автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Тиристорно-контактные установки со вспомогательными трансформаторами для широкодиапазонного регулирования под нагрузкой силовых трансформаторов

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГ8 ОД

5 НЮН 1995 пРава* ру-писи

ГРЕБЕНЩИКОВ Виктор Иванович

ТИРИСТОРНО-КОНТАКТНЫЕ УСТАНОВКИ СО ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМИ

ТРАНСФОРМАТОРАМИ ДЛЯ ШИРОКОДИАПАЗОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Специальность 05.09.12 - Полупроводниковые преобразователи

электроэнергии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 1995

Работа выполнена в Нижегеродекем государственном технической университете

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

- заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Хватов C.B.

- доктор технических наук, профессор Герман Л.А.

- кандидат технических наук, доцент Кириенко В. П.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Борский стекольный завод им. М.Горького.

. Защита состоится

-25 июня

1995 г. в

часов в аудитории

N на заседании диссертационнго совета К.063.65.06 по присуждению

ученых степеней кандидата технических наук в Нижегородском государственном техническом университете (603600, ГСП-41, г. Н.Новгород, ул. Минина, 24).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке технического университета.

Автореферат разослан "НО' 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

K.T.H., C.H.C.

В.В.Соколов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из основных проблем энергосбережения является поддержание оптимальных уровней напряжений в узлах электрических сетей и возможность его регулирования в широких пределах. Актуальность данной проблемы для нашей страны дополнительно обусловлена тем фактом, что существующие линии электропередач имеют значительную длину по сравнению с европейскими, а плотность тока в них составляет j = 1 А/мм2, что более чем в два раза выше, чем в Европе ( во Франции -• j = 0,4 А/мм2). Решение этой проблемы позволяет существенно повысить качество электроэнергии, обеспечив тем самым нормальное функционирование, срок службы и' производительность большого класса потребителей электроэнергии.

В настоящее время большинство мощных силовых трансформаторов на напряжение 35 кВ и выше выпускаются с механическими переключающими устройствами для регулирования напряжения под нагрузкой ( РПН ). Существующие механические переключающие устройства для РПН силовых трансформаторов имеют ограниченное число переключений до очередной ревизии контактов контактора или их смены в силу электроизноса при переключениях под нагрузкой. Повышение требований к качеству электроэнергии, рост цен на энергоносители выдвигает перед электроэнергетикой актуальную задачу разработки и создания переключающих устройств с большим ресурсом переключений, обеспечивающих точность регулирования на уровне 1.5 - 2 % и имеющих высокие технико-экономические показатели.

Цель работы. Разработка и исследование тиристорно-контактных установок со вспомогательными трансформаторами для широкодиапазонного регулирования под нагрузкой силовых трансформаторов (ТКУРПН) мощностью 20-80 МВ А и выше.

В диссертации поставлены и решаются следующие задачи:

- анализ существующих структурных и схемных решений устройств для регулирования напряжения и разработка новых ТКУРПН со вспомогательными трансформаторами в структуре регулирующего органа;

- разработка математической модели ТКУРПН для исследования электромагнитных процессов в стационарных и динамических режимах работы;

- теоретическое и экспериментальное исследование коммутационных процессов в исполнительном органе ТКУРПН ; 4

• разработка алгоритмов переключения и определение »он коммутации, обеспечивающих надежную работу силовых элементов ТКУРПН;

- разработка инженерной методики расчета элементов регулирующего органа ТКУРПН; „

- разработка и экспериментальное исследование действующих макетов и опытно-промышленных образцов ТКУРПН.

Методы исследований. Исследование электромагнитных, в том числе и коммутационных. процессов в ТКУРПН выполнено на основе метода режимных расчетов нелинейных электромеханических устройств. Разработана математическая модель

ТКУРПН в матричной форме записи; реализован метод переменной структуры дифференциальных уравнений, существенно сокращающий порядок матриц в различных режимах работы ТКУРПН; использован метод численного интегрирования Руже-Кутга в модификации Мерсона, обеспечивающий эффективность вычислительного процесса за счет автоматического выбора шага интегрирования, максимального для заданной точности вычислений.

Достоверность научных положений подтверждена результатами экспериментальных исследований на действующем макете и опытно-промышленных образцах ТКУРПН.

Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты:

- модифицирован метод режимных расчетов преобразовательных установок с переменной структурой и на базе этого разработана математическая модель электромагнитных процессов в стационарных и переходных режимах работы ТКУРПН; .

- разработан программный комплекс для исследования электромагнитных процессов в электромеханических преобразовательных устройствах с переменной структурой.

- исследованы коммутационные процессы в ТКУРПН при работе на активную, актив-но-индуктавную и активно-емкостную нагрузку, определены перегрузки элементов реагирующего органа в динамических режимах работы.

Практическая ценность:

- выполнен ряд задач в соответствии с комплексной научно-технической программой Госкоммитета РФ по делам науки и высшей школы ЭНКП2000;

- разработаны новые-схемотехнические решения ТКУРПН для силовых трансформа- . торов мощностью 20-80 МВ-А и выше, позволяющие исключить электроизнос и снизить в 2 раза токовую нагрузку на контакты избирателя, повысить в 2 раза точность регулирования напряжения;

- разработаны оптимальные алгоритмы переключения тиристорных ключей устройства, исключающие перегрузку элементов регулирующего органа в стационарных и динамических режимах ТКУРПН;

- предложена микропроцессорная система управления ТКУРПН, реализующая данные алгоритмы работы;.

- разработана методика инженерного расчета элементов регулирующего органа ТКУРПН;

- определена экономически целесообразная область использования ТКУРПН.

Внедрен»« результате« работы. Результаты диссертационной работы использованы при разработке опытно-промышленных образцов ТКУРПН. Разработан комплект технической документации, проведены наладка и испытания двух опытно-промышленных образцов ТКУРПН для РПН тяговых трансформаторов ТДТНГЭ-20000/110 мощностью 20 MB А Установки внедрены на Нижегородской железной дороге.

Апробация работы. Основные теоретические положения И результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Всесоюзной научно-технической конференции " Проблемы преобразовательной техники" (г. Киев, 1967 г.),

Ill Всесоюзной научно-технической- конференции "Проблемы экономии и повышения эффективности использования электроэнергии в системах электроснабжения промышленности и транспорта" (г. Днепропетровск, 1990г. ), научно-технических конференциях "Актуальные проблемы электроэнергетики " (г.Н.Новгород, 1985, 1988, 1993г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, 4 научно-исследовательских отчета, получено 2 авторских свидетельства СССР.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений; содержит 123 стр. основного машинописного текста, 55 стр. иллюстраций, 5 таблиц, 8 стр.'списка использованной литературы из 53 наименований, 48 стр. приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель работы, указана научная новизна и практическая ценность диссертации, даны основные положения, которые выносятся на защиту, а также информация о внедрении и обсуждении результатов исследований.

Первая глава посвящена обзору существующих устройств для широкодиапазонного регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой (РПН) и разработке новых ТКУРПН.

Показано, что существующие контакторные устройства РПН с вакуумными дуго-гасительными камерами (ВДК) являются более переспективными по сравнению с устройствами РПН, использующими дугогашение в масле. Лучшие образцы ВДК имеют коммутационную ' износостойкость, соизмеримую - с механическвй износостойкостью устройств РПН, однако ВДК массового применения и устройства РПН на их основе пока не достигли столь высокого уровня износостойкости.

Показано, что для исключения электроизноса контактов возможно использование тиристорно-контакторных устройств РПН. При этом ресурс числа переключений увеличивается до величины, определяемой механической "износостойкостью механи-. ческой части устройства. В тоже время, существенным недостатком существующих тиристорно-контакторных устройств РПН, сдерживающим их применение, является плохая техническая совместимость полупроводниковых элементов с механической частью устройств. - -

Сформулированы основные технические требования, предъявляемые к новым разработкам устройств РПН. .

