Управляемые реакторы с самоподмагничиванием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат технических наук Дягилева, Светлана Викторовна

• Дягилева, Светлана Викторовна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дягилева, Светлана Викторовна

введение.

1 .Основные конструкции электрических управляемых реакторов.

1.1 Типы управляемых реакторов.

1.1.1 Реакторы с продольным подмагничиванием.

1.1.2 реакторы с компенсационными обмотками.

1.1.3 реакторы с продольно-поперечным подмагничиванием.

1.1.5 Реакторы с кольцевым подмагничиванием.

1.1.6. Управляемый шунтирующий реактор.

1.1.7 Управляемые подмагничиванием дугогасящие реакторы для сетей 6-35 кВ.

2. Потребность в средствах компенсация реактивной мощности на примере сетей тюменского региона.

2.1 Структура и параметрььпотребляемой мощности подстанций, питающих предприятия нефтегазового комплекса.

2.2. Потребность в генерации реактивной мощности".

2.3 Потребность в управляемом потреблении реактивной мощности.

3. Компенсация реактивной мощности и стабилизация напряжения на подстанции Таврическая.

3.1 Устройство и принцип действия ИРМ.

3.2моделирование режимов работы ИРМ на ПС таврическая.

3.3 Результаты эксплуатации ИРМ на ПС Таврическая.

4. моделирование дугогасящего реактора серии РУОМ.

4.1 Общие сведения о программе FEMM.

4.1.1 Метод конечных элементов.

4.1.2. Граничные условия.

4.2 Решение тестовой задачи в прогамме FEMM.

4.2.1 Расчет индукции и индуктивности в осисемметричной системе координат.

4.3 Задание на моделирвоание ДГР.

4.3.1 Расчет индуктивности реактора РУОМ-480/11/л/з при идеальных граничных условиях в окне магнитопровода.

4.3.2 Построение реальных характеристик реактора РУОМ-480/11/л/з в окне магнитопровода.

4.3.3 Построение характеристик исследуемого реактора для по л ля вне окна магнитопровода.

4.4 Выводы.

5 Моделирование поля реактора РТУ 6300/35.

5.1 Задание на моделирование.

5.2 Модель реактора РТУ 6300/35.

5.3 Модель реатора РТУ 6300/35 без стали и без baica с шунтом.

5.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управляемые реакторы с самоподмагничиванием»

Актуальность темы. Решение задачи ведения нормальных режимов работы единой энергосистемы и обеспечения требуемых стандартов качества и надежности электроэнергии невозможно без автоматически управляемых средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности.

Как показывают исследования и опыт эксплуатации последних лет, электрические управляемые реакторы обладают высокой эффективностью и широким разнообразием возможностей применения для повышения пропускной способности линий электропередач, регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в электрических сетях, ограничения токов короткого замыкания и коммутационных перенапряжений.

В большинстве системных задач и тем более для систем электроснабжения промышленных предприятий требуется не только потребление, но и генерация реактивной мощности. Поэтому применяют комбинированные ИРМ, которые способны при высоком быстродействии плавно регулировать реактивную мощность. Такие ИРМ состоят из регулируемой ступенчато конденсаторной батареи и плавно регулируемого реактора, включенных параллельно. Комбинированные ИРМ, в зависимости от соотношений установленных мощностей конденсаторов и реакторов, может не только генерировать, но и потреблять реактивную мощность при плавном переходе.

Согласно принятым в России правилам сети 6-10 кВ относятся к сетям с малыми токами замыкания на землю и должны работать или с изолированной, или с заземленной через-дугогасящий реактор нейтралью. Опыт эксплуатации показывает, что; большинство нарушений нормальной' работы этих сетей связано с повреждениемшзоляции фазы относительно земли^ - с однофазным замыканием на землю.

G развитием энергетики и- других, отраслей народного хозяйства возрастает потребность в электрических управляемых реакторах^ самого различного назначения и конструктивного, исполнения. Растут единичные мощности Hi токи реакторов, предъявляются: новые требования к их характеристикам; внедряются: новые материалы,, усложняются: схемы, и конструкции, узлов. Все1 это? выдвигает новые задачи- проектирования, в том числе задачи электромагнитных, расчетов; то есть расчетов местных и интегральных параметров поля: напряженности, индукции, плотности тока, магнитных потоков, потокосцеплений, токов? т напряжений, индуктивностей, местных иг суммарных добавочных потерь. При создании' новых мощных управляемых реакторов; для- которых нет опыта» проектирования и результатов испытаний, при анализе непредвиденных опытных данных; а также: при разработке физических моделей: и- составлении программ исследовании, нужны теоретические методы расчетной оценки.

Исследования.управляемых подмагничиванием реакторов: начали проводиться еще в начале 30-х годов прошлого столетия?(Э. Фридлендер; К. Крамер, X. Беккер).

С начала: 50-х годов формируются научные коллективы; в Москве (ЭНИН; ВЭИ,

МЭИ), Санкт-Петербурге: (СПГТУ), Таллине- (ТГТУ), Кишиневе (КПИ), Алма-Ате

АЭИ) и в других городах. Исследованиями управляемых реакторов и вопросами их применения: занимались, такие ученые как: Александров IF. 11., Брянцев А. М.,

Бродовой Е. Н., Долгополов А. Г., Дорожко JI. И., Евдокунин Г. А., Жакутова С. В., Забудский Е. И., Лейтес JI. В., Либкинд М. С., Лурье А. И., Мишин В.И., Славин Г. А., Сорокин В. М., Теллинен Ю. Ю., Ярвик Я. Я. и другие. Цели работы:

• провести анализ сетей тюменского региона на потребность в средствах компенсации реактивной мощности;

• рассчитать режимы работы ИРМ на базе управляемого шунтирующего реактора и батарей статических конденсаторов для стабилизации напряжения и компенсации реактивной мощности на ПС 110 кВ Таврическая;

• провести расчет поля и индуктивных параметров уже разработанного и находящегося в эксплуатации ДГР мощностью 480 кВ-А, имеющего стержень с участками различного сечения стали;

• разработать математическую модель управляемого шунтирующего' реактора серии РТУ 6300/35, использовать ее для оптимизации'конструкции этого реактора.

Задачи исследования:

• на основе статистических данных о нагрузках определить потребность и дать рекомендации об использовании устройств компенсации реактивной мощности в электрических сетях тюменского региона Росси;

• создать математические модели управляемых реакторов двух типов и назначений: шунтирующих для регулирования потоков реактивной мощности и дугогасящих для компенсации емкостных токов замыкания на землю в сетях;

• осуществить оптимальное проектирование активных частей исследуемых реакторов, расчет магнитного поля и параметров;

• рассчитать эксплуатационные характеристики существующих и вновь разрабатываемых реакторов.

Методы исследований: При решении задач диссертации использовались методы математической статистики, теория поля и электрических цепей, дифференциальные уравнения и численные методы их решения, элементы теории нелинейных электромагнитных цепей, программные пакеты FEMM, NEAST, MSWord2007 и MSExel2007.

Научная новизна работы заключается:

1. Впервые созданы математические модели для расчета поля управляемых самоподмагничиванием шунтирующих и дугогасящих реакторов для энергетических сетей и систем;

2. Выполнены расчеты поля, параметров и режимов работы реакторов с учетом нелинейных свойств магнитных систем;

3. Проведена оптимизация конструкции управляемого шунтирующего реактора серии РТУ номинальной мощностью 6,3 Мвар на напряжение 35 кВ;

4. Впервые рассчитаны режимы работы ИРМ на базе управляемого шунтирующего реактора и батарей статических конденсаторов для стабилизации напряжения и компенсации реактивной мощности.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием строгих математических расчетов электромагнитных полей и электрических цепей и подтверждена соответствием полученных выводов диссертационной работы результатам экспериментальных исследований. Практическая значимость.

1. Произведена оценка необходимости ИРМ в сетях тюменского региона. При различных характерах нагрузки были определены реактивные мощности компенсационных устройств и даны рекомендации по их установке. Эффектом этого мероприятия является стабилизация напряжения и увеличения пропускной способности сети.

2. Было проведено математическое моделирование режимов работы подстанции Таврическая 110 кВ с ИРМ на базе шунтирующего управляемого реактора. Результаты показали, что его использование позволяет снизить размах суточного колебания напряжения с 2,6 кВ до 0,4 кВ.

3. На основании результатов моделирования поля разрабатываемого реактора РТУ-6300/35 предложено в его конструкции использовать магнитный шунт для снижения добавочных потерь.

4. Практическую ценность представляют полученные в диссертации данные моделирования дугогасящего реактора серии РУОМ 480/11/V3 и шунтирующего реактора серии РТУ 6300/35.

