для чего нужен шунтирующий реактор на подстанции
Шунтирующие реакторы
Рис. 1. Шунтирующие реакторы
Шунтирующие реакторы (ШР) используются в качестве одного из средств компенсации реактивной мощности в сооружаемых, реконструируемых и эксплуатируемых электрических сетях напряжением 110—1150 кВ, образуемых соответствующими линиями электропередачи. Возможности ЛЭП разного класса напряжений характеризуются данными, приведенными в табл. 1 для наиболее распространенных сечений проводов. Наибольшие длины линий для напряжений 220 кВ и выше указаны с учетом сооружения промежуточных переключательных пунктов или подстанций с установкой на них КУ.
Таблица 1
Номинальное напряжение, кВ |
Номинальное напряжение, кВ |
Наименование параметра | Значение | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Номинальное напряжение, кВ | 110, 220, 330, 500 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Испытательные напряжения | по ГОСТ 1516.3-96 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Номинальная реактивная мощность (потребляемая) при номинальном напряжении, Мвар | 25. 160 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Быстродействие УШРТ: — время изменения мощности УШРТ в пределах плавного диапазона регулирования, не более, с — отработка скачка напряжения уставки, не более, с до уровня 0,9 до установившегося значения с точностью 0,05 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Диапазон изменения уставки по напряжению | ±10% Uном | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Диапазон изменения статизма характеристики | 1. 10% | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пофазное регулирование реактивной мощности | возможно | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Суммарные потери в номинальном режиме, % от номинальной мощности, не более | 0,55…0,8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В нормальных режимах работы УШРТ содержание высших гармоник в его токе в % от величины тока УШРТ в режимах полного потребления, не более |
Тип УШР | Исполнение | Мощность и напряж. | Производители | Где введены | Кол. |
Регулирование переключением отпаек | Одна обмотка с РПН | 180 МВА, 330 кВ | Зап. Европа | Беларусь | 1 |
130 МВА, 240, 400 кВ | АВВ, Alstom | США, Канада, Европа, Азия, Африка | 20 | ||
Трансформаторного типа (УШРТ), мощность управления составляет 100% номинальной мощности УШР | Трансформатор с напр. КЗ 100% и тиристорные ключи на номинальную мощность УШРТ | 50 МВА, 420 кВ | Индия | Индия | 1 |
60 МВА, 230 кВ | «Запорож- трансформатор» и «АнсальдоВЭИ» | Ангола | 1 | ||
25 МВА, 110 кВ | «Белоозерский ЭМЗ» и «Инеркомсервис» | Россия, ПС «Прогресс» и ПС «Кириловская» | 2 | ||
180 МВА, 500 кВ | «Тольяттинский Трансформатор» | Россия, ПС «Пенза-2» | 1 | ||
Управляемые подмагничиванием стержней магнитопровода, мощность управления составляет 1–2% от номинальной мощности УШР | С двумя обмотками, совмещ. СО и ОУ | 180 МВА, 500 кВ | «ЭЛЕКТРОЗАВОД» | Россия, ПС«Нелым» | 1 |
С одной обмоткой | 3,3 МВА, 6–10 кВ | Раменский завод «Энергия», ООО «Энергия-Т» | Россия, Монголия | 3 | |
Схема Фридлендера, с тремя обм., 2 магнит. | До 100 МВА, 400 кВ | Англия, GEC | Англия | 3 | |
С двумя обмотками, совмещ. ОУ и КО | 10–25 МВА, 35–110 кВ | «Запорож- трансформатор», ЭЛУР, г. Москва | Россия, Казахстан, Беларусь, Литва, Ангола | 39 | |
С тремя отдельными обмотками | 63–180 МВА, 110–500 кВ | 52 |
Примечание. Количество УШР с РПН приведено ориентировочно, поскольку полная статистика отсутствует.
Количество реакторов по схеме Фридлендера соответствует числу оставшихся в эксплуатации на 2013 год.