Предложена новая ТКУРПН, предназначенная для силовых трансформаторов мощностью 20-80 МВ А и выше (см.рис.1). Показаны преимущества ТКУРПН по сравнению с существующими устройствами РПН, схемотехническое исполнение и принцип действия регулирующего органа установки. ТКУРПН разработаны для электрических сетей с заземленной нейтралью 110 кВ и выше.

Разработанная установка позволяет:

- Исключить электроизнос контэтоа механической части при переключениях отводов регулировочной обмотки трансформатора. При этом ресурс числа переключений хон-тактоез увеличивается до величины, определяемой механической износостойкостью, что позволяет исключить эксплуатационные затраты на их периодическую ревизию и полную смену.

- По сравнению с существующими устройствами РПН повысить з 2 раза точность регулирования напряжения при одинаковом количестве отводов рзгулировочной обмотки силового трансформатора. Установка обеспечивает уровни напряжения на нагрузка, которые но только равны, но и отличаются от уровней напряжения, соответствующих. отводам рсгулирозочной обмотки регулируемого под нагрузкой трансформатора. Указанные промежуточные уровни напряжения на нагрузка достигаются без генерации в сеть высших гармоник.

- Уменьшить в 2 раза □ стационарных ре:хиыах токовую нагрузку на контакты механического избирателя. Уравнительный ток мо.чяу отзедами регулируемого трансферта-, тора исключен за счет использования специальной схемы включения вспомогательных трансформаторов. ' ■

- Выполнить требование по бесперебойности электроснабжения при техническом обслуживании и ремонте полупроводниковой част;:. Вся полупроводниковая честь ТКУРПН находится на низком потенциале вспомогательных маломощных обмоток регулируемого трансформатора и расположена вне масляного бака. В связи с этим устранение любых неисправностей в полупроводниковой части ТКУРПН выполняется без отключения трансформатора и сохранении электроснабжения потребителей. Во время ремонта и технического обслуживания установки теряется лишь возможность регулирования напряжения.

Вторая глава посвящена разработке математической модели ТКУРПН. Рассмотрены основные принципы построения математических моделей преобразовательных устройств с переменной структурой, имеющих в своем составе нелинейные ферромагнитные элементы. Показано, что в большинстве из существующих математических моделей либо вообще не рассматриваются вопросы моделирования трансформаторов и дросселей, входящих в исследуемое преобразовательное устройство, либо они представляются в форма линейной схемы. Предложено использовать модели трансформаторов, использующие кусочную аппроксимацию кривой намагничивания и учитывающие магнитное состояние сердечника в целом и по стержням. Данная модель обеспечивает удовлетворительную точность по такому чувствительному параметру, как угол коммутации, что позволяет говорить о целесообразности использования подобного подхода к моделированию трансформаторов и дросселей.

Показано, что большинство сущоствующид методой и алгоритмов машинного моделирования элеюрических, в частности преобразовательных устройств, ориентировано на цепи с неизменной структурой.

Принципиальная схема ТКУРПН

Рис.1.

Между тем очевидно, что полупроводниковые преобразователи представляют собой типичные примеры цепей, структура которых периодически, а порой и многократно, меняется в течении, периода. Известно также, что большинство схем с переменной структурой являются схемами с вырождениями. Для ликвидации вырождений в исходную цепь обычно вводятся дополнительные малые элементы ( дефекты ), внесение которых мало влияет на исследуемые процессы: Подобный подход часто приводит к слабо обусловленным матрицам и, как следствие, к жестким системам дифференциальных уравнений. Более того, возникают дополнительные временные затраты из-за увеличения общего числа .уравнений.' Исследования и публикации, развивающие подход к преобразовательным устройствам как к цепям с переменной структурой, еще не обладают желаемой общностью. В связи с этим представляют интерес работы, посвященные анализу и моделированию цепрй с переменной структурой.

Произведен. анализ накболос часто встречающихся способов формирования топологических матриц на предмет их эффективности для указанного класса преобразователей. Предложено для схем.с переменной структурой использовать метод формирования топологических матриц, основанный • на так называемом теоретико-множественном подходе. Разработаны на основе указанного метода процедуры формирования фундаментального дерева графа и элементов топологической матрицы главных контуров В на ЭВМ. Предложенный способ формирования матрицы позволяет автоматически исключить из рассмотрения ветви графа, не образующие контуров, и выполнить требования приоритетности определенных элементов.

Определена структура математической модели для исследования электромагнитные процессоз в ТКУРПН, введены необходимые допущения. Математическая модель представляет собой три системы обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений. Записанные в матричной форме, интегральные кривые которых являются искомым решением:

где: Бук и 81рХ - контурные матрицы внешних и внутренних электромагнитных параметров; I к, ис*, Е Ф.х - вектор-столбцы контурных токов, напряжений, ЭДС и магнитных потоков; К *, Хс* - матрицы контурных активных и емкостных сопротивлений.

Приведен математический аппарат для анализа электромагнитных процессов, базирующийся на матрично-топологичесхих методах и теории графов. Математическая модель ТКУРПН учитывает нелинейность кривой намагничивания ферромагнитных олемзнтоз и междуфазовый энергообмен, позволяет рассчитывать алехтромагнитные процессы в установившихся и переходных режимах работы установки при различной

3 . ' ■

по величине и характеру нагрузке. Построение математической модели с использованием метода переменной структуры системы дифференциальных уравнений и специальной методики формирования матриц модели для различных режимов работы ТКУРПН повволило существенно сократить порядок используемых матриц и повысить эффективность вычислительного процесса. Предложенная модель позволяет выполнить исследования коммутационных процессов в ТКУРПН, разработать оптимальные алгоритмы работы установки в переходных режимах без перегрузки силовых элементов исполнительного органа.

Рассмотрены вопросы подготовки схем замещения линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей моделируемой установки для последующего расчета на ЭВМ.

Третья глава посвящена результатам математического моделирования ТКУРПН. Описана структура комплекса программ имитационного моделирования преобразовательных устройств, разработанного на основе вышеуказанной математической модели. Показано, что с ростом сложности моделируемых электрических и маг-' ' нитных цепей ручное формирование систем уравнений математической модели оказывается неэффективно. Поэтому вопросы автоматического создания и переформирования систем уравнений математической модели ТКУРПН начинают играть не меньшую роль, чем вопросы последующего их решения. Для обеспечения автоматического формирования с помощью ЭВМ графов и топологических матриц для электрической и магнитной цепей ТКУРПН, а на их основе вскторно-^атркчных уравнений, разработан комплекс имитационного моделирования преобразовательных устройств. Основное ядро программного комплекса написано на языке ФОРТРАН-4 с небольшими изменениями для адаптирования в среду Microsoft FORTRAN, version 5.0 IBM . Использование указанного комплекса позволило весьма существенно сократить затраты'времени на последующие расчеты электромагнитных и коммутационных процессов в ТКУРПН и значительно повысило степень автоматизации расчетов на ЭВМ.

Проведено математическое моделирование переходных процессов в ТКУРПН для различных по величине и характеру нагрузок трансформатора. Определены в результате анализа расчетных и экспериментальных данных алгоритмы и временные интервалы коммутации, не сопровождающиеся перенапряжениями и перегрузкой коммутационными экстратоками силовых элементов ТКУРПН в динамических режимах рабо-. ты. Коммутационные экстратоки во всех переходных режимах не превышают величины, при которой следует увеличивать мощность тиристорных ключей (ТК) и других элементов регулирующего органа ТКУРПН по сравнению с таковой для стационарных режимов работы установки.

. Исследования коммутационных процессов, возникающих в регулирующем орга-. не ТКУРПН при регулировании напряжения , выполнялись с целью определения оптимального алгоритма переключения ТК. При этом определялись временные интервалы (зоны коммутации), при которых обеспечивается минимальная перегрузка элементов регулирующего органа ТКУРПН коммутационными экстратоками и отсутствуют перенапряжения.

Анализировались три варианта подачи управляющих импульсов на ТК установки, использование которых не приводит к разр.ыву тока нагрузки и возникновению перенапряжений на элементах регулирующего органа ТКУРГНН:

- одновременна на все' вновь включаемые различных фаз;

- пофазно на вновь включаемы® ТК со сдвигом между командами 120 эл.градусов;

- пофазно на вновь включаемые ТК со сдвигом между командами 60 эл.градусов.

Импульсы управления снимались с отключаемых ТК одновременно с подачей команды на включение ТК соответствующей фазы.

В тех случаях, когда применение данных алгоритмов не обеспечивало минимальную перегрузку регулирующего органа ТКУРПН, исследовались более сложные, несимметричные алгоритмы подачи управляющих импульсцв на ТК установки. По результатам расчета для каждого из.исследуемых алгоритмов определены максимальные токовые перегрузки ТК ут в каждой фазе установки при различных углах коммутации ©к, на основании которых построены зависимости максимальной токовой перегрузки в тиристорных ключах регулирующего органа ТКУРПН у„ =?f(©<). Токовая перегрузка ТК коммутационными токами определялась исходя из условия эквивалентности теплового воздействия тока с реальной формой кривой и тока прямоугольной формы с амплитудой 1тк.ном и длительностью t=180 эл.градусов. С целью получения общности результатов и упрощения анализа завшиыости ym ={(©«) построены в относительных единицах. При проведении расчетов моделировалась работа установки на нагрузку с фн = -S0 +90°. Для примера на рис.2 показаны зависимости Токовых перегрузок ТК различных фаз при переводе.уетановки из режима "делитель напряжения" в промежуточный режим "отбавить-1" при. номинальной аетисно-индуктивной нагрузке силового трансформатора и различных алгоритмах г.одачи упраьЛЯющи* импульсов. Анализ полученных зависимостей у.т "=((©•«} дЛя коммутационных Процооеоа, происходящих в ТКУРПН при регулирований напряжения Нагрузке бе» использования механического избирателя РПН, яозшзлил сделать вывод о том, что наиболее предпочтительным является алгоритм подачи управляющих-импульсов через 60 эл.градусов, поскольку зона, при которой достигается минимальна возможная перегрузка ТК, оказывается более широкой и слабо завиеящей»от направления переключения и характера нагрузки. При использовании указанного алгоритма коммутация ТК должна . производиться перед нулем • напряжения • Соответствующей фазы в зоне ©« =136*155 эл.градусов. Величинл токовой пёрегрузки 'в.указанной зоне не превышает 2,75 от номинального значения тока используемых тиристоров, а, длительность составляет не более 180 эл.градусов. Приведенные на рис.3 зависимости иллюстрируют стабильность зоны успешной коммутации для алгоритма подачи управляющих импульсов на ТК через 60 эл. градусов при различном характера нагрузки и направлении переключения.

Исследования показали, что при регулировании напряжения с использованием механического избирателя РПН необходимо использовать специальные алгоритмы подачи управляющих импульсов- и учитывать характер нагрузки трансформатора.

Перегрузка ТК при использовании различных алгоритмов подачи управляющих импульсов

1- Алгоритм с одновременной подэчей импульсоа

2- Алгоритм с подачей иыггульсоз мере! 120°

3- Алгоритм с подачей импульсов через £0°

Рис.2.

Перегрузкз ТК при различных переключениях ТКУРПН

4

35

3

35

2а) 13 130 15 . Ю 1-5 -Я) 15 133 15

1-Псреключвнчэ из "Делитель нелряжения" в "От4а8ить-1", ГО.- нагрузка

2-переключечиэ из "Делйтсль напряжения' а "ОтЗе&итъ-1", I- мгг"р\'3"Л

3-персключение из "Делитель напряжения' 8 "ОтЗааить-1", С- нагрузка

4-лереключен"Э из "Делитель напряжения" э "Дсбевить-1",

5-лерсилнменив из "Делитьгь напряжения" а "ДебейтМ", С- негружа

Рис.3.

Величина токовой перегрузки при этом также не превышает 2,75 от номинального значения тока используемых тиристоров, а длительность перегрузки составляет не более 180 эл.градусов. Установлено, что при любом из возможных сочетаний очередности отключения подвижных контактов избирателя РПН восстанавливающиеся напряжения не превышают 40-45В, а коммутируемый контактами ток составляет не более 20мА. Очевидно, что в данном случае не происходит злектроизноса подвижных контактов механического избирателя РПН. Для примера на рис.4 приведены расчетные кривые токов через отключаемые контакты и восстанавливающихся напряжений при работе установки на активно-индуктивную нагрузку с cos(p=0,9. Замыкание контактов механического избирателя РПН приводит к включению трехфазного вспомогательного трансформатора, находящегося в режиме "холостой ход", под напряжение ступени регулировочной обмотки трансформатора. При этом должен возникать электрический пробой масляной и окислой пленки на включаемых подвижных и неподвижных контактах избирателя РПН. Указанный режим включения трехфазного вспомогательного трансформатора под напряжение ступени регулировочной обмотки силового трансформатора является определяющим при выборе индукции в процессе разработки вспомогательных трансформаторов для ТКУРПН.

С целью экспериментальной проверки математического описания электромагнитных процессов в ТКУРПН выполнено осцилпографирование процессов изменения токов, магнитных потоков и напряжений на отдельных элементах регулирующего органа установки. Эксперимент подтвердил расчетные данные об отсутствии перенапряжений на элементах регулирующего органа ТКУРПН при переводе установки в различные режимы работы. Величина токовой перегрузки по эксперименту хорошо согласуется с расчетными данными.

Четвертая глава посвящена проектированию экспериментального и опытно-промышленного образцов ТКУРПН. Полученные в предыдущей главе результаты теоретических и экспериментальных исследований электромагнитных и коммутационных процессов положены в основу разработки и проектирования ТКУРПН. Предложена методика инженерного расчета силовых элементов ТКУРПН и даны рекомендации по проектированию вспомогательных трансформаторов (ВТ). Для лучшего использования по мощности тиристоров отечественного производства рекомендовано уровень линейного напряжения первичных обмоток ВТ выбирать не менее 1000 В. В тиристорных ключах следует применять циклоустойчивые тиристоры таблеточной конструкции. Полупроводниковая система управления ТКУРПН и тиристорные ключи должны размещаться за пределами бака регулируемого трансформатора в отдельном шкафу, например, ШС-3200-1000-УХЛЧ. В связи с этим устранение любых неисправностей в полупроводниковой части может выполняться без отключения трансформатора и сохранении электроснабжения потребителей. Во время ремонта и технического обслуживания полупроводниковой части теряется лишь возможность регулирования напряжения.

Расчетные кривые токов и напряжений на размыкаемых контактах

Предложенная методика инженерного расчета применена при разработке действующих экспериментального -и опытно-промышленных образцов ТКУРПН. Экспериментальный образец ТКУРПН использовался непосредственно для исследований электромагнитных процессов в установившихся и переходных режимах работы устройства. В эксплуатации на Нижегородской железной дороге находятся два опытно-промышленных образца ТКУРПН. Каждый из них выполняет РПН тягового трансформатора ТДТНГЭ-20000/110 мощностью 20 MB-А. Ранее трансформаторы ТДТНГЭ-20000/110 были снабжены переключающими устройствами РПН типа РНТ-13 с разрывом дуги тока нагрузки в масле и токоограничивающими реакторами. При их модернизации контактор и. реакторы были демонтированы, а на их место установлены два 3-х фазных ВТ мощностью по 250 кВ А каждый. Для питания первичных обмоток ВТ тяговый трансформатор снабжен дополнительной маломощной обмоткой на напряжение 1000 В и ток 150 А.

Полупроводниковая система управления ТКУРПН спроектирована на базе однокристальной микро-ЭВМ К1816ВЕ35.. Структурная схема системы управления приведена на рис.5. Использование ОЭВМ К1816ВЕ35 позволило существенно снизить аппаратные затраты на периферийные блоки системы управления, осуществить самотестирование системы управления с выдачей диагностических сообщений на визуальный индикатор блока индикации. При возникновение аварийных состояний устройства процессор приостанавливает выполнение текущего фрагмента программы и переходит на выполнение программы защиты установки при аварийных режимах. В случае успешного завершения указанной программы происходит самодиагностика возможности восстановления режима работы установки и при положительном результате ТКУРПН остается в работе. В противном случае установка отключается и в блок индикации выводится код предполагаемой причины отказа.

' Выполнено сравнение экономической эффективности существующих устройств РПН с разрывом дуги тока нагрузки в масле и вакууме с разработанным ТКУРПН для определения конкурентоспособности последнего, и определения области его эффективного использования. При сравнении экономической эффективности разработанного ТКУРПН и существующих устройств РПН выбраны в качестве базовых наиболее пе-респективные образцы РС-4Л530 и'РНТА-35/10008 с разрывом дуги тока нагрузки соответственно в масло и в вакууме. По результатам расчета построены графики на рис.6. Анализ показал, что разработанная ТКУРПН эффективнее существующих механических устройств с разрывом дуги тока нагрузки в масле, например, типа РС-4/630, а при числе переключений в течении года эксплуатации свыше 20 тысяч - устройств с разрывом дуги тока нагрузки в вакууме.

Произведена оценка надежности ТКУРПН методом дифференциальных уравнений для восстанавливаемых систем. Расчетная средняя наработка на отказ t. для ТКУРПН составила t, = 27700 часов. Вероятность безотказной работы ТКУРПН на уровне 0,9 обеспечивается при времени наработки до 8760 часов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании проведенного анализа существующих схемных решений устройств РПН, показана целесообразность использования ТКУРПН для силовых трансформато-ров'мощностью 20 МВ-А и выше. При этом ресурс числа переключений увеличивается до величины, определяемой механической износостойкостью избирателя РПН, исключаются эксплуатационные затраты на периодическую ревизию и полную смену механических контактов или вакуумных дугогаситеяьных камер.

2. Сформулированы основные-принципы построения ТКУРПН. Получены аналитические зависимости и даны рекомендации по инженерному расчету ТКУРПН, связанные с конструктивным исполнением установки, выбору вспомогательных трансфсрма-тсрсз и тиристоров:

3. Произведен анализ принципов математического моделирования преобразовательных устройств с переменной структурой, имеющих в своем составе нелинейные ферромагнитные элементы. Разработана математическая модзль для исследования олсктромагнитных процессов а ТКУРПН, учитывающая нелинейность кривей намагничивания ферромагнитных элементов и междуфазовый энергообмен.

4. Произведен анализ наиболее часто встречающихся способоз формирования топологических матриц на предмет их эффективности для указанного класса преобразователей. Предложено испопьзоэать для схем с переменной структурой г'этед, основанный на теоретико-мнсжествекном подходе. -

5. Разработан алгоритм расчета, коммутационных процессов о регулирующем органе ТКУРПН. Создан и отлажен комплекс программ имитационного моделирования ТКУРПН. ■

6. На основании результатов математического моделирования переходных процессов произведен сравнительный анализ различных алгоритмов управления тиристор-ными ключами ТКУРПН. Определены алгоритмы и временные интервалы коммутации, не сопровождающиеся перенапряжениями и перегрузкой коммутационными экстратоками силовых элементов ТКУРПН в динамических режимах работы. Величина токовой перегрузки не превышает 2,75 от номинального значения тока используемых тиристоров. Длительность токовой перегрузки составляет не более' 180 эл.градусоз. Экспериментальная оценка результатов моделирования установки на ЭВМ по:сазЗла их соот-зетствиэ реальной физической природе исследуемых явлений, верность теоретических представлений о характера процессоа о' элементах регулирующего органа ТКУРПН.

7. Разработана система упразлзния на базе микро-ЭЗМ К1316ВЕ35, позволяющая производить переключения ТКУРПН в соотяетстпим с прадпежгдаьии алгоритме»*! работы установки. Разработана программ для микро-ЗВМ, оссбоэ пнимгниа а которой уделено вопросу защиты ТКУРПН от сбсез о работа исполнительных устройств.

3. Определена экономически обоснованная область примечания разработанной ТКУРПН. При числе переключений а течении года эксплуатация сзышв 20 тысяч использование разработанной установки эффективнее, чем устройств с ргзрьнгс^ дупл

тока нагрузки в вакууме. Экономический эффект у потребителя при замене существующих механических устройств с разрызом дуги тока нагрузки в масле наблюдается при любом числе переключений регулировочной обмотки трансформатора в течении года эксплуатации.

9. Приведены аналитические зависимости для определения показателей надежности ТКУРПН. Элементная база разработанной установки, согласно расчетов, обеспечивает среднюю наработку на отказ не менее 27700 часов и имеется возможность по увеличению наработки за счет улучшения конструкции отдельных узлов и повышения качества технологического процесса их производства.

1 0. Разработан, изготовлен и испытан экспериментальный образец ТКУРПН мощностью 60 кВ-А.' Разработаны и внедрены два опытно-промышленных образца ТКУРПН мощностью 20 M В-А.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Севастьянов В.В., Гребенщиков В.И. Методика расчета устройства повышения качества напряжения.// Научно-техн. конф: "Актуальные проблемы электроэнергетики" : Тез.докл. - Горький, ГПИ. -1985.

2. 1289245 (СССР). Устройство для регулирования трехфазного напряжения. / И.М.Туианов, С.В.Симанов, В.И.Гребенщиков, В.М.Шатохин, В.Б.Будовский,

B.Ч.Тужилкин. Опубл. в Б.И., 1987, N5.

3. Гуляев В.Н., Ким А.К., Гребенщиков В.И. Алгоритмы работы бесконтактных и тирис-торно-контактных установок для повышения качества напряжения в электросетях 0,410 кВ // Проблемы преобразовательной техники: Тез.докп. IV Всесоюзн. конференции. - Киев, ИЭД АН УССР, 1987, - Т.З. - с.88-89.

4. 1393299 (СССР). Устройство для регулирования трехфазного напряжения. / И.М.Туманов, С.В.Симанов, В.И.Гребенщиков, В.П.Бочкарев, Ю.Г.Шурупов, Ю.Б.Субботин, АХКим. Опубл. в Б.И., 1988, N16. •

5. Симанов C.B., Гребенщиков В.И., Ким А.К. Тиристорно-контактная установка для регулирования напряжения под нагрузкой тяговых трансформаторов // Сб. научн. тр. МЭИ. - М.: 1988, - N 183. - с.66-71.

6. Туманов И.М., Симанов C.B., Гребенщиков В.И. Тиристорно-коитактное переключающее устройство для регулирования напряжения трансформаторов // Актуальные проблемы электроэнергетики: Тез. докл. научно-техн. конференции. - Горький, ГПИ, 1988.. .

7. Исследование и разработка тиристорного переключающего устройства для регули-• рования напряжения под нагрузкой силовых трансформаторов / И.М.Туманов,

C.В.Симанов, В.В.Севастьянов, В.И.Гребенщиков, Л.Т.Пискунова, В.Я.Ярцев: Отчет по НИР. - УДК 621.314.214.332, 621.316.761.2. N roc. per. 8 107 1102. - Горький, ГПИ, 1988.

8. Исследование и разработка установок для регулирования напряжения тяговых трансформаторов / И.М.Туманов, С.В.Симанов, В.В.Севастьянов, А-К.Ким, Ю.Ф.Вагапов, С.В.Севастьянов, В.И.Гребенщиков, В.Н.Гуляев: Отчет по НИР. - N гос. per. 8 107 1104. - Горький, ГПИ, 1988.