Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Эффективным методом повышения пропускной способности участков железных дорог является повышение минимального уровня напряжения в контактной сети и снижение загрузки элементов системы тягового электроснабжения путём применения средств компенсации реактивной мощности. Помимо повышения пропускной и провозной способности, внедрение средств компенсации решает также такие вопросы, как снижение потребления реактивной мощности, следовательно, - снижение потерь электроэнергии в тяговой сети и понижающих трансформаторах и повышении качества электроэнергии.

К техническим средствам компенсации реактивной мощности относятся следующие виды компенсирующих устройств: конденсаторные батареи, синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности и др. Однако, данные устройства имеют множество существенных недостатков и начинают морально устаревать.

На сегодняшний день, благодаря бурному развитию микроэлектроники и компьютерной техники, появился альтернативный метод компенсации реактивной мощности, увеличения количества передаваемой потребителям электроэнергии, заключающийся в расширении гибкости и управляемости системы электроснабжения. Это стало возможным благодаря специальным управляемым устройствам гибких систем передачи переменного тока или FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems).

Основной задачей технологии FACTS является обеспечение научно-технического прорыва в электроэнергетике для улучшения управления перетоками мощности как в нормальном, так и в послеаварийном режимах работы электроэнергетической системы. Изменение перетоков обеспечивается за счет управления взаимосвязанными параметрами, определяющими функционирование электропередач, такими как реактивное сопротивление, ток, напряжение, углы фазовых сдвигов в узлах сети.

Применение FACTS технологии позволит повысить управляемость сети, уменьшить потери электроэнергии в сети, оптимизировать работу электростанций в периоды минимальных и максимальных нагрузок. Данные устройства обладают высоким быстродействием, что обеспечивает управление перетоками мощности в режиме реального времени.

Имеющийся отечественный и мировой опыт эксплуатации устройств гибких электропередач показывает техническую и экономическую эффективность их применения в электрических сетях с различной конфигурацией. А крупнейшие мировые электротехнические фирмы ведут активные разработки по усовершенствованию данной технологии.

Так как сложность расчетов системы тягового электроснабжения заключается в многообразии изменяющихся параметров (ток, напряжение контактной сети и т.п.), и зависимости их от большого числа внешних факторов (схем включения, климатических условий и т.д.), то расчёт ведётся с использованием современного программного комплекса КОРТЭС, что позволяет максимально приблизить результаты расчета к реальным условиям эксплуатации.

Также производится оценка экономической эффективности применения компенсирующих устройств и расчёт сроков окупаемости. Рассмотрены вопросы электробезопасности при работах в электроустановках. Разработаны мероприятия по безопасности жизнедеятельности при обслуживании и эксплуатации тяговой подстанции.

1. ГИБКИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И АКТУАЛЬНОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Традиционный способ передачи электрической энергии основан на использовании линий электропередачи с неизменными параметрами, что вызывает ряд трудностей в эксплуатации энергосистем [1]. В связи с этим уже в течение многих лет развиваются технические средства, обеспечивающие возможность изменения параметров линий в зависимости от режимов их работы [2]. Их комплексное применение для регулирования параметров линий получило в мировой классификации название Flexible Alternating Current Transmission System (FACTS) или в переводе на русский язык — гибкие электропередачи переменного тока (ГЭП).

ГЭП — это система электропередачи переменного тока, оснащенная группой устройств (на базе управляемых силовых вентилей, реакторов и конденсаторов), позволяющих:

• плавным (или ступенчатым) изменением величины и фазы (угла сдвига) напряжения в электрических узлах регулировать поток мощности по линиям;

• плавным (или ступенчатым) изменением величины эквивалентного реактивного сопротивления линии изменять её пропускную способность;

• управляя потоками мощности по линиям, влиять на рынок электрической мощности и энергии;

• оптимизировать распределение потока мощности между ЛЭП разного класса напряжения, минимизируя потери энергии в сети;

• облегчить условия коммутации ЛЭП и снизить послеаварийные и нерегулярные колебания в сети;

• обеспечить удовлетворительное качество электроэнергии.

Основные идеи управляемых электропередач были предложены и разработаны советскими исследователями [3,4 и др.]. Сегодня эти идеи активно реализуются за рубежом на базе современной преобразовательной техники.

Термин FACTS появился в середине 80-х гг. прошлого столетия в связи с разработками европейских и североамериканских специалистов по использованию в передающих системах переменного тока современной силовой электроники [5]. В США исследования в области гибких систем передачи электрической энергии были начаты в 1980-х годах. Центром их проведения является институт EPRI, где главное внимание уделяется технологии и устройствам FACTS на основе последних достижений силовой электроники.