Личный вклад автора. Участие в разработке математических моделей электрических управляемых реакторов и режимов работы источника реактивной мощности. Выполнение всех приведенных в работе расчетов и анализ полученных результатов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах, конференциях и симпозиумах:

XIII Международная конференция студентов и аспирантов. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 1-2 мая 2007 г., - Москва. 2007 г.; Выставка и конференция "Электрические сети России", Москва. 2007 г.; III Международная научно техническая конференция «Энергосистема: управление, конкуренция, образование», 14-16 октября 2008. г., - Екатеринбург. 2008 г.; XII Международная конференция «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», 29 сентября — 4 октября 2008 г., -Крым, Алушта 2008 г.;

XII International conference on electrical machines, drivers and power systems. Supported by IEEE Bulgaria Section VDE. ELMA 2008. Proceedings volume 16-18 October 2008 Sofia, Bulgaria - Bulgaria, Sofia 2008 y.;

Выставка и конференция «Электрические сети России» 2008 г., Москва; II всероссийская научно-техническая интернет-конференция «Энергетика. Инновационные направления в энергетике», 2009 г., Пермь. - Пермь. 2009 г.; Международная конференция «Снижение потерь энергии в электрических сетях», 14-15 мая 2009 г., - г. Бишкек, 2009 г.;

Выставка и конференции «Электрические сети России» 2009 г., Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ из них: 3 статьи, 2 тезиса докладов в сборниках трудов международных научных конференций, 4 доклада в сборниках докладов международных научных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Список литературы содержит 80 наименования на 7 страницах. Объем 117 страниц текста, 62 рисунка, 14 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Дягилева, Светлана Викторовна

5.4 Выводы

Результаты расчета поля показали, что поток идущий в бак в реакторе РТУ 6300/35 , будет создавать значительные добавочные потери, так как по показаниям измерений ( см. таблицу 5.2), большая часть магнитного потока идет в бак и может вызвать перегрев реактора. По показаниям измерений (см. таблицу 5.3), можно сказать, что для уменьшения добавочных потерь бака необходимо установить шунт над обмоткой для канализации магнитного потока.

Получена осевая (тангенциальная) составляющая индукции для определения размеров шунтов, которые возможно, в последствии будут установлены на вертикальную поверхность бака.

Заключение

Настоящая работа посвящена расчетам режимов работы источников реактивной мощности на базе управляемых шунтирующих реакторов и батарей статических конденсаторов, анализу магнитных полей и параметров управляемых дугогасящих реакторов, их применению в высоковольтных электрических сетях, а также вопросам моделирования управляемых электрических реакторов. Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

• Произведена оценка необходимости ИРМ в сетях тюменского региона. При различных характерах нагрузки были определены реактивные мощности компенсационных устройств и даны рекомендации по их установке Проведено моделирование и получены результаты эксплуатации ИРМ 110/50/25 для компенсации реактивной мощности и стабилизация напряжения на ПС Таврическая.

• Разработаны двухмерные математические модели для расчета полей управляемых самоподмагничиванием шунтирующих и дугогасящих реакторов для энергетических сетей и систем.

• Проведен расчет индуктивных параметров уже разработанного и находящегося в эксплуатации ДГР мощностью 480 кВ-А, имеющего стержень с участками различного сечения стали

• Выполнено моделирование разрабатываемого управляемого шунтирующего реактора серии РТУ (трехфазный управляемый реактор) номинальной мощностью 6300/35 кВА

Рассчитаны потоки, в баке и в шунте, и показана необходимость установки шунта для направленного распределения магнитного

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дягилева, Светлана Викторовна, 2010 год

1. JI.B. Лейтес. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. М.: Энергия, 1981.-392 е., ил.

2. ГОСТ 18624-73 Реакторы электрические. Термины и определении.

3. Розенблад М.А. Магнитные усилители. М: Советское радио, 1956

4. Fisher F., Friendlander E.D. D.C. controlled 100 MVA reactor// GECT. 1955 Vol.22. №2.

5. Управляемые и насыщающиеся реакторы для ЛЭП свервысокого апряжения/ Э.А. Сеппинг, И.И. Теллинен, В.В. Нешатаев, Я.Я. Ярвик// Управляемые передачи: Кишенев: Щтинца. 1962

6. Цветков В.А. Автопараметрические явления и перенапряжения в трехфазных цепях с ферромагнитными аппартами. Дисс. канд. техн. М. 1962.

7. Крюков А.А., Либкинд М.С., Сорокин В.М. Управляемая поперечная компенсация электропередачи переменного тока. М.: Энергоатомиздат, 1981.