Следует отметить, что управляемые подмагничиванием реакторы по схеме Фридлендера давно не выпускаются. УШР на основе ШР с РПН до настоящего времени не нашли массового применения в сетях высокого (ВН) и сверхвысокого (СВН) напряжения. УШР данного типа применяют в странах Северной Америки и Западной Европы в основном для сезонного и суточного регулирования напряжения, т. к. они имеют низкую скорость регулирования (изменение мощности от минимального до максимального значения требует 3–5 мин.), связанную с механическими характеристиками РПН и ограничениями по ресурсу переключений [4]. Диапазон регулирования мощности УШР на основе ШР с РПН составляет не более 60%.
УШР на базе дугогасящих реакторов типа РУОМ производства Раменского завода «Энергия» имели единичное применение в связи с малой мощностью и отсутствием серийного производства УШР в трехфазном исполнении.
Из табл. 1 следует, что плавное регулирование реактивной мощности и напряжения с достаточным быстродействием способны обеспечить УШР с подмагничиванием или управляемые реакторы трансформаторного типа (УШРТ), регулирование которых обеспечивается тиристорной группой на полную мощность реактора. Производство подмагничиваемых реакторов освоено в настоящее время на двух заводах – «Запорожтрансформатор» (ЗТР) и «ЭЛЕКТРОЗАВОД». УШРТ большой мощности напряжением до 500 кВ может производить «Тольяттинский трансформатор» (ТТ) совместно с НТЦ ФСК ЕЭС (в части тиристорных преобразователей с системой управления).
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕАКТОРОВ
В табл. 2 приведены сравнительные технические характеристики управляемых реакторов напряжением 500 кВ, мощностью 180 МВАр трех производителей. Можно сделать вывод, что основные параметры электромагнитной части (ЭМЧ) примерно одинаковы для всех заводов. В целом УШРТ отличается более высоким быстродействием в силу своего принципа действия и использования тиристорных ключей на полную мощность.
Таблица 2. Технические характеристики управляемых реакторов напряжением 500 кВ, мощностью 180 МВАр.
№ п/п | Технические характеристики (наименование параметра) | РТУ-180000/500 | УШРТ-180000/500 | УНШРТД- 180000/500 | |
1 | Основные параметры | ||||
1.1 | Изготовитель | «Запорожтрансформатор» | «Тольяттинский Трансформатор» (ЭМЧ) | «ЭЛЕКТРОЗАВОД» | |
1.2 | Режим заземления нейтрали | Глухозаземленная | Глухозаземленная | Через реактор | |
1.3 | Минимальное время изменения мощности от 5 до 100% или обратно, с | 0,3 | 0,03 | 0,3 | |
1.4 | Допустимая перегрузка по мощности (не более 20 мин), % от номинальной мощности (при наибольшем рабочем напряжении) | 30 | — | 30 | |
1.5 | Допустимая перегрузка по току сетевой обмотки (не более 20 мин), % от номинального тока (при напряжении сети не ниже номинального) | 20 | — | 20 | |
1.6 | Рабочий диапазон плавного регулирования потребляемой мощности, % | 2. 130 | 1. 100 | 5. 130 | |
1.7 | Амплитуда любой высшей гармоники при синусоидальном напряжении, % от номинального тока, не более | в номинальном режиме | 0,5 | 0 | 0,5 |
во всем рабочем диапазоне | 3 | 2,5 | 2 | ||
1.8 | Полные потери мощности в ЭМЧ, в номинальном режиме, кВт | 900 | 870 | 600 | |
1.9 | Потери мощности в ЭМЧ в режиме ХХ, кВт | 120 | 105 | 150 | |
1.10 | Двойная амплитуда вибрации на стенке бака, мкм, не более | 100 | 85 | 100 | |
1.11 | Скорректированный уровень звуковой мощности при номинальном токе на расстоянии 0,3 м от контура реактора, дБ(А) | 100 | 98 | 100 | |
2 | Конструктивные параметры | ||||
2.1 | Исполнение | Однофазное / трехфазное | Однофазное | Однофазное | |
2.2 | Количество обмоток | 3 | 3 | 2 | |
2.3 | Группа соединений обмоток | Yн/D-11(СО/КО) | Yн/D-Y-11-1 (СО/ВО1-ВО2) | Y-Y/D-11(СО/КО) | |
2.4 | Необходимость ФКУ | Нет | Нет | Нет | |
2.5 | Габаритные размеры в сборе (ДхШхВ), мм | однофазный | 8400/6320/11600 | 6950/5590/10240 | 6580/4040/9980 |
трехфазный | 13100/8400/10750 | — | — | ||
2.6 | Масса электромагнитной части в сборе, т | однофазный | 152 | 142 | 132 |
трехфазный | 334 | — | — | ||
3 | Преобразовательный блок / тиристорная группа | ||||
3.1 | Номинальное напряжение преобразователя (тиристорно- реакторной группы), кВ | в стац. режиме | 0,54 | Номинальное напряжение вентильных обмоток 20,4 х 2 | 0,9 |
в динам. режиме | 1,45 | 14,3 | |||
3.2 | Номинальная мощность преобразователя (тиристорной группы), кВА | 1000 | 180000 | 5500 | |
3.3 | Ток преобразователя / тиристорной группы в номинальном режиме, А | 2000 | 1470 | 300 | |
3.4 | Потери мощности в номинальном режиме, кВт | 21 | 360 | 25 | |
3.5 | Количество преобразователей, шт. | 3 | 1 (два по 90 МВА) | 1 | |
3.6 | Габариты преобразовательного блока / тиристорной группы, мм | 3145х2680х2450 | 2900х2400х12200* | 2550х2700х7600** | |
3.7 | Полная масса преобразовательного блока / тиристорной группы, кг | 5950 (с питающим ТМ) | 1700*** | 6100 (без питающего ТМ) |
* Контейнер, в котором установлены: тиристорный преобразователь с системой управления, системой охлаждения и коммутационной аппаратурой на стороне НН.
** Контейнер, в котором установлены: тиристорный преобразователь с системой управления и системой охлаждения, а также защитные конденсаторная батарея и реакторы.
*** Масса тиристорного вентиля.
Однако это предопределяет большую стоимость производства и эксплуатации УШРТ, а также увеличенные в сравнении с двумя другими УШР общие потери [5].
УШР «ЭЛЕКТРОЗАВОДа» за счет совмещения сетевой обмотки с обмоткой управления, рабочих стержней, состоящих из секций (дисков) с радиальной шихтовкой пластин, формирующих стержень переменного сечения с распределенными зазорами, имеет несколько большую (по сравнению с УШР ЗТР) мощность системы подмагничивания и меньший диапазон регулирования за счет более высокого значения тока холостого хода (ХХ) [6]. Технология изготовления таких стержней магнитопровода сложнее и более затратна, чем у двух других производителей, использующих традиционные плоскошихтованные трансформаторные конструкции электромагнитной части, однако обеспечивает меньшую массу и габариты реактора, меньшие потери и более низкий уровень высших гармоник тока реактора без применения внешних силовых фильтров [7].
Реакторы ЗТР имеют наименьшую мощность управления со стопроцентным ее резервированием и категорией размещения УХЛ в масляном баке обычного серийного трансформатора мощностью 1000 кВА. На ЗТР освоено также производство реакторов этого класса напряжения в трехфазном исполнении, габариты и стоимость которых значительно меньше, чем группы из трех фаз по 60 МВАр (тем более при наличии резервной фазы).
Число УШР 500 кВ, поставленных в сети России и Казахстана компаниями ЗТР, ЭЛУР, «ЭЛЕКТРОЗАВОД», ТТ, уже достигло 20 (табл. 3). Половина из них подключена в качестве линейных, то есть кроме компенсации зарядной мощности и повышения пропускной способности ВЛ они выполняют все функции обычных неуправляемых ШР: опробование линии, участие в циклах АПВ (ОАПВ), ограничение повышения напряжений [8, 9].