Однако, еще с середины 70-х гг. термины «управляемые» и «гибкие» электропередачи использовались в СССР для наименования конструкций линий электропередачи (ЛЭП) переменного тока повышенной пропускной способности и сниженного экологического влияния:

- управляемых самокомпенсирующихся (полуразомкнутых) ЛЭП со сближенными цепями;

- с регулируемым фазовым сдвигом между системами напряжений цепей;

- с регулируемыми устройствами продольной и поперечной компенсации;

- компактных ЛЭП со сближенными фазами;

- нетрадиционными конструкцией опор и расположением проводов в фазе;

- настроенных на полуволну ЛЭП и др.

Глубокие исследования в этой области проводились в 70-90-ые гг. учеными научных школ Москвы, Ленинграда, Кишинева, Минска, Новосибирска; ими был сделан серьезный вклад в теорию управляемых гибких электропередач, предложены оригинальные конструктивные решения, начат переход к практике проектирования и эксплуатации опытных компактных ЛЭП.

В настоящее время в свете новых подходов к энергобезопасности, актуальности проблемы безаварийного функционирования национальных и региональных электроэнергетических систем (ЭЭС), формирования мирового рынка электроэнергии интерес к практическому внедрению управляемых гибких ЛЭП в качестве активных элементов ЭЭС резко возрос. Причем само понятие FACTS, условия и целесообразность применения в электрических сетях и энергоисточниках, входящих в эту категорию технологий и устройств, стали предметом активных дискуссий. Прогресс, достигнутый в разработке мощных преобразовательных устройств нового класса на основе запираемых тиристоров и биполярных транзисторов, позволяет констатировать появление новых перспектив применения FACTS в ЭЭС. Суть этих перспектив — использование современной силовой электроники в ЭЭС для практически безинерционного, в режиме «online» управления параметрами структур генерации, передачи и потребления приводит к качественно новым свойствам каждой из указанных структур в отдельности и ЭЭС в целом.

1. FACTS в электрических сетях

Традиционно ЛЭП являлись «пассивными» элементами ЭЭС. Применяемые в них средства регулирования (устройства продольной и поперечной компенсации, настройки на режим полуволны) имели целью увеличить предел передаваемой мощности, поддержать напряжение вдоль линии в соответствии с допустимыми значениями. Благодаря устройствам FACTS электропередачи могут использоваться как активные элементы ЭЭС. ЛЭП приобретают свойство оперативно, практически безинерционно, изменять свои параметры (удельные сопротивления, проводимости, пропускную способность и др.) по определенным законам, т.е. «гибкие» электропередачи становятся реально управляемыми и могут быть использованы для управления ЭЭС в нормальных и аварийных режимах. Это открывает новые возможности решения проблем устойчивости и управления ЭЭС, повышения надежности электроснабжения потребителей. Гибкая линия определяется как линия переменного тока, оснащенная устройствами, позволяющими изменять ее параметры и регулировать передаваемую по ней мощность. Поэтому насыщение ЭЭС устройствами FACTS можно рассматривать в качестве альтернативы сооружению новых электропередач [6,7,8].

Технологии FACTS, в отличие от традиционных, многофункциональны и способны одновременно решать комплекс задач:

- повышать пропускную способность ЛЭП, вплоть до предела по нагреву проводов;

- обеспечивать устойчивую работу энергосистемы при различных возмущениях;

- распределять мощности в сложной неоднородной электрической сети в соответствии с требованиями диспетчера;

- стабилизировать и регулировать напряжение.

Принцип действия гибких электропередач основан на регулировании перетоков мощности путём:

- изменения реактивного сопротивления линий электропередачи;

- стабилизации напряжения в узлах энергосистемы, как в нормальных установившихся режимах, так и в послеаварийных режимах, когда величина напряжения может достигнуть критически низких значений;

- изменения угла фазового сдвига между напряжениями в начале и в конце линии;

- совместной реализацией этих способов.

В ряде зарубежных работ авторы делят устройства FACTS на два поколения, исходя из их полупроводниковой элементной базы и хронологии их применения в ЭЭС. Первое поколение устройств основывается на использовании накопителей энергии электромагнитного поля и обычных тиристоров, способных заменить механические выключатели. К устройствам FACTS первого поколения (FACTS –1) относят устройства, обеспечивающие регулирование напряжения (реактивной мощности) и обеспечивающие требуемую степень компенсации реактивной мощности в электрических сетях (статические тиристорные компенсаторы (СТК), реактор с тиристорным управлением, стационарный последовательный конденсатор с тиристорным управлением, и др.).

Второе поколение устройств FACTS (FACTS-2) включает источники напряжения. Данные устройства выполнены на базе инвертора напряжения с использованием полностью управляемых вентилей: запираемых тиристоров GTO или биполярных транзисторов IGBT, способных осуществить коммутацию тока в любой момент времени [9,10,11].

