной из основных задач диссертации является разработка наглядных аналитических выражений, которые позволяют показать, каким образом может быть учтен УШР при определении величины ток подпитки дуги в циклах однофазного АПВ (ОАПВ) линии, а также величины восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе линии после погасания дуги.

4

Практика эксплуатации УШР на линии свидетельствует о том, что применение универсальных алгоритмов управления, которые традиционно закладываются в автоматику реактора, могут приводить к неуспешному трехфазному АПВ (ТАПВ) линии. Связано это с тем, что необходимый уровень предварительного подмагничивания для включения УШР в сеть достигается за гораздо большее время, нежели время бестоковой паузы ТАПВ. Увеличение времени ТАПВ линии может приводить к нарушению динамической устойчивости электрической системы. Таким образом, разработка алгоритма управления УШР, позволяющего снизить время обеспечения готовности реактора к включению, либо разработка мероприятий, позволяющих отказаться от запрета завода-изготовителя на включение реактора без его предварительного подмагничивания, являются важными задачами, которые решены в диссертации.

Для обеспечения возможности исследования обозначенных проблем должна быть создана математическая модель УШР, отражающая реальные процессы, протекающие в реакторе и энергосистеме. Таким образом, разработка имитационной модели УШР в среде БипиПпк, верифицированной по натурным испытаниям, является актуальной задачей.

Пятнадцатилетний опыт применения управляемых реакторов 110 кВ позволяет утверждать, что на начальных этапах применения УШР, они устанавливались исключительно с целью стабилизации напряжения в точке подключения [2124]. Сегодня, путем применения УШР специалисты сетевых компаний пытаются решать вопросы, связанные с устойчивостью двигательной нагрузки [25-26]. Таким образом, возможность увеличения быстродействия реактора является важной задачей, которая рассмотрена в работе.

Целью работы является разработка способов и алгоритмов более эффективного использования УШР в электрической сети на основе математического моделирования управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов для исследования коммутационных и динамических режимов работы УШР в составе электроэнергетической системы.

Задачи исследования, решенные для достижения поставленной цели:

1. Разработать имитационные модели серийных УШР 500 кВ и 110 кВ в графической среде 81тиНпк (МаЙаЬ).

2. Исследовать влияние УШР на процессы, протекающие в цикле ОАПВ линии 500 кВ и разработать аналитические выражения, определяющие эффективность использования линейных УШР с точки зрения ограничения тока подпитки дуги в месте КЗ и восстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазе после гашения дуги.

3. Исследовать процессы в УШР 500 кВ и разработать на их основе мероприятия, позволяющие обеспечить надежность оборудования реактора, и алгоритмы, повышающие эффективность использования реактора в цикле ТАПВ линии.

4. Исследовать процессы, протекающие в УШР 110 кВ и определить факторы, ограничивающие возможность увеличения быстродействия. Разработать решение по увеличению быстродействия управляемого реактора 110 кВ.

5. Рассмотреть возможность повышения эффективности использования УШР на ПС 110 кВ путем отказа от предварительного подмагничивания реактора перед подачей на него напряжения.

Научная новизна.

1. Впервые разработаны имитационные модели управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов в среде 81шиПпк, учитывающие конструктивные и схемотехнические особенности УШР, которые применяются в энергосистеме в настоящее время.

2. Получены уточненные выражения, учитывающие передаваемую по линии мощность (угол передачи мощности) и определяющие эффективность использования УШР в цикле ОАПВ с точки зрения ограничения тока подпитки дуги места КЗ и восстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазе после гашения дуги.

3. Выявлено количественное влияние степени намагничивания стержней магнитной системы УШР на значения амплитуды и энергии коммутационных воздействий на выводах обмотки управления УШР 500 кВ в циклах ТАПВ.

4. Выявлены закономерности, влияющие на время необходимого подмагничивания УШР в течение бестоковой паузы ТАПВ линии с реактором.

5. На основании анализа динамических процессов в УШР 110 кВ при его работе с электрической сетью определены факторы, ограничивающие возможность увеличения быстродействия реактора и оценена возможность улучшения характеристик быстродействия реактора без изменения его конструкции.

6. Дана оценка возникающих на выводах обмотки управления напряжений при включении УШР 110 кВ, определена и доказана возможность включения УШР 110 кВ в сеть без предварительного подмагничивания.

Практическая ценность работы.

1. Созданные для анализа коммутационных и динамических процессов в управляемых реакторах при их работе на В Л 500 кВ и ПС 110 кВ имитационные модели могут быть использованы в дальнейшем для решения других задач.

2. Представленные аналитические выражения, которые учитывают различный состав линейного оборудования, а также зависимость от передаваемой по линии мощности, позволяют оценить эффективность мероприятий в цикле ОАПВ линии с УШР, связанных с ограничением тока подпитки места короткого замыкания и восстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазе после гашения дуги.

3. Сформулированные требования к нелинейным ограничителям перенапряжения гарантируют надежную защиту полупроводниковых преобразователей при включении управляемого реактора 500 кВ в сеть без предварительного подмагничивания. Изготовленные в соответствии с требованиями ОПН применены на введенных в эксплуатацию УШР 500 кВ ПС Амурская и ПС Лозовая.

4. Разработанный и примененный на действующих объектах алгоритм управления УШР 500 кВ позволяет снизить время, за которое обеспечивается готовность реактора к повторному включению в сеть в режиме ТАПВ.

5. Разработанный и запатентованный способ позволяет значительно увеличить быстродействие УШР 110 кВ типовой конструкции.

6. Доказано отсутствие возможности появления опасных с точки зрения оборудования УШР 110 кВ перенапряжений на выводах обмотки управления при включении реактора в сеть без предварительного подмагничивания, что снимает ограничения на включение реактора в сеть для ПС с односторонним питанием.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Имитационные модели управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов 500 и 110 кВ.

2. Уточненные аналитические выражения для оценки влияния УШР 500 кВ на величину тока подпитки дуги однофазного короткого замыкания и восстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазе в цикле однофазного автоматического повторного включения.

3. Результаты исследования процессов в УШР с учетом различной степени намагничивания магнитопровода реактора и требования к нелинейным ограничителям перенапряжения, которые обеспечивают защиту полупроводниковых преобразователей при включении управляемого реактора 500 кВ в сеть без предварительного подмагничивания.

4. Алгоритм управления УШР 500 кВ в цикле трехфазного автоматического повторного включения.

5. Результаты исследований динамических режимов УШР, мероприятия по повышению быстродействия, а также способ, позволяющий значительно повысить быстродействие УШР 110 кВ типовой конструкции.

6. Результаты расчетного исследования, доказывающие отсутствие возможности появления опасных, с точки зрения преобразовательного блока

УШР, перенапряжений на выводах ОУ при включении реактора в сеть без предварительного подмагничивания.

Личный вклад соискателя.

В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит:

- в публикациях [1],[2],[6],[7],[8],[9],[10],[11],[12],[13],[14] - работа над основным содержанием статей, описание принципа действия УШР, обработка результатов испытаний управляемого ректора.

- в публикациях [15],[16] - моделирование УШР с среде БитшИпк и №аБ1 в коммутационных режимах его работы и анализ величины и энергетики появляющихся на выводах обмотки управления напряжений;

- в публикациях [3],[16] - оценка эффективного использования УШР в цикле ОАПВ с точки зрения ограничения тока подпитки дуги места КЗ и восстанавливающегося напряжения на отключенной фазе после гашения дуги.

- в публикации [5] - теоретические и практические исследования процесса предварительного подмагничивания УШР, а так же разработка на их основе алгоритма управления УШР 500 кВ, позволяющего снизить время обеспечения готовности реактора к повторному включению в сеть в режиме ТАПВ линии;

- в публикациях [4],[17] - исследования процессов, препятствующих возможности улучшения динамических характеристик УШР 110 кВ, а также разработка способа увеличения быстродействия реактора.

Методы исследования. Исследования базируются на фундаментальных положениях теории электромагнитного поля, электрических и магнитных цепей, электрических машин, дифференциальных уравнений и компьютерного моделирования..

Достоверность результатов. Достоверность результатов подтверждается корректным использованием основных положений теории электромагнитного поля, электрических и магнитных цепей. Результаты, полученные на имитационной модели расчетным путем, сопоставлены и совпадают с экспериментальными данными, данными, полученными в ходе эксплуатации

оборудования и данными завода-изготовителя, а также результатами сетевых испытаний УШР с участием автора.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. Международная Ассоциация делового сотрудничества по трансформаторам, высоковольтной аппаратуре, электротехнической керамике и другим комплектующим изделиям и материалам "ТРАВЭК". Силовые трансформаторы и системы диагностики (Москва, 2010 г);

2. Международная Ассоциация делового сотрудничества по трансформаторам, высоковольтной аппаратуре, электротехнической керамике и другим комплектующим изделиям и материалам "ТРАВЭК". Силовые трансформаторы (Москва, 2011 г);

3. Международный энергетический форум ЦРОпс! (Москва, 2012 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ [25, 2742], из них 5 работ в журналах, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, монография и патент РФ на изобретение №1Ш 2473999 С1, опубликованного в Бюл. №3 от 27.01.2013 г [42].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал работы изложен на 162 страницах, включает 94 рисунка, 9 таблиц. Список использованной литературы содержит 69 наименования.

Глава 1. Управляемые шунтирующие реакторы для электрических сетей.

В настоящее время в электроэнергетике стран СНГ и зарубежных стран большое значение придается созданию управляемых или гибких линий электропередач, являющихся составной частью «интеллектуальных» (Smart Grid) сетей с устройствами FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems) [43]. Для оптимального ведения режимов таких энергосистем необходимы высокоэффективные средства регулирования потоков как активной, так и реактивной мощности.

Для управления режимами по напряжению и реактивной мощности наряду с традиционным применением генераторов, синхронных и статических компенсаторов, коммутируемых реакторов и конденсаторных батарей в последнее десятилетие все более широко используются новые устройства - управляемые шунтирующие реакторы (УШР) [44]. Трансформаторное исполнение для открытой установки на любой класс напряжения с возможностью плавного регулирования потребляемой реактивной мощности позволяет установить УШР в любой части энергосистемы и обеспечить стабилизацию напряжения, оптимизацию перетоков реактивной мощности, повышение пропускной способности электропередач, снижение потерь, числа коммутаций выключателей и действий РПН трансформаторов [45]. Сочетание УШР с параллельно установленной батареей статических конденсаторов (БСК) позволяет обеспечить не только плавнорегулируемую компенсацию (потребление) реактивной мощности, но и ее выдачу в соответствии с мощностью БСК при разгрузке УШР до режима холостого хода [46-48].

1.1. Анализ отечественного и зарубежного опыта разработок УШР.

За предшествующий к настоящему времени период (к 2014 г.) в странах СНГ и ближнего зарубежья изготовлено и введено в эксплуатацию более восьмидесяти управляемых реакторов напряжением от 6 до 500 кВ. Основные типы управляемых шунтирующих реакторов их мощность, кем изготовлены и где внедрены, указаны в таблице 1.

Таблица 1.1 Характеристики управляемых шунтирующих реакторов различных классов напряжения внедренных в энергосистемах стран СНГ и ближнего зару-

бежья.

Тип УШР Исполнение (схема) Мощность, напряжение Производители Где введены, страна Кол -во

Регулирование переключением отпаек Одна обмотка с РПН 180 MB А, 330 кВ Западная Европа Беларусь 1

Трансформаторного типа (УШРТ) - мощность тиристорных ключей для управления равна номинальной мощности устройства Трансформатор с напр.к.з.100% и тиристорные ключи на номинальную мощность УШР 50 MB А, 420 кВ Индия Индия 1

60 MB А, 230 кВ Запорожтрансф. Ансальдо-ВЭИ Ангола 1

25 MB А, 110 кВ Россия и Беларусь Россия 6

Управляемые подмагничиванием стержней магнитопровода, -мощность управления составляет около 1 % номинальной мощности УШР С 2 обмотками, совмещ.СОиОУ 180 MB А, 500 кВ Московский электрозавод Россия 1

С одной обмоткой 3,3 MB А, 6-10 кВ Раменский з-д, ООО Энергия-Т Россия, Монголия 3

С 2 обмотками, совмещ.ОУиКО 10-25 MB А, 35- 110кВ ОАО Запорож-трансформатор, ОАО ЭЛУР, ООО Энергия-Т Россия, Казахстан, Беларусь, Литва 35

с 3 отдельными обмотками 63-180МВА 110-500 кВ 46

По принципу действия трехфазные плавнорегулируемые реакторы для компенсации реактивной мощности можно разделить на три класса - управляемые подмагничиванием магнитопровода, трансформаторного типа (УШРТ) и реакторы с переключением отпаек (аналогично РПН трансформаторов).

