автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Управляемые дугогасящие и шунтирующие реакторы с предельным насыщением магнитной цепи для электрических сетей высокого напряжения

На правах рукописи

УДК 621.311-316

УТГРЛВЛЯОШЕ ДУГОГАСЯЩИЕ И ШУНТИРУТОЩИЕ РЕАКТОРЫ С ПРРДЕ^ЫШМ НАСЫЩЕНИЕМ млгтТТИОЙ ЦЕТТТТ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ВЫСОКОГО ИАШ'ЯЖЕНИЯ

Специальность 05.14.02 - Электрические ста'лши (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург

2000 г.

Работа выполнена в Научно-техническом центре Всероссийски! электротехнического института ( НТЦ ВЭИ ) в г. Тольятти.

Официальные оппоненты : д.т.н., проф. Зеккель A.C.

д.т.н., проф. Рубисов Г.В. д.т.н., проф. Смоловик C.B.

Ведущее предприятие : АО «Запорожтрансформатор»

Защита состоится « р Т#^2000 г. в час. на заседали

диссертационного совета Д 0o3.38.0I при Санкт-Петербургско государственном техническом университете по адресу: 19525], г. Саше Петербург, ул. Политехническая, д.29, главное здание, ауд. 325.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять п указанному адресу на имя ученого секретаря Сонета.

С диссертацией молено ознакомиться в фундаментальной библиотек университета.

/7

Автореферат разослан « _>

2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

Е. Н. Попков

ьм, мн. о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В настоящее время в электрических сетях высокого напряжения находят все более широкое применение управляемые подмагничи-ванием реакторы с предельным насыщением магнитной цепи. Растущая потребность в этом оборудовании со стороны многих энергосистем России и других стран определяется его уникальными возможностями и высокими технико-экономическими показателями. Плавность и большой диапазон регулирования этих реакторов при низком уровне нелинейных искажений и простоте эксплуатационного обслуживания позволяет по новому и гораздо эффективнее решать проблемы компенсации емкостных токов однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, обеспечивать регулирование реактивной мощности, поддержание уровня напряжений и уменьшение потерь. Вопросы регулирования перетоков реактивной мощности и поддержания допустимого уровня напряжений особенно обострились в последние годы в энергосистемах. России для сетей напряжением 110 кВ и выше в связи со спадом промышленных нагрузок и ростом избытков реактивной мощности. Эти задачи все труднее решать ране установленным оборудованием, что подтверждается соответствующими работами института Энергосетьпрсект.

Управляемый подмапшчиванием реактор является комплексом технических средств, состоящим, как правило, из электромагнитной части, устройства подмагничивания, системы управления и релейной защиты. Создание и внедрение таких комплексов требует решения большого числа научно-технических и организационных задач, связанных как с разработкой и изготовлением составных частей, так и с обеспечением электромагнитной совместимости с существующим оборудованием, проведением сетевых испытаний и гарантийного обслуживания после ввода в эксплуатацию.

Наряду с разработкой и промышленным внедрением новых типов управляемых реакторов не менее актуальными являются проблемы исследования их режимов в реальных электрических сетях и разработки на этой основе систем управления, регулирования, защит и автоматики, а также способов и устройств повышения быстродействия реакторов различного назначения. Эти вопросы до последнего времени не имели теоретического обоснования и соответствующих технических решений.

Разработке этих проблем, созданию комплексов дугогасяидах и шунтирующих реакторов нового типа, а также организации их сетевых испытаний и промышленного внедрения в энергосистемах посвящена настоящая работа.

Цель работы. Разработка и промышленное внедрение комплексов управляемых подмагничиванием реакторов с предельным насыщением магнитной цепи для электрических сетей высокого напряжения. Разработка принципов, способов и устройств повышения быстродействия, регулирования и защиты ду-гогасящих и шунтирующих реакторов, организация их испытаний и ввода в эксплуатацию.

Основные задачи исследования. в исследовать динамические характеристики управляемых реакторов (УР) с предельным насыщением магнитной цепи, разработать способы и устройства повышения их быстродействия; в выбрать алгоритмы, разработать принципы и схемотехнические решения для

систем управления УР различного назначения; ■ исследовать переходные процессы в нормальных и аварийных режимах работы УР в электрических сетях, выбрать состав защит и способы их реализации; в на основе анализа опыта проведения наладки, натурных испытаний и опытно-промышленной эксплуатации УР разработать рекомендации и организационно-технические решения по внедрению нового типа управляемых подмагни-чиванием реакторов различного назначения в энергосистемах.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты исследования динамических характеристик УР, разработка принципов и реализации новых способов повышения их быстродействия.

2. Выбор алгоритмов и разработка технических решений систем управления, регулирования, защит и автоматики (СУРЗА) для трехфазных управляемых шунтирующих реакторов (УШР).