Таблица 3. УШР 500 кВ, поставленные в сети России и Казахстана
№ п/п | Подстанция | Заказчик | Схема включения | Изготовитель | Год поставки |
1 | Таврическая | МЭС Сибири | Шинный | ЗТР, ЭЛУР | 2005 |
2 | Барабинская | МЭС Сибири | Линейный | ЗТР, ЭЛУР | 2006 |
3 | Иртыш | МЭС Западной Сибири | Шинный | ЗТР, ЭЛУР | 2009 |
4 | Томская | МЭС Сибири | Шинный | ЗТР, ЭЛУР | 2009 |
5 | Лозовая | МЭС Востока | Линейный | ЗТР, ЭЛУР | 2009 |
6 | Ангара | МЭС Сибири | Шинный | ЗТР, ЭЛУР | 2010 |
7 | Камала | МЭС Сибири | Линейный | ЗТР, ЭЛУР | 2010 |
8 | Амурская | МЭС Востока | Линейный | ЗТР, ЭЛУР | 2010 |
9 | Луговая | МЭС Западной Сибири | Линейный | ЗТР, ЭЛУР | 2011 |
10 | Удмуртская | МЭС Урала | Шинный | ЗТР, ЭЛУР | 2011 |
11 | Тайшет | МЭС Сибири | Шинный | ЗТР, ЭЛУР | 2011 |
12 | Восход | МЭС Сибири | Линейный | ЗТР, ЭЛУР | 2012 |
13 | Озерная | МЭС Сибири | Линейный | ЗТР, ЭЛУР | 2012 |
14 | Озерная-2 | МЭС Сибири | Линейный | ЗТР, ЭЛУР | 2013 |
15 | Агадырь | АО «КЕГОК» | Шинный (3-фазный) | ЗТР | 2008 |
16 | Агадырь-2 | АО «КЕГОК» | Шинный (3-фазный) | ЗТР | 2009 |
17 | ЮК ГРЭС | АО «КЕГОК» | Шинный (3-фазный) | ЗТР | 2009 |
18 | Аксусская | АО «ЕЭК» | Линейный | ЗТР | 2009 |
19 | Нелым | МЭС Западной Сибири | Линейный | ЭЛЕКТРОЗАВОД | 2009 |
20 | Пенза-2 | МЭС Волги | Шинный | ТТ (УШРТ) | 2013 |
Быстродействие линейных управляемых подмагничиванием реакторов серии РТУ, или минимальное время изменения мощности от минимальной до номинальной либо обратно, в соответствии с утвержденными требованиями ФСК ЕЭС, составляет 0,3 сек. Опыт эксплуатации этих реакторов не выявил каких-либо режимов работы, при которых требовалось бы более высокое быстродействие. Т.е. подтверждаются выводы исследований, проведенных специалистами СПбГТУ, что более высокое быстродействие средств компенсации реактивной мощности (СКРМ) в энергосистемах не требуется, в том числе при использовании УШР на транзитных линиях СВН или в автономных системах с преобладающей двигательной нагрузкой [10, 11, 12].
Что касается кратковременных значительных снижений напряжения при близких симметричных (трехфазных, т.е. крайне редких) КЗ в сети, то УШР ведет себя при этом так же, как любая другая индуктивная нагрузка. В момент КЗ текущая нагрузка реактора с подмагничиванием безынерционно снизится пропорционально снижению напряжения, после чего дополнительно форсированно будет снижена регулятором САУ (если таковая нагрузка останется и если время отключения КЗ будет существенно больше времени действия основных быстродействующих защит в сети).
Для кратковременных аварийных режимов, когда при затягивании времени отключения КЗ принципиально возможна лавина напряжения, быстродействие УШР с подмагничиванием оказывается вполне достаточным.
В коммутационных процессах включения УШР или опробования ВЛ, в циклах АПВ обеспечивается безынерционный набор номинальной мощности при подаче напряжения за счет предварительного подмагничивания перед включением УШР или ВЛ с УШР [8, 9, 11, 13, 14].
РАЗРАБОТКА И ПРОИЗВОДСТВО
Сроки освоения производства и опыт эксплуатации УШР значительно отличаются у трех рассматриваемых производителей. ТТ начал произвел и поставил свой первый УШРТ 500 кВ на ПС «Пенза-2» в 2013 году. Первый реактор 500 кВ с подмагничиванием производства «ЭЛЕКТРОЗАВОДа» был изготовлен в 2009 году. Серийное производство УШР напряжением от 35 до 500 кВ на ЗТР ведется с 1998 года (номенклатура продукции завода приведена в табл. 4.).
Таблица 4. Номенклатура УШР напряжением от 35 до 500 кВ производства ЗТР
Тип реактора | Мощность, кВА | Напряжение, кВ |
РТУ-25000/35 | 25000 | 38,5 |
РТУ-25000/110 | 25000 | 121 |
РТУ-63000/110 | 63000 | 121 |
РТУ-25000/220 | 25000 | 242 |
РТУ-63000/220 | 63000 | 242 |
РТУ-100000/220 | 100000 | 242 |
РТУ-180000/330 | 180000 | 347 |
РТУ-180000/500 | 3х60000 | 525 |
РТУ-180000/500 | 180000 | 525 |
Следует учитывать, что синхронные компенсаторы (СК), находящиеся в эксплуатации и использующиеся для компенсации реактивной мощности и поддержания напряжения в сетях ВН России и СНГ, практически выработали свой ресурс и в единичных случаях заменяются на СТК. При этом СТК, как и СК, подключаются на обмотку низкого напряжения автотрансформатора или трансформатора. Такое подключение СТК не позволяет использовать их в качестве линейных ШР. Кроме того, СТК дороже в производстве и эксплуатации.
В странах дальнего зарубежья для компенсации реактивной мощности и поддержания напряжения в сетях ВН используются, в основном, СТК. Учитывая, что оборудование, коммутируемое тиристорными ключами в схеме СТК, выполняется на класс напряжения не более 40 кВ, в состав СТК, как правило, входит силовой трансформатор, согласующий уровни напряжения данного оборудования СТК и сети ВН, что увеличивает стоимость всего комплекса оборудования СТК.
В государствах Западной Европы и Америки УШР на принципе подмагничивания магнитопровода постоянным (выпрямленным) током применения пока не нашли. Причин этому много. Можно отметить следующие:
Ситуация будет изменяться, если наши заводы-производители будут стремиться выйти с этим оборудованием на рынки зарубежных стран. Кроме того, чем шире УШР будут применяться в сетях России, чем больше информации о них будет доходить до зарубежных энергокомпаний.
В связи с бурным развитием распределенной энергетики, прежде всего ветроэнергетики, характеризующейся переменным графиком выдачи мощности и, следовательно, нерегулярными изменениями напряжения в сети, интерес к УШР всех типов значительно возрос.
Расширяется география мест установки УШР и область их применения. Наряду с традиционным подключением УШР на промежуточных подстанциях и на воздушных линиях СВН, доказана их эффективность при замене неуправляемых ШР на УШР на шинах электрических станций, при регулировании напряжения и реактивной мощности в автономных энергосистемах, при совместном использовании с УПК и другими СКРМ поперечного или продольного подключения, при выдаче мощности от генераторов так называемой малой энергетики (ветропарков, солнечной электроэнергетики и т. д. [13, 15]).
УШР для сетей 35–220 кВ часто комплектуются и работают параллельно с конденсаторной батареей, обеспечивая плавное регулирование не только потребления, но и выдачи реактивной мощности аналогично СК или СТК [12, 13, 16].
В рабочей группе комитета СИГРЭ по трансформаторам с 2013 года ведется подготовка к выпуску международного стандарта МЭК на УШР. Интерес к установке УШР в своих энергосистемах проявляют многие развитые страны с протяженными электрическими сетями: Аргентина, Бразилия, Перу, ЮАР, ОАЭ, Индия, Китай, ряд стран Европы (Польша, Ирландия, Великобритания) и государства Африки. Так, в Анголе в её сравнительно небольшой энергосистеме, уже находятся в эксплуатации 11 УШР двух типов, в том числе семь – в системообразующей сети СВН напряжением 400 кВ.
КОНСТРУКЦИЯ
Пример установки УШР с подмагничиванием однофазного и трехфазного исполнения приведен на фото 1 и 2. На фото 3 показана магнитная система трехфазного УШР, а на рис. 1 приведена электромагнитная схема трехфазных трехобмоточных УШР серии РТУ напряжением 220 кВ и выше (подробнее см. в [12–14]). Стержни всех фаз магнитопровода разделены на два полустержня, на каждом из которых размещаются секции компенсационной обмотки (КО), соединенной в «треугольник». Сверху секций КО располагаются секции обмотки управления (ОУ), включенные в каждой фазе последовательно-встречно к сетевой обмотке (СО) и КО. Выводы всех фаз ОУ соединяются параллельно и подключаются к выводам преобразователей (ТМП).
Фото 1. УШР 500 кВ на ПС «Агадырь»
Фото 2. УШР 500 кВ на ПС «Иртыш»
Фото 3. Магнитная система трехфазного УШР с подмагничиванием
Рис. 1. Электромагнитная схема трехфазного трехобмоточного УШР с подмагничиванием серии РТУ
СО, ОУ и КО – сетевая обмотка, обмотка управления и компенсационная обмотка реактора;
ТМП – трансформатор с преобразователем (основной и резервный);
САУ – система автоматического управления;
ТТ, ТН – трансформаторы тока и напряжения.
Примечание. Начала секций обмоток отмечены звездочкой.
Каждая фаза СО выполняется параллельными ветвями с вводом в середину и наматывается поверх вторичных обмоток с охватом обоих полустержней. СО соединяется в схему «звезда с заземленной нейтралью», подключается к шинам подстанции или к линии и обеспечивает потребление реактивной мощности в соответствии с заданным законом регулирования.
КО с номинальным напряжением 10 кВ, соединенная в «треугольник», выполняет две основные функции: исключение из потребляемого сетевого тока гармоник, кратных трем, и питание основного трансформатора с преобразователем, обеспечивающего требуемый уровень подмагничивания магнитопровода через ОУ.
Поскольку установленная мощность ТМП составляет 1 МВА (номинальный первичный ток менее 60 А), а потребляемая в установившемся номинальном режиме не превышает 300 кВт, КО рассчитывается на длительное протекание максимального тока третьей гармоники и имеет уменьшенное сечение (если на КО не предусматривается другая дополнительная нагрузка, например, при возможном подключении конденсаторной батареи).
Благодаря встречному включению своих секций обмотка управления имеет эквипотенциальные выводы (+) и (–), на которых в нормальных установившихся и переходных режимах отсутствует переменное напряжение от обмоток СО или КО. При закрытых тиристорах основного или резервного ТМП выпрямленное напряжение на этих выводах ОУ также отсутствует, соответственно отсутствует и ток подмагничивания в ОУ, поэтому магнитная система находится в ненасыщенном состоянии, а УШР – в режиме ХХ как обычный трансформатор. По мере открытия тиристоров и роста выпрямленного напряжения нарастает ток подмагничивания в секциях ОУ, в результате чего происходит насыщение стержней магнитопровода и рост потребляемого тока реактора.
Тиристоры основного ТМП (а при его профилактике или неисправности – резервного) управляются от цифровой системы автоматического управления (САУ) по выбранному алгоритму стабилизации напряжения либо поддержания заданного значения потребляемой реактивной мощности. Для реализации этих алгоритмов в САУ подаются сигналы от трансформаторов напряжения и тока, а также уставки регулирования, задаваемые персоналом по указанию диспетчера энергосистемы. После выбора режима и задания требуемых уставок вмешательство персонала в автоматическую работу реактора не требуется.
КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ РЕАКТОРОВ
Реакторы напряжением 500 кВ и выше отличаются по существу только количеством ТМП (добавлен форсировочный преобразователь динамических режимов для обеспечения при необходимости ускоренного набора и сброса мощности за время не более 0,3 сек.) и возможностью однофазного исполнения электромагнитной части. В последнем случае уменьшаются транспортные габариты и имеется возможность заказа резервной фазы. Однако общая площадь, занимаемая на подстанции четырьмя фазами типа РОДУ-60000/500, как и их стоимость, существенно выше, чем для электромагнитной части реактора 500 кВ трехфазного исполнения типа РТДУ-180000/500.
Для снижения потоков рассеивания и потерь бронестержневая магнитная система реактора содержит дополнительные приставные ярма с двух сторон по периметру магнитной системы, которые при насыщении стержней собирают выходящий из них переменный магнитный поток и перенаправляют его в ярма. В первоначальных конструкциях для этого использовались верхние и нижние дополнительные прессующие магнитные кольца для обмоток каждой фазы реактора.