Управляемые шунтирующие реакторы трансформаторного типа (УШРТ) разрабатывались в Санкт-Петербургском политехническом университете под руководством проф. Александрова Г.Н. УШРТ представляет собой силовой трансформатор с напряжением короткого замыкания 100%, на вторичной обмотке которого установлены встречно-параллельные тиристорные ключи на полную мощность реактора [49-51]. Аналогично известной схеме статического тиристорного компенсатора (СТК) [52-53] полностью открытые тиристоры закорачивают вторичную обмотку и обеспечивают максимальную потребляемую мощность УШРТ, при закрытых тиристорах его мощность соответствует холостому ходу трансформатора, а в промежуточных режимах потребляемая мощность плавно регулируется изменением угла управления вентилей с соответствующим появлением высших

гармоник в потребляемом токе. Для снижения уровня этих гармоник со стороны низшего напряжения устанавливаются фильтры.

Таким образом, схема УШРТ сводится к схеме СТК, в электромагнитной части которого совмещены индуктивности фаз с трансформатором связи с высшим напряжением. Это позволяет, в отличие от СТК, подключать УШРТ к любому классу напряжения, однако тиристорные ключи большой мощности предопределяют повышенную стоимость изготовления, монтажа и эксплуатации. Опыт применения УШРТ в России пока ограничен четырьмя реакторами напряжением 110 кВ, введенными в эксплуатацию менее трех лет назад.

Управляемые подмагничиванием реакторы типа РТУ на напряжения от 35 до 500 кВ более 15 лет выпускает ОАО «Запорожтрансформатор». В комплектации, проектировании, поставке и наладке этих УШР принимают участие ОАО «Электрические управляемые реакторы», г. Москва и ООО «Энергия-Т», г. Тольятти. Прототипы этих реакторов были созданы в Алма-Атинском энергетическом институте более 20 лет назад. Первый промышленный образец УШР типа РТУ-25000/110 был изготовлен в 1998 году и после испытаний на стенде ВЭИ в г. Тольятти введен в эксплуатацию в Северных электрических сетях Пермэнерго (головная подстанция 110 кВ в г. Кудымкар, сентябрь 1999 г.) [54].

В настоящее время УШР аналогичного принципа действия осваивает Московский электротехнический завод [55-56]. Пилотный образец реактора напряжением 500 кВ поставлен на подстанцию «Нелым-500» в конце 2009 года. Основным отличием этого УШР от изделий ОАО «Запорожтрансформатор» является совмещение в первичной сетевой обмотке функций потребления реактивной мощности и подмагничивания магнитопровода. При этом тиристорный преобразователь выпрямленного напряжения подключается к нейтралям «звезд» расщепленной сетевой обмотки реактора, между секциями которой циркулируют постоянные составляющие тока подмагничивания. Наличие в расщепленных ветвях сетевой обмотки этого реактора основного потребляемого тока промышленной частоты, выпрямленного тока подмагничивания и высших гармоник обуславливает

дополнительные требования к конструкции, источнику подмагничивания, схеме соединений трансформаторов тока, алгоритмам релейной защиты и автоматики.

В свою очередь номенклатура УШР, выпускаемых заводом «Запорожтранс-форматор», имеет ряд схемотехнических исполнений в зависимости от класса напряжения, мощности реактора и требований Заказчика по составу оборудования, виду охлаждения, алгоритмам управления, числу встроенных трансформаторов тока, функциям мониторинга и т.д. При одинаковом принципе действия основные отличия между модификациями УШР серии РТУ для разных классов напряжения (35... 110 кВ, 220...330 кВ, 500...750 кВ) заключаются в схеме электромагнитной части и в составе системы подмагничивания.

Для УШР напряжением 35 или 110 кВ сравнительно небольшой мощности (10-25 MB А) технико-экономически более предпочтительным является исполнение электромагнитной части с двумя обмотками - сетевой обмоткой (СО) и обмоткой управления (ОУ) по схеме двойного разомкнутого треугольника, совмещающей в себе функции подмагничивания и компенсации в токе реактора высших гармоник, кратных трем. Силовая часть системы подмагничивания выполняется из двух однофазных преобразователей небольшой мощности, размещенных на общей раме с питающими трансформаторами, подключенными к выводам ОУ реактора через высоковольтные предохранители. Как правило, такие УШР работают параллельно с БСК и могут по требованию заказчика иметь общую систему автоматического управления (САУ) реактором и секционированной конденсаторной батареей.

Реакторы 220 и 330 кВ мощностью 63-180 MB А (как и УШР 110 кВ с мощностью более 50 МВА) выполняются с тремя обмотками - сетевой (СО), компенсационной (КО) и управления (ОУ), каждая из которых выполняет свою функцию соответственно потребления реактивной мощности, компенсации (замыкания в «треугольнике») основных высших гармоник и управления (подмагничивания стержней магнитопровода). В комплект поставки входят два одинаковых трехфазных трансформатора с тиристорным преобразователем (ТМП), из которых основной подключается через выключатель 10 кВ к выводам компенсационной об-

14

мотки реактора, а резервный - к распредустройству подстанции напряжением 6 или 10 кВ.

УШР напряжением 500 кВ и выше, устанавливаемые на шины или линии транзитных электрических сетей СВН, имеют повышенные требования по быстродействию - время полного набора или сброса мощности за время не более 0,3 сек., т.е. не более чем за 15 периодов переменного тока (при частоте 50 Гц). Поэтому, при одинаковой схеме и том же составе обмоток электромагнитной части, в состав системы подмагничивания входит дополнительный третий ТМП, имеющий увеличенное максимальное выпрямленное напряжение. Этот ТМП подключается к внешнему питанию 6 или 10 кВ, обеспечивая форсированные режимы набора или сброса мощности, а также предварительное подмагничивание реактора при включениях. Кроме того, исполнение электромагнитной части этих реакторов может быть как трехфазным, так и однофазным для уменьшения транспортных габаритов и массы.

Следует заметить, что устаревшие модификации УШР всех указанных выше классов напряжения теперь заводом не выпускаются. Первые реакторы напряжением 110 кВ имели электромагнитную часть из трех однофазных магнитопрово-дов в общем баке и подмагничивание без резервирования от отдельно стоящего трехфазного ТМП с внешним питанием. В современных УШР типа РТУ-25000/110 (35) обеспечено самоподмагничивание с резервированием, а магнитная система выполняется трехфазной, что привело к снижению габаритов и массы.

Реакторы 220-330 кВ также подмагничивались от единственного ТМП с внешним питанием, а кроме того оснащались встроенными токоограничивающи-ми дросселями (при напряжении к.з. между СО и КО порядка 20%) и заземляющими фильтрами типа ФМЗО на выводах компенсационной обмотки. Теперь дроссели (при напряжении к.з. более 50%) и фильтры отсутствуют, а основное подмагничивание обеспечивается непосредственно от реактора с полным резервированием ТМП.

Первые УШР напряжением 500 кВ, установленные на ПС «Таврическая» и

«Барабинская» МЭС Сибири, имели оригинальное двухобмоточное исполнение

15

электромагнитной части из трех фаз РОДУ-60000/500 с однофазными преобразователями в приставных баках на каждой фазе. Несмотря на компактную конструкцию и пятилетний опыт эксплуатации такие реакторы больше не выпускаются из-за присущих им недостатков - отсутствия резервирования и низкой ремонтопригодности системы подмагничивания, а также неудовлетворительной схемы предварительного подмагничивания [57]. Теперь все реакторы этого класса напряжения, как трехфазного, так и однофазного исполнения, имеют описанную выше трехобмоточную электромагнитную часть и систему подмагничивания из трех трехфазных ТМП одинаковой мощности (1 MB А) и габаритов.

1.2. Принцип действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора.

Основным назначением управляемых шунтирующих реакторов является регулирование напряжения и реактивной мощности. В УШР с подмагничиванием для плавного регулирования потребляемой реактивной мощности, а значит и напряжения в точке подключения, используется насыщение стали магнитопрово-да постоянным потоком, создаваемым выпрямленным током в специальной обмотке управления. Фактически для мощного высоковольтного трансформаторного устройства используется принцип магнитного усилителя, когда по мере насыщения стержней магнитопровода снижается индуктивность расположенной на них сетевой обмотки, и также пропорционально снижается ее индуктивное сопротивление. По мере снижения или обратного повышения индуктивного сопротивления сетевой обмотки реактора пропорционально возрастает или уменьшается ее ток, а значит и потребляемая мощность УШР в диапазоне от холостого хода (около 1%) до номинальной мощности или допустимой перегрузки (100-120%). Таким образом, использование участков стали магнитопровода УШР в режимах от ненасыщенного состояния до глубокого насыщения, близкого к предельному, когда магнитная проницаемость приближается к магнитной проницаемости воздуха,

позволяет получить диапазон плавного регулирования реактивной мощности с кратностью более 100.

Из большого числа предлагаемых ранее схемотехнических решений и конструкций подмагничиваемых реакторов - с продольным, поперечным, кольцевым подмагничиванием, с вращающимся магнитным полем и т.д., практическое применение получили УШР трансформаторного типа с продольным подмагничиванием стержней, на которых расположены обмотки реактора. Для того, чтобы обеспечить независимость электромагнитных процессов в обмотках СО и ОУ, расположенных на одном магнитопроводе, необходимо два условия - встречное включение секций этих обмоток (тогда на выводах обмотки управления не будет переменного напряжения) и создание отдельных путей для переменного и постоянного потоков, что обеспечивается бронестержневой конструкцией магнитопро-вода с расщепленными стержнями фаз.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кондратенко, Денис Валерьевич, 2015 год

Список литературы

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

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

3. Либкинд M.C. Управляемый реактор для линии передачи переменного тока. М.: Изд-во АН СССР, 1961.

4. Соколов С.Е. Исследование схем питания обмотки подмагни- чивания управляемого реактора с вращающимся магнитным полем. Энергетика и электрификация //Алма-Ата: КазПТИ, 1971, вып. 1.

5. Соколов С.Е. Трехфазный управляемый реактор с цилиндрическими обмотками/ Соколов С.Е., Брянцев A.M. // Тезисы докладов на V Всес. межвуз. конф. по теории и методам расчета нелинейных эл. цепей и систем. Ташкент, 1975, вып. 2.

6. Брянцев A.M., Соколов С.Е., Бикташев Ш.Ш и др. Стержневой управляемый реактор с пространственным магнитопроводом в электрической сети 35-110 кВ// Электрические станции. - 1982. - №5.

7. Соколов С.Е. О взаимосвязи гармоник нелинейности магнитного потока и напряженности поля трехфазных ферромагнитных устройств // Изв. вузов. Энергетика. - 1981. - № 6.

8. Соколов С.Е., Борисов Г.О., Гусев А.П., и др. Управляемые ферромагнитные реакторы и их использование для управления режимами протяженных ЛЭП// Новосибирск: Наука, 1993.

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

10. Becker H. Ein statischer Phasenschieber zur Kompensation von Blindleistung // ETZ-B, 1971. Bd 23. H. 12.

11. Брянцев A.M. Подмагничиваемые ферромагнитные устройства с предельным насыщением участков магнитной цепи/ Брянцев А. М.// Электричество. - 1986. -№2.

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

13. Reichert K.J., Kauferle J., Glavitsh H. Controllable reactor compensator for more extensive utilization of hign voltage systems // CIGRE. 25 Session. Report 32-17. 1974.

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

15. Дорожко Л.И., Лейтес Л.В. Сравнительный анализ различных конструкций управляемых реакторов// Электротехника. - 1991. - № 2.

16. Александров Г.Н., Кашина В.А Сравнение технико-экономических показателей неуправляемых и управляемых реакторов // Электротехника. - 1997. - № 1.

17. СТО 56947007-29.180.02.140-2012. Методические указания по проведению расчетов для выбора типа, параметров и мест установки устройств компенсации реактивной мощности в ЕНЭС.

18. СТО 56947007-29.240.10.028-2009. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ.

19. 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

20. Качесов В.Е. О перспективах применения управляемых реакторов в цикле ОАПВ линий электропередачи сверхвысокого напряжения / В.Е. Качесов// Электричество, №12, 2005. - С.2-13.

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

22. Жакутова C.B. Управляемые шунтирующие реакторы для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения в электрических сетях ЕНЭС республики Казахстан // Электротехника. - 2003. - №1

23. Кадомская К.П. Высоковольтные В Л. Эффективность и управляемость шунтирующих реакторов // Новости электротехники. - № 3(51) - 2008. - С. 70-71.

24. Крюков A.A. Управляемая поперечная компенсация электропередачи переменного тока / A.A. Крюков, М.С. Либкинд, В.М. Сорокин // М.: Энергоиздат, 1981.- 182 с.

25. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы / М.В. Дмитриев, Е.Б. Шескин, A.C. Карпов, Кондратенко Д.В., Долгополов А.Г. / Под ред. Г.А. Ев-докунина. - СПб: Родная Ладога, 2013. - 280 с.

26. Беляев А.Н., Смоловик C.B., Чобан В.Б. Обоснование требований к быстродействию управляемых шунтирующим реакторам // Энергоэксперт. - 2013. - №5.

27. Долгополов А.Г., Ахметжанов Н.Г., Кондратенко Д.В. и др. Ввод в эксплуатацию управляемого шунтирующего реактора на Игналинской АЭС // Новости электротехники. - 2008. - №6.

28. Кондратенко Д.В., Цыганов С.И. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы как средство повышения эффективности работы электроэнергетических систем// Электро. - 2008. - №1.

29. Долгополов А.Г., Ахметжанов Н.Г., Кондратенко Д.В. и др. Международный проект установки шунтирующего реактора на Игналинской АЭС// Электрические станции.-2009.- № 3.

30. Кондратенко Д.В. Опыт эксплуатации и сетевых испытаний управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов производства ОАО «Запорожтранс-

форматор»/ Долгополов А.Г., Кондратенко Д.В./ 4 международная конференция. «Силовые трансформаторы и системы диагностики», Москва, 23-24 июня 2009 г.

31. Адамов А.И., Долгополов А.Г. Кондратенко Д.В. Опыт эксплуатации и результаты испытаний управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов// Вестник Алматинского института энергетики и связи. - 2009. - № 3 (6).

32. . Долгополов А.Г., Кондратенко Д.В. Опыт эксплуатации управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов производства ОАО «Запорожтрансфор-матор» в Литве и Казахстане // Энерго-Info. - 2009. - № 10.

33. Кондратенко Д.В., Долгополов А.Г. и др. Статический компенсатор реактивной мощности на базе УШР как необходимое средство повышения энергоэффективности в электроэнергетике// Электро. - 2010. - №2.

34. Кондратенко Д.В. Статический компенсатор реактивной мощности на базе УШР как необходимое средство повышения энергоэффективности в электроэнергетике/ Кондратенко Д.В., Долгополов А.Г.// Международный симпозиум ТРАВЭК-2010, г. Москва.

35. Долгополов А.Г., Гнедин П.А., Кондратенко Д.В. Управляемые шунтирующие реакторы - новое оборудование для повышения энергоэффективности в электроэнергетике// «Энергетика и природные ресурсы Казахстана». - 2010. - №2.

36. Долгополов А.Г. Опыт внедрения и эксплуатации управляемых шунтирующих реакторов / Долгополов А.Г., Кондратенко Д.В., Сиделев O.A. и др. // Международный симпозиум ТРАВЭК-2011, г. Москва.

37. Долгополов А.Г., Кондратенко Д.В., Постолатий В.М. Управляемые шунтирующие реакторы для электрических сетей// «Региональные проблемы энергетики». - 2011. - №3.

38. Долгополов А.Г., Кондратенко Д.В. Управляемые шунтирующие реакторы. Воздействия на тиристорные преобразовательные блоки при коммутациях УШР// Новости электротехники. - 2011. - № 6.

39. Долгополов А.Г., Кондратенко Д.В., Дмитриев М.В и др. Воздушные линии с УШР. Однофазное автоматическое повторное включение // Энергетик. - 2012. -№4.

40. Аристов К.В., Долгополов А.Г., Кондратенко Д.В. Быстродействие управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов // Энергетик. - 2012. - №4.

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

42. Патент на изобретение № RU 2473999 С1 Российская Федерация. Способ увеличения быстродействия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора. / Долгополов А.Г., Кондратенко Д.В. // Бюллетень изобретений №3 от 27.01.2013 г.

43. Шакарян Ю.В., Новиков H.J1. Технологическая платформа Smart Grid // Энергоэксперт. - 2009. - №4.

44. Долгополов А.Г., Сорокин С.Е. Управляемые реакторы. Обзор технологий// Новости Электротехники. - 2012. - №3(75).

45. Электрические системы: Под ред. В.А. Веникова — Москва: Высшая школа, 1971. —438 с., ил.

46.Брянцев A.M., Базылев Б.И., Лурье А.И., Смоловик С.В. Регулирование и стабилизация напряжения высоковольтной электрической сети управляемыми источниками реактивной мощности индуктивно-емкостного типа// Электричество. -2012. -№10.

47. Брянцев A.M., Брянцев М.А и др. Высоковольтные реверсивные источники реактивной мощности на базе управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов// Энергетика. - 2010. - №4(35).

48. Пат. 2335056 Российская Федерация, МПК H02J3/18 H01F29. Источник реактивной мощности / A.M. Брянцев, 2008.

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

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

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

52. Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. - М.: НЦЭАС, 2000. - 458 с.

53. Ивакин В.Н. Электропередачи и вставки постоянного тока и статические ти-ристорные компенсаторы /Ивакин В.Н., Сысоева Н.Г, Худяков В.В.// Москва: Энергоатомиздат, 1993. 335 е., ил.

54. Долгополов А.Г., Долгополов С.Г., Зайцев А.И. и др. Три года промышленной эксплуатации управляемого подмагничиванием трехфазного шунтирующего реактора 110 кВ, 25000 кВА на подстанции «Кудымкар» Пермэнерго // Электротехника. - 2003. - №1.

55. Долгополов А.Г., Ивакин В.Н. Управляемые шунтирующие реакторы. Обзор и сравнительные характеристики // Новости электротехники.-2013. - №6(84).

56. Гусев С.И., Столяров Е.И., Мустафа Г.М. и др. Модель управляемого подмагничиванием реактора для отражения его при расчетах процессов в линиях электропередачи // Электричество. - 2010. - № 6.

57. Гусев С.И., Карпов В.Н., Киселёв А.Н. и др. Результаты системных испытаний шинного управляемого шунтирующего реактора 500 кВ на подстанции «Таврическая» // Электрические станции. - 2009. - №7.

58. Карпов В.Н. Разработка численно-аналитических моделей управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов для анализа электромагнитных

процессов в нормальных и аварийных режимах электрических сетей : автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.14.02 / Карпов Виктор Николаевич - М., 2013 - 18 с.

59. Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. статей. Под ред. A.M. Брянцева. -М.: «Знак». 2004. 264 с. Ил.

60. Matlab. The Language of Technical Computing [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.mathworks.com/products/matlab/, свободный. — Загл. с экрана.

61. Дьяконов В. П. MATLAB 7.*/R2006/R2007: Самоучитель. —Москва: ДМК Пресс, 2008. — 768 е.: ил. — ISBN-13: 978-5-94074-424-5.

62. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. — Москва: ДМК Пресс. — 288 е.: ил.

63. Лучко А.Р., Ебадиан М. Принципы математического моделирования динамических процессов в управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторах в SimPowerSystems (Matlab)// Электричество, 2008. — N 3. — С. 70-75. — ISSN 0013-5380.

64. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — 9-е изд., перераб. и доп. — Москва: «Высшая школа», 1996. — 638 с.

65. Основы теории цепей: Учебник для вузов/Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, C.B. Страхов. - 5-е изд., перераб., - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 528 е.: ил.

66. Шескин Е.Б. Исследование электромагнитных переходных процессов в линиях электропередачи сверхвысокого напряжения с управляемыми шунтирующими реакторами:: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.14.02 / Шескин Евгений Борисович - М., 2013 - 16 с.

67. Лосев С.Б. Вычисление электрически величин в несимметричных режимах электрических систем/ С.Б. Лосев, А.Б. Чернин. - М.: Энергоатомиздат, 1983. -528 с.:ил.

68. Электротехнический справочник: в 4 т., Т.З. Производство, передача и распределение электрической энергии/ Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимо-

161

ва и др. (гл.ред. А.И. Попов) - 9-е изд., стер. - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 964 с.

69. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети: учеб. пособие/Г.А. Евдокунин - Изд-во Политехи, ун-та, 2010г., - 330 стр.