8. Сорокин В.М., Вуколова Н.Г. Управляемый реактор в схеме индуктивного делителя напряжения// Техническая электродинамика. 1982, №2

9. George Y. L'application des compensateurs statique aux complex de laminar et aux reseux de transport THT// Congress Electronique Mondial. Moscow. 1977. P.2-47

10. Thanawa H. Static var compensatoteurs for transmission system // GEC Review. 1985. Vol.1 №2

11. Дорожко Л.И., Либкинд М.С. Реакторы с поперечным подмагничиванием. М.: Энергия, 1977

12. Либкинд М.С. Управляемый реактор для линий передач переменного тока. М.: Изд-во АН СССР, 1961.

13. Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. Статей. Под ред. Доктора техн. наук проф. A.M. Брянцева. М.:"3нак". 2004. 264 с. Ил.

14. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

15. Б.И. Базылев. Разработка и оптимизация конструкции управляемых подмагничиванием дугогасящих реакторов серии РУОМ для электрических сетей 6, 10 кВ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 2001

16. А.И. Лурье. Электродинамическая стойкость трансформаторов и реакторов при коротких замыканиях. Составитель и научный редактор.- М.: "Знак". 2005. 520 с. Ил. ВЭИ 2005.

17. ГОСТ13109-97. Качество электрической сети.

18. Брянцев A.M., Брянцев М.А., Дягилева С.В., Карымов P.P., Маклецова Е.Е., Негрышев А.А. Регулируемые источники реактивной мощности с управляемыми подмагничиванием шунтирующими реакторами и батареями конденсаторов. Электротехника №4. Москва. 2010 с. 11.

19. Дягилева С.В.; Беспалов В.Я. Электрические управляемые реакторы. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тринадцатая международная конференция студентов и аспирантов, т. 2. 2007 г. Москва, с. 13.

20. Брянцев A.M., Брянцев M.A., Дягилева C.B., Карымов P.P., Маклецова E.E., Негрышев А.А. 26.Высоковольтные управляемые устройства стабилизации напряжения сети 110-500 кВ на базе управляемых подмагничиванием

21. Брянцев A.M. Источники реактивной мощности. Патент № 2335056. Бюллетень № 27 от 27.09.08

22. Брянцев A.M. Источники реактивной мощности. Патент № 2335026. Бюллетень № 27 от 27.09.08

23. Брянцев A.M. Способы управления источником реактивной мощности. Патент № 2337424. Бюллетень № 30 от 27.10.08.

24. Бурман А.П., Строев В.А. Основы современной энергетики: Курс лекций для менеджеров энергетических компаний. В двух частях. Часть 2. Современная электроэнергетика. М.: Издательство МЭИ, 2003. 454 с

25. N.G. Hingorani, L. Gyugyi. Understanding FACTS Concept and Technology of Flexible AC Transmission Systems. IEEE Press, NY, 2000.

26. О.Б. Буль Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов: Магнитные цепи, поля и программа FEMM: учеб. пособие для студ. высш. учебн. заведений / Олег Болеславович Буль. — М.: Издательский центр "Академия", 2005.-336 с.

27. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. Изд. 15-е. — М., 1996.

28. Евдокунин ГА, Гудилин С.В, Корепанов АА. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6—10 кВ. — Электричество, 1998, № 12.

29. Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. — М.; Д.: ГЭИ, 1959.

30. Брянцев A.M. Подмагничиваемые ферромагнитные устройства с предельным насыщением участков магнитной системы. — Электричество, 1986, № 2.

31. Брянцев A.M. Основные уравнения и характеристики магнитно-вентильных управляемых реакторов с. сильным насыщением магнитной цепи. — Электротехника, 1991, № 2.

32. Бики М.А, Бродовой Е.Н, Брянцев A.M. и др. Электромагнитные процессы в мощных управляемых реакторах. — Электричество, 1994, № 6.

33. Брянцев А.М, Базылев Б.И, Бики М.А.- и др. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы — новое электротехническое оборудование. — Электротехника, 1999, № 7.

34. Липатов Ю.А., Макаров А.П., Долгополов А. Г. и др. Заземляющее дугогасящее устройство на базе управляемых реакторов. Доклад на конф.

35. Электротехника — 2010 год. Наука, производство, рынок». — М.: ВЭИ-ТРАВЕК, 1997, Т. 2.

36. Брянцев А.М, Базылев Б.И, Липатов ЮА. и др. Автоматически регулируемые дугогасящие реакторы серии РУОМ. Доклад 2.07 на V симп. «Электротехника — 2010 год». М.: ВЭИ-ТРАВЕК, 1999, Т. 1.

37. Уколов С.В., Райченок М.О. Управляемые шунтирующие реакторы. Год 2010. Взгляд с ОАО«ЗТР». ТРАВ ЭК 2010.

38. ГОСТ 19470 74. Реакторы масляные заземляющие дугогасящие. — М.: Изд-во стандартов, 1985.

39. Александров Г.Н. Передачи электрической энергии переменным током. — М.: Знак, 1998.

40. Брянцев А-М, Дюскина Т.К, Волков и др. Управляемый дугогасящий реактор типа РЗДНОМ-400ЯО-У1. Тез. докладов. М.: ВЭИ-ТРАВЭК, 1995.

41. Бродовой Е.Н. Однофазный управляемый реактор с коррекцией формы и активной составляющее рабочего тока. Диссертация на соискания ученой степени кандидата технических наук. Москва. 1984.

42. Жакутова С.В. Управляемые реакторы магнитно-вентильного типа с улучшенной формой потребляемого тока. Диссертация на соискания ученой степени кандидата технических наук. Москва. 1995.

43. Брянцев A.M. Магнитно-вентильные управляемые реакторы с предельным насыщением магнитной цепи (основы теории, принципы реализации, исследования, примеры испонения). Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.

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

45. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия.1968.

46. Иванов-Смоленский А.В., Дулькин А.И. Исследование магнитных проводимостей и индуктивностей обмоток электрических машин и аппаратов методом моделирования на электропроводной бумаге// Изв. Вузов. Электромеханика. 1963. № 10. С. 1161-1171.

47. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Изд. 6-е, перераб. И доп. Учебник для студентов энергетических и электротехнических вузов. М., "Высшая школа", 1973.

48. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети. Учебное пособие для студентов электроэнергетических специальностей вузов. СПб: Издательство Сизова М.П., 2001.

49. Справочник по проектированию электрических сетей/Под редакцией Д.Л. Файбисовича. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006

50. Ограничители перенапряжений в электроустановках 6-750 кВ. Методическое и справочное пособие. Под ред. М.А. Аронова.- М.: "Знак". 2001.

51. Тереза Г.П., Веремей Е.В. Электрооборудование станций для ипытания трансформаторов. Под общей редакцией А.К. Ашрятова. Издательство "Энергия". Москва 1966 Ленинград.

52. Лейтес Л.В. Тороидальные реакторы. ВНИИЭМ. Отделение научно-технической информации, стандартизации и нормализации в электротехнике. Москва 1966.

53. Бамдас A.M., Шапиро С.В. Трансформаторы, регулируемые подмагничиванием, М.-Л., издательство "Энергия", 1964 г.

54. Марквард Е.Г. Электромагнитные расчеты трансформаторов. Объединенное научно-техническое издательство. Редакция энергетической литературы. Москва 1938 Ленингард.

55. Иоссель Ю.Я., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической мощности. "Энергия", Ленинградское отделение 1969.

56. Буткевич Ю.В., Михайлов В.В., Ротгауз И.И. Реакторы. Государственное энергетическое издательство. Москва 1933 Ленинград.

57. Петров Г.Н. Трансформаторы. Том 1. Основы теории. ОНТИ НКТП. Государственное энергетическое издательство. Москва 1934 Ленинград.

58. Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике, М., "Энергия", 1968.

59. Р.Н.Карякин. Справочник. Заземляющие устройства электроустановок. Москва. ЗАО "Энергосервис". 2002.

60. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ. Т I / Под редакцией И.Т. Горюнова и др. — М.: Папирус Про, 1999.

61. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Т II / Под редакцией И.Т. Горюнова, А.А. Любимова М.: Папирус Про, 2003.

62. Кулинич В.А. Индуктивно-емкостные управляемые трансформирующие устройства. -М.: Энергоатомиздат, 1987.

63. Арриллага Дж. и др. Гармоники в электрических системах: Пер. с англ./Дж. Арриллага, Д.Брэдли, П. Боджер. -М.: Энергоатомиздат, 1990.

64. Черногубовский З.П. Заземление нейтрали электрических систем высокого напряжения. Под общей редакцией В.А.Толвинского. Издательство Ленинград 1934.

65. Meeker D. Finite Element Method Magnetics. User's Manual. Version 3.3; March 17, 2003

66. Meeker D. Finite Element Method Magnetics. User's Manual. Version 4.0; June 17, 2004

67. Алиевский Б.Л., Октябрьский A.M., Орлов В.Л. Расчет параметров магнитных полей осесимметричных катушек: Справочник.: Изд-во МАИ, 1999.

68. ХэгБ. Электромагнитные расчеты. — М.-Л.: Энергоиздат, 1934.

69. Сабоннадьер Ж.К., Кулон Ж.Л. Метод конечных элементов и САПР: Пер. с франц. М.: Наука, 1969.