3. Способы измерения параметров электрической сети и разработка систем автоматической настройки компенсации (САНК) для дугогасящих реакторов (ДГР) нового типа.

4. Анализ особенностей работы и переходных процессов УР в электрических сетях, разработка новых принципов, выбор состава релейной защиты и способов ее реализации.

5. Обобщение и анализ опыта испытаний, наладки и промышленной эксплуатации УР различного назначения, разработка методик, программ, технической и эксплуатационной документации

6. Новые технические решения и практические разработки макетных, опытных и промышленных образцов.

Научная новизна и значимость.

На основе исследования динамических режимов впервые предложены способы и разработаны схемы повышения быстродействия УР, более чем на порядок улучшающие их динамические характеристики и позволяющие существенно расширить область применения. Обоснованы и технически разработаны способы безинерционного набора мощности и перехода реактора в требуемый установившийся режим.

Выбраны способы измерения регулируемых параметров и разработаны алгоритмы для систем управления УР различного назначения и мощности, обеспечивающие автоматические и автоматизированные режимы работы комплексов с управляемыми реакторами в энергосистемах.

Исследованы переходные процессы УР в электрической сети в аварийных режимах при внешних и внутренних повреждениях, выбран объем релейных защит и предложены новые способы реализации защит от внутренних повреж-

[ений в реакторах, обеспечивающие повышенную в сравнении с традиционны-ш способами чувствительность.

Практическая ценность и внедрение.

Совместно с заводами-изготовителями созданы и внедрены в промыш-генную эксплуатацию комплексы управляемых подмагничиванием реакторов гевого типа различных классов напряжения и назначения.

Разработанные в ходе исследований схемы повышения быстродействия УР, алгоритмы управления, новые способы защиты от аварийных режимов позволили выбрать оригинальные и рациональные схемотехнические решения при реализации СУРЗА УР, позволившие обеспечить оптимальные автоматические режимы комплексов УР в энергосистеме и их надежную защиту от аварийных режимов. Полученные результаты использованы:

я при разработке, проектировании, изготовлении, испытаниях, опытной эксплуатации и внедрении в Пермэнерго головного промышленного образца трехфазного управляемого шунтирующего реактора 110 кВ, 25 МВА типа РТУ-25000/110-У1 ;

а при разработке и внедрении в промышленную эксплуатацию трехфазного шунтирующего реактора типа РТУМ-1440/6,3 на ЦРП завода «Электросталь» Московской области; в при разработке, вводе в эксплуатацию на объектах заказчиков и гарантийном обслуживании серии управляемых дугогасящих реакторов для сетей 6-10 кВ типа РУОМ;

в при подготовке технических условий, технических заданий и технико-коммерческих предложений на шунтирующие управляемые реакторы напряжением 330-500 кВ для РАО ЕЭС России ; в при подготовке и проведении типовых, приемо-сдаточных и сертификационных испытаний УР различных модификаций: в при разработке эксплуатационной технической документации и проектных

данных для установки УР в энергосистемах России, в при разработке и изготовлении систем управления типов СУРЗА, САУРТ, САНК и устройств РЗА для шунтирующих и дугогасящих реакторов.

Публикация и апробация. По теме диссертации опубликовано 25 работ, из них 7 патентов. Основные положения и разделы диссертации опубликованы в журналах «Электротехника», «Энергетик» и др., а также докладывались и обсуждались на ряде семинаров, конференций и симпозиумов, в частности, на международных симпозиумах ассоциации ТРАВЭК в 1995-99 гг., на Научно-техническом совете РАО ЕЭС России в мае 1998 г., на НТС ОЭС Сибири в декабре 1998 г., на секции АЭН РФ, на кафедре Электрических станций Санкт-Петербургского технического университета.

Результаты исследований и разработок проверены практическими расчетами и экспериментальными данными физических моделей и макетных образцов, сетевыми испытаниями и промышленной эксплуатацией в энергосистемах комплексов УР различных назначений и классов напряжений.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Список литературы содержит 118 наименований. Объем диссертации составляет 254 листа, в том числе 160 страниц машинописного текста, 45 страниц рисунков и 49 страниц приложений.

Основное содержание работы.

Во введении приводится краткая история вопроса, обосновывается цель работы, ее актуальность и новизна.

В первой главе дана характеристика и описан принцип действия управляемых ттодмагничиванием реакторов с предельным насыщением магнитной цепи, приведены их особенности и преимущества, сравнение с другими известными конструкциями, а также основные области применения. Рассмотрены задачи исследования переходных процессов в УР для различных режимов работы и назначений. Описаны программные комплексы, физические модели и средства измерений, использованные в ходе исследований и разработок систем управления и защиты, а также средств повышения быстродействия УР.

В частности, расчеты режимов выполнялись с помощью программного комплекса NRAST. Программа предназначена для расчета переходных процессