Автореферат (Повышение эффективности применения УШР на ЛЭП 500 кВ и ПС 110 кВ электроэнергетической системы)

На правах рукописиКондратенко Денис ВалерьевичПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УШР НА ЛЭП 500КВ И ПС 110 КВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫСпециальность 05.14.02 – Электрические станциии электроэнергетические системыАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2015Работа выполненана кафедре «Электроэнергетические системы»Федерального государственного бюджетного образовательного учреждениявысшего профессионального образования «Национальный исследовательскийуниверситет «МЭИ».Научный руководитель:доктор технических наук,Долгополов Андрей ГеннадьевичОфициальные оппоненты:Качесов Владимир Егорович,доктор технических наук, доцент,ФГБОУ ВПО «НГТУ», профессоркафедры ««Техника и электрофизикавысоких напряжений»Ивакин Виктор Николаевич,кандидат технических наук,ОАО «Электрозавод», заместительдиректора по науке и инновационнымпрограммамВедущая организация:Открытое акционерное общество«Энергетический институт им.

Г.М.Кржижановского» Защита состоится «22» мая 2015 г. в 1500 в аудитории Г-200 на заседаниидиссертационного совета Д 212.157.03 при ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» поадресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 17.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ «МЭИ» и на сайтеwww.mpei.ruОтзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные печатью, просимнаправлять по адресу: 111250, Москва, ул.

Красноказарменная, д. 14, Ученыйсовет НИУ «МЭИ».Автореферат разослан « ___ » ______________ 2015 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.157.03кандидат технических наукДичина О.В.2  ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьисследования.Несмотрянаимеющийсяпятнадцатилетний опыт применения управляемых шунтирующих реакторов(УШР) 35-500 кВ в электрических сетях России, остается ряд задач, которыйкасается надежной и эффективной работы электрической сети с учетомустановленных в ней УШР.Опыт взаимодействия с проектными организациями, а также практикаэксплуатации управляемых реакторов показывает, что применение УШР налинии 500 кВ вызывает у специалистов ряд вопросов относительно учетавлияния подобных устройств на протекающие в сети процессы внеполнофазных режимах работы линии, например в цикле однофазногоавтоматического повторного включения (ОАПВ).

Кроме того, применениеуниверсальных алгоритмов управления, которые традиционно закладываются вавтоматику реактора, может приводить к неуспешному трехфазномуавтоматическому повторному включению (ТАПВ) линии 500 кВ.Таким образом, возникает необходимость в разработке рекомендаций поучету УШР 500 кВ в циклах ОАПВ, а также в разработке алгоритмов имероприятий, касающихся надежного применения УШР в цикле ТАПВ линии500 кВ.В настоящее время специалисты сетевых компаний, которыетрадиционного рассматривают УШР в проектах как средство стабилизациинапряжения в точке подключения, путем применения УШР пытаются решатьвопросы, связанные с устойчивостью двигательной нагрузки.

В связи с этим,возможность увеличения быстродействия реактора является важным критериемувеличения эффективности применения УШР 110 кВ на ПС 110 кВ.Целью работы является разработка способов и алгоритмов болееэффективного использования УШР в электрической сети на основематематическогомоделированияуправляемыхподмагничиваниемшунтирующих реакторов для исследования коммутационных и динамическихрежимов работы УШР в составе электроэнергетической системы.Задачи исследования, решенные для достижения поставленной цели:1. Разработать имитационные модели серийных УШР 500 кВ и 110 кВ вграфической среде Simulink (Matlab).2. Исследовать влияние УШР на процессы, протекающие в цикле ОАПВлинии 500 кВ и разработать аналитические выражения, определяющиеэффективность использования линейных УШР с точки зрения ограничения токаподпитки дуги в месте КЗ и восстанавливающегося напряжения 50 Гц наотключенной фазе после гашения дуги.3  3.

Исследовать процессы в УШР 500 кВ и разработать на их основемероприятия, позволяющие обеспечить надежность оборудования реактора, иалгоритмы, повышающие эффективность использования реактора в циклеТАПВ линии.4. Исследовать процессы, протекающие в УШР 110 кВ и определитьфакторы, ограничивающие возможность увеличения быстродействия.Разработать решение по увеличению быстродействия управляемого реактора110 кВ.5. Рассмотреть возможность повышения эффективности использованияУШР на ПС 110 кВ путем отказа от предварительного подмагничиванияреактора перед подачей на него напряжения.Научная новизна.1.

Впервыеразработаныимитационныемоделиуправляемыхподмагничиванием шунтирующих реакторов в среде Simulink, учитывающиеконструктивные и схемотехнические особенности УШР, которые применяютсяв энергосистеме в настоящее время.2. Получены уточненные выражения, учитывающие передаваемую полинии мощность (угол передачи мощности) и определяющие эффективностьиспользования УШР в цикле ОАПВ с точки зрения ограничения тока подпиткидуги места КЗ и восстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазепосле гашения дуги.3. Выявлено количественное влияние степени намагничивания стержнеймагнитной системы УШР на значения амплитуды и энергии коммутационныхвоздействий на выводах обмотки управления УШР 500 кВ в циклах ТАПВ.4. Выявлены закономерности, влияющие на время необходимогоподмагничивания УШР в течение бестоковой паузы ТАПВ линии с реактором.5.

На основании анализа динамических процессов в УШР 110 кВ при егоработе с электрической сетью определены факторы, ограничивающиевозможность увеличения быстродействия реактора и оценена возможностьулучшения характеристик быстродействия реактора без изменения егоконструкции.6. Дана оценка возникающих на выводах обмотки управления напряженийпри включении УШР 110 кВ, определена и доказана возможность включенияУШР 110 кВ в сеть без предварительного подмагничивания.Практическая ценность работы.1.

Созданные для анализа коммутационных и динамических процессов вуправляемых реакторах при их работе на ВЛ 500 кВ и ПС 110 кВ4  имитационные модели могут быть использованы в дальнейшем для решениядругих задач.2. Представленные аналитические выражения, которые учитываютразличный состав линейного оборудования, а также зависимость отпередаваемой по линии мощности,позволяют оценить эффективностьмероприятий в цикле ОАПВ линии с УШР, связанных с ограничением токаподпитки места короткого замыкания и восстанавливающегося напряжения 50Гц на отключенной фазе после гашения дуги.3. Сформулированныетребованиякнелинейнымограничителямперенапряжения гарантируют надежную защиту полупроводниковыхпреобразователей при включении управляемого реактора 500 кВ в сеть безпредварительного подмагничивания. Изготовленные в соответствии стребованиями ОПН применены на введенных в эксплуатацию УШР 500 кВ ПСАмурская и ПС Лозовая.4.

Разработанный и примененный на действующих объектах алгоритмуправления УШР 500 кВ позволяет снизить время, за которое обеспечиваетсяготовность реактора к повторному включению в сеть в режиме ТАПВ.5. Разработанный и запатентованный способ позволяет значительноувеличить быстродействие УШР 110 кВ типовой конструкции.6.

Доказано отсутствие возможности появления опасных с точки зренияоборудования УШР 110 кВ перенапряжений на выводах обмотки управленияпри включении реактора в сеть без предварительного подмагничивания, чтоснимает ограничения на включение реактора в сеть для ПС с одностороннимпитанием.Основные положения, выносимые на защиту. 1. Имитационные модели управляемых подмагничиванием шунтирующихреакторов 500 и 110 кВ.2. Уточненные аналитические выражения для оценки влияния УШР 500 кВна величину тока подпитки дуги однофазного короткого замыкания ивосстанавливающегося напряжения 50 Гц на отключенной фазе в циклеоднофазного автоматического повторного включения.3. Результаты исследования процессов в УШР с учетом различной степенинамагничивания магнитопровода реактора и требования к нелинейнымограничителямперенапряжения,которыеобеспечиваютзащитуполупроводниковых преобразователей при включении управляемого реактора500 кВ в сеть без предварительного подмагничивания.4.

Алгоритм управления УШР 500 кВ в цикле трехфазного автоматическогоповторного включения.5  5. Результаты исследований динамических режимов УШР, мероприятия поповышению быстродействия, а также способ, позволяющий значительноповысить быстродействие УШР 110 кВ типовой конструкции.6. Результаты расчетного исследования, доказывающие отсутствиевозможности появления опасных, с точки зрения преобразовательного блокаУШР, перенапряжений на выводах ОУ при включении реактора в сеть безпредварительного подмагничивания.В-----Личный вклад соискателя.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 c среде Simulink и Nrast вкоммутационных режимах его работы и анализ величины и энергетики появляющихся на выводах обмотки управления напряжений;в публикациях [3],[16] - оценка эффективного использования УШР в циклеОАПВ 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 процессапредварительного подмагничивания УШР, а так же разработка на их основеалгоритма управления УШР 500 кВ, позволяющего снизить время обеспечения готовности реактора к повторному включению в сеть в режиме ТАПВлинии;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 фундаментальныхположениях теории электромагнитного поля, электрических и магнитныхцепей, электрических машин, дифференциальных уравнений и компьютерногомоделирования.Достоверность результатов. Достоверность результатов подтверждаетсякорректным использованием основных положений теории электромагнитногополя, электрических и магнитных цепей. Результаты, полученные наимитационной модели расчетным путем, сопоставлены и совпадают сэкспериментальными данными, данными, полученными в ходе эксплуатацииоборудования и данными завода-изготовителя, а также результатами сетевыхиспытаний УШР с участием автора.6  Апробация результатов работы. Основные положения диссертационнойработы докладывались и обсуждались на:- Международная Ассоциация делового сотрудничества по трансформаторам,высоковольтной аппаратуре, электротехнической керамике и другимкомплектующим изделиям и материалам "ТРАВЭК".

Силовые трансформаторыи системы диагностики (Москва, 2010 г).- Международная Ассоциация делового сотрудничества по трансформаторам,высоковольтной аппаратуре, электротехнической керамике и другимкомплектующим изделиям и материалам "ТРАВЭК". Силовые трансформаторы(Москва, 2011 г).- Международный энергетический форум UPGrid (Москва, 2012 г).Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, изних 5 работ в журналах, входящих в перечень рецензируемых научныхизданий, монография и патент РФ, опубликованный в Бюл. №3 от 27.01.2013 г.