Аналогичные кольцевые магнитные шунты применяют и в конструкции электромагнитной части УШРТ, поскольку по мере закорачивания тиристорами его вторичной обмотки магнитный поток также вытесняется из стержней в пространство между обмотками [17].
В некоторых модификациях УШР серии РТУ сетевая обмотка выполняется без ввода в середину и не имеет параллельных ветвей, что делает невозможным применение поперечной дифференциальной защиты от витковых КЗ. КО уменьшенного сечения в большинстве серийных исполнений делится на секции и размещается первой на полустержнях магнитопровода реактора. В необходимых случаях, например, для исключения экрана между обмотками СО и ОУ, для снижения напряжения КЗ между СО и КО или для увеличения сечения КО с целью подключения к ней значительной дополнительной нагрузки, КО может охватывать оба полустержня и одновременно выполнять функции электростатического экрана между СО и ОУ. Такая же схема расположения обмоток применялась и на пилотных образцах этих УШР.
Конструктивное исполнение УШР с подмагничиванием может у разных производителей иметь различное число обмоток и совмещение функций в одной из них. Реакторы серии РТУ небольшой мощности напряжением 35–110 кВ выполняются двухобмоточными, при этом во вторичной обмотке совмещаются функции ОУ и КО за счет соединения ее по схеме «двойного разомкнутого треугольника» [12, 14].
Дугогасящие реакторы Раменского завода «Энергия» имеют одну обмотку из четырех секций, расположенных на двух полустержнях и соединенных по схеме «восьмерка».
В двухобмоточных УШР «ЭЛЕКТРОЗАВОДА» СО совмещена с ОУ, что дает снижение потерь и уменьшение габаритов. Схема такого УШР приведена на рис. 2. [7].
Рис. 2. Схема двухобмоточного управляемого реактора производства ОАО «ЭЛЕКТРОЗАВОД»
УВ – управляемый выпрямитель;
СУ – система управления;
НР – нейтральный реактор;
ПТ – преобразовательный трансформатор;
КО – компенсационная обмотка (на рисунке не показана).
УШРТ также имеют различные модификации по исполнению электромагнитной части и тиристорной группы [5, 18]. Первые из них выполнялись трехобмоточными, при этом компенсационная обмотка также соединялась в «треугольник» и содержала дополнительные фильтры 5-й и 7-й гармоник (рис. 3) [17]. УШРТ напряжением 500 кВ производства «Тольяттинского трансформатора» выполняется без КО, то есть двухобмоточным, однако имеет при этом расщепленную вторичную обмотку ОУ с соединением ее секций в трехфазные группы «звезда» и «треугольник», к каждой из которых подключается свой преобразователь. Сдвиг фаз напряжений обмоток в 30 градусов позволяет получить двенадцатифазную схему, обеспечивающую более низкий уровень гармоник и возможность исключить дополнительные КО и силовые фильтры. Однако за счет разделения преобразователя на две тиристорные группы и усложнения системы управления возрастает его стоимость.
Рис. 3. Однолинейная схема УШРТ
ВТВ – высоковольтный тиристорный вентиль;
Q1, Q2 и Q3 – высоковольтные коммутационные аппараты;
ФКЦ – фильтрокомпенсирующая цепь.
Возможно применение решений, полностью исключающих использование полупроводниковых преобразователей в схеме УШРТ, если в них для управления со стороны вторичной обмотки применить группу коммутаторов и реактивных сопротивлений (индуктивных либо емкостных) с соотношением параметров, пропорциональных значениям степенного ряда 2n. В случаях, когда не требуется непрерывное регулирование тока (мощности), такая схема позволяет обеспечить ступенчатое регулирование тока потребления УШРТ подбором комбинации сопротивлений на выводах обмотки управления при отсутствии его искажений высшими гармониками с допустимой точностью и быстродействием [19].
ВЫВОД
В целом управляемые реакторы как новый вид оборудования для интеллектуальных электрических сетей уже подтвердили свою надежность и эффективность за 15 лет их промышленной эксплуатации, а внедрение УШР в энергосистемы России и других стран активно продолжается.
ЛИТЕРАТУРА
© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна
- для чего нужен шумомер
- для чего нужен шунтирующий резистор