FACTS-2 обладают новым качеством регулирования – векторным, когда регулируется не только величина, но и фаза вектора напряжения электрической сети. К устройствам этого поколения относят: синхронный статический компенсатор (СТАТКОМ), объединенный регулятор потоков мощности (ОРПМ), вставка постоянного тока на базе преобразователя напряжения (ВПТН), фазоповоротные устройства (ФПУ), асинхронизированный синхронный компенсатор (АСК), асинхронизированный синхронный электромеханический преобразователь частоты (АС ЭМПЧ) и др.

Устройства, которые вошли в технологию ГЭП, способны управлять взаимосвязанными параметрами, определяющими функционирование электропередач. Управление потоками мощности в линиях электропередачи связано с воздействием на один из этих параметров: комплексное сопротивление линии электропередачи, модуль напряжения и угол фазового сдвига между напряжениями по концам линии.

Векторное регулирование – это новое качество управления режимами работы электроэнергетических систем. Это регулирование не только величины напряжения, но и фазового угла (величины сопротивления электропередачи), которое в полной мере решает проблемы функционирования электроэнергетических систем в отношении устойчивости и достигает своей цели, если оно быстродействующее.

1. Классификация устройств FACTS

По способу подключения в схему устройства FACTS можно разделить на три группы:

а) Устройства регулирования параметров сети (сопротивления сети), подключаемые последовательно в сеть, предназначенные для изменения пропускной способности сети (увеличения вплоть до ограничения по нагреву без нарушения условий устойчивости), перераспределения потоков мощности по параллельным линиям при изменении режима работы электрической сети;

б) Устройства регулирования (компенсации) реактивной мощности и напряжения, подключаемые к сети параллельно, предназначенные для поддержания уровней напряжения в электрических сетях 110-750 кВ, управления перетоками мощности между энергосистемами, повышения пропускной способности ЛЭП, статической и динамической устойчивости энергосистем;

в) Устройства продольно-поперечного включения, осуществляющие векторное регулирование, т.е. изменяющие не только величину вектора напряжения, но и его фазу в месте подключения.

По принципу действия устройства FACTS делятся на статические и электромашинные.

К статическим относятся:

а) Управляемые шунтирующие реакторы (УШР), реализованные по принципу магнитного усилителя (УШРП) или трансформаторного типа (УШРТ или реактор-трансформатор) с тиристорным управлением предназначены для плавного регулирования напряжения (реактивной мощности) при мощностях, протекающих по линиям электропередачи, не превышающих натуральную;

б) Реакторы, коммутируемые вакуумными выключателями (ВРГ), применяются для компенсации зарядной мощности линий электропередачи и в узлах нагрузки для поддержания напряжения в допустимых пределах в установившихся режимах, при мощностях менее натуральной;

в) Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (СТК), состоящие из одной или нескольких тиристорно-реакторных групп и набора фильтрокомпенсирующих цепей, служат для повышения устойчивости и пределов передаваемой по линиям электропередачи мощности. Регулирование напряжения (реактивной мощности) обеспечивается при мощностях как менее, так и более натуральной;

г) Статические компенсаторы реактивной мощности (СТАТКОМ) на базе преобразователя напряжения, применяются для динамической стабилизации напряжения, увеличения пропускной способности ЛЭП, уменьшения колебаний напряжения, повышения устойчивости при электромеханических переходных процессах, улучшения демпфирования энергосистемы;

д) Объединенные регуляторы потока мощности на основе преобразователей напряжения параллельного и последовательного включения, объединенных по цепям постоянного тока (ОРПМ), применяются для комплексного регулирования активной и реактивной мощности и импеданса линии электропередачи;

е) Управляемые и неуправляемые устройства продольной компенсации (УУПК, УПК) регулируют сопротивление ЛЭП, увеличивают пропускную способность, обеспечивают перераспределение мощностей по параллельным линиям, демпфируют низкочастотные колебания мощностей;

ж) Управляемые фазоповоротные устройства (ФПУ) на базе фазосдвигающих трансформаторов с тиристорным управлением или РПН применяются для оптимизации потоков мощности по параллельным ЛЭП и повышения пропускной способности;

з) Вставки постоянного тока на базе преобразователей напряжения (ВПТН) применяются для несинхронного объединения любых энергосистем, в которых необходимо регулирование реактивной мощности;

и) Токоограничивающие устройства (ограничители токов короткого замыкания) применяются для повышения динамической устойчивости за счет уменьшения эквивалентного индуктивного сопротивления и (или) введения активного, уменьшения воздействия токов короткого замыкания на коммутационное оборудование подстанций.

К электромашинным относятся:

Характеристики

Список файлов ВКР