диплом (1219444), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В системообразующих электрических сетях и межсистемных электрических связях режимы работы по реактивной мощности зависят от согласования характеристик трех основных элементов энергосистемы: электрическая станция, линия электропередачи и потребитель. Линию электропередачи можно рассматривать как цепь с распределенными параметрами, в виде множества соединенных последовательно активных, индуктивных и соединенных параллельно емкостных элементов или в виде эквивалентной П-образной схемы с сосредоточенными параметрами. Как было сказано выше передача активной мощности до натурального значения сопровождается генерацией линией реактивной мощности, а свыше натуральной – ее потреблением. Подключение электрической станции к линии электропередачи требует от генераторов потребления этой реактивной мощности (в режимах минимальной нагрузки и холостого хода), что невозможно осуществить из-за нагревов лобовых частей статоров. Поэтому зарядную мощность линий компенсируют реакторами.
Номинальный косинус синхронных генераторов средней мощности определяется величиной cosφ = 0,85, а уменьшение нагрузки генераторов сопровождается увеличением их напряжений. В идеальном случае с точки зрения минимальных потерь электроэнергии в системе: «электростанция – линия электропередачи – потребитель» необходимо создать такие условия, чтобы генераторы станции работали с номинальным cosφ, переток дополнительной по линии реактивной мощности отсутствовал.
Учитывая стоимость строительства воздушных линий и перспективу роста нагрузки, возрастает актуальность максимального использования линий электропередачи путем повышения их пропускной способности за счет применения новых технических средств компенсации реактивной мощности. Переход от нерегулируемых шунтирующих реакторов (ШР) к управляемым шунтирующим реакторам (УШР), а далее к статическим тиристорным компенсаторам (СТК) даёт возможность существенно увеличить передаваемую по линии мощность сверх натурального значения натуральной мощности. До сих пор основными средствами компенсации реактивной мощности в электрических сетях 110–750 кВ, рисунок 8.2, являлись:
1) Нерегулируемые масляные ШР, которые, как правило, устанавливаются на линии электропередач и выполняют несколько функций (компенсация зарядной мощности незагруженных линий, снижение перенапряжений). Однако, ограниченный коммутационный ресурс выключателей и большая мощность коммутируемой ступени снижают эффективность применения ШР при изменениях передаваемой мощности по линии электропередачи;
2) Синхронные компенсаторы (СК) мощностью 50, 100 и 160 МВАр, подключаемые к третичным обмоткам автотрансформаторов 220, 330 и 500 кВ.
Рисунок 8.2 – Пример подстанции с устройствами компенсации
реактивной мощности
Большинство находящихся в эксплуатации синхронных компенсаторов выработали ресурс и требуют замены. Кроме того, СК имеют ограниченный до 40% диапазон на потребление реактивной мощности, а также высокие эксплуатационные затраты. Учитывая новейшие достижения в области статических компенсирующих устройств, модернизация схемы компенсации реактивной мощности на ПС состоит в замене СК на СТК, а линейных нерегулируемых ШР на управляемые УШР, рисунок 8.3.
Такой подход обеспечит оптимальные уровни напряжений на шинах ВН, СН и НН подстанций и на линиях в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах. Как следует из рисунка 8.3, СТК состоит из трех основных частей – модулей: конденсаторной батареи КБ, коммутируемой выключателем или тиристорным вентилем, компенсирующих реакторов ШР, мощность которых изменяется с высоким быстродействием за счет фазового управления тиристорных вентилей ТК.
Модульное построение СТК позволяет осуществить их внедрение поэтапно. В слабо загруженных сетях на первом этапе достаточно включить в работу реакторную часть СТК в виде отдельных вакуумно-реакторных групп, коммутируемых вакуумными выключателями с высоким ресурсом, или в виде тиристорно-реакторных групп. По мере роста загрузки линий, когда от источника реактивной мощности требуется её генерация, дополнительно к реакторным группам подключаются конденсаторы, а для быстродействующего регулирования мощности реакторов – тиристорные вентили, что образует полную схему СТК из [7].
Рисунок 8.3 – Схема подстанции с устройствами компенсации реактивной мощности
Основные достоинства СТК заключаются в том, что составляющие его эле менты в отличие от синхронных машин являются статическими устройствами. Их эксплуатация проще. Проще обеспечить и достаточно быстрое изменение реактивной мощности, и требуемый диапазон регулирования. При наличии надежных коммутационных устройств, схема СТК гибка и надежна. Но если коммутационные устройства не допускают ступенчатого регулирования СТК, то установленная мощность реактивных элементов относительно велика, и трудно использовать кратковременную перегрузочную способность составных элементов – СТК. Поэтому применение СТК требует технико-экономического обоснования, из [9].
Из выше сказанного можно сделать вывод, что для компенсации, избыточной и быстро изменяющей значение реактивной мощности необходимо применять регулируемый шунтирующий реактор.
Одним из основных электрическим аппаратом управления режимами электропередач является электрический реактор энергетического назначения. Реакторы – это статические электромагнитные аппараты, работа которых основывается на явлении электромагнитной индукции. Они содержат обмотку (обмотки), в которой индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Для усиления и локализации магнитного поля реакторы могут быть снабжены магнитной системой с магнитопроводом, который обычно исполняют в виде стального сердечника из электротехнической стали. В электрических цепях используют собственную индуктивность рабочих обмоток реактора.
По форме вольтамперной характеристики различают реакторы: с линейной (практически линейной) характеристикой; с нелинейной характеристикой – насыщающиеся реакторы; с семейством линейных или нелинейных характеристик – управляемые реакторы.
Управляемым реактором называется статическое индуктивное устройство, обеспечивающее автоматическое изменение своего индуктивного сопротивления в соответствии с заданной программой. Для обеспечения изменения индуктивного сопротивления в этих условиях управляемый реакторы (УР) содержит две коаксиальные катушки с некоторым зазором между ними. Одна из них включается непосредственно в высоковольтную сеть (сетевая катушка или обмотка РО), а другая (более низкого напряжения) замыкается коммутирующим ключом (катушка или обмотка управления ОУ).
Активная часть реактора содержит одну или несколько обмоток и магнитопровод, выполненный из электротехнической стали. В реакторе могут быть следующие обмотки:
1) рабочая обмотка или сетевая обмотка (РО). Она предназначена для включения в электрическую цепь, в которой используется индуктивность реактора;
2) обмотка управления (ОУ). Она предназначена для создания управляющего магнитного поля. В большинстве случаев это постоянное магнитное поле или поле, имеющее значительную постоянную составляющую;
3) компенсационная обмотка (КО). Это вспомогательная обмотка, предназначенная для компенсации части магнитного потока устройства, например, компенсация высшей гармоники в индукции магнитного поля;
4) фазосдвигающая обмотка (ФО). Это вспомогательная обмотка, предназначенная для обеспечения сдвига по фазе векторов МДС стержней магнитопровода.
Реактивная мощность, потребляемая реактором, плавно регулируется за счет изменения насыщения (магнитного сопротивления) его магнитопровода.
Реакторы разделяются по различным критериям, таким как: по способу регулирования индуктивного сопротивления рабочей обмотки реактора, то есть по способу регулирования его реактивной мощностью; по типу конструкции магнитопровода; по различным проявлениям гармоник насыщения переменного магнитного поля; по виду совмещаемых функций.
По способу регулирования реактивной мощности реактора различают:
1) управляемый реактор. Это реактор, у которого индуктивное сопротивление обмотки регулируется за счет изменения насыщения сердечника посредством изменения постоянной составляющей магнитного потока. Реактор содержит обмотку управления;
2) насыщающийся реактор (НР). Это реактор, магнитопровод которого само-насыщается переменным магнитным полем при номинальном напряжении обмотки, и рассчитан на работу в этом режиме. Постоянное магнитное поле подмагничивания и соответственно обмотка управления в НР отсутствуют;
3) магнитно-вентильный реактор. Это реактор, у которого индуктивное сопротивление рабочей обмотки меняется за счет выпрямления с помощью тиристоров тока, протекающего по части ее витков.
По типу конструкции магнитопровода:
1) реактор трансформаторного типа. Его магнитная система является стержневой и подобна магнитопроводу силового трансформатора. Переменное магнитное поле реактора является пульсирующим, то есть изменяющимся по периодическому закону только по временной координате.
2) реактор электромашинного типа. Его магнитная система является кольцевой, то есть выполняется по типу магнитопровода электрической машины переменного тока с неявновыраженными полюсами. Отличие состоит в том, что внутренний сердечник, называемый по аналогии ротором, неподвижен и вставляется в расточку статора с минимальным технологическим зазором. Переменное магнитное поле реактора является вращающимся, то есть изменяющимся по периодическому закону не только по временной координате, но и вдоль пространственной координаты.
По режимам намагничивания, характеризующимися различными проявлениями гармоник высшего переменного магнитного поля. Гармоники насыщения обусловлены нелинейностью кривой намагничивания материала магнитопровода, их амплитуды зависят, от степени насыщения электротехнической стали. При отсутствии подмагничивания магнитопровода постоянным полем в переменном магнитном поле проявляются только высшие гармоники насыщения нечетного спектра, а при подмагничивании магнитопровода в магнитном поле возникают, в общем случае, еще и высшие гармоники насыщения четного спектра. При соблюдении определенных условий четные гармоники могут отсутствовать и при подмагничивании магнитопровода постоянным полем.
Реакторы так же различают по виду совмещаемых функций:
1) совмещенный реактор. Это реактор с совмещением функций двух или нескольких отдельных обмоток (РО, ОУ, КО или ФО) в одной совмещенной обмотке (СО);
2) совмещенный управляемый реактор-трансформатор (УРТ, трансреак-тор). Совмещенный УРТ выполняет функции отдельных управляемого реактора и силового трансформатора. Это устройство имеет общую магнитную систему и может иметь две совмещенные обмотки;
3) совмещенный реактор-конденсатор (реаконд). Он выполняет функции отдельных реактора и батареи конденсаторов параллельного или последовательного включения;
4) магнитно-вентильный реактор. Совмещенное устройство выполняет функции отдельных управляемого реактора и источника постоянного тока (за счет включения тиристоров в одну из обмоток реактора).
Из выше перечисленных возможных вариантов регулирования реактивной мощности, конструкции магнитопровода, режимам проявления гармоник и совмещением функций для линий сверхвысокого напряжения являются управляемый реактор и насыщающийся реактор, с магнитопроводом трансформаторного типа, как можно меньшим проявлением гармоник, и совмещением рабочей обмотки, обмотки управления и компенсационной обмотки в одной совмещенной обмотке.
В тоже время, в насыщающимся реакторе нет возможности регулирования индуктивного сопротивления, изменение индуктивного в нём происходит под действием внешнего изменяющегося напряжения.
Которое зависит от характера нагрузки. Основной функцией насыщающегося реактора является стабилизация напряжения в системах электроснабжения с резкопеременным характером нагрузки, одиночных электроприемников. Поэтому применяем управляемый шунтирующий реактор, который с заданной программой поддерживает необходимый уровень напряжения, потребления избыточной реактивной мощности. Эта программа, может быть, построена для оптимизированного регулирования напряжения системы, в разных её узлах, либо для поддержания оптимального уровня напряжения для единичной нагрузки. Описание и принцип работы УШР представлены в ПРИЛОЖЕНИИ В.
8.4 Расчёт режимов участков сети с максимальной и минимальной нагрузкой с применением реактора типа РТУ
8.4.1 Расчёт мощности шунтирующих реакторов
Необходимую мощность шунтирующего реактора, определим по зарядной мощности (МВАр), натуральной мощности линии (МВт) и по активной мощности (МВт) понизительных станций в режиме максимальной нагрузки, для линии «Комсомольская – Селихино», из [2].
(8.5)
где 
- зарядная мощность линии, МВАр; P – активная мощность ПС «Комсомольская» в режиме минимальных нагрузок, МВт; 
- натуральная мощность линии.
(8.6)
где 
- номинальное напряжение сети, кВ; 
- вольное сопротивление линии, Ом.
Согласно [1] волновое сопротивление линии в формуле (8.6) представлено только действительной частью, получаем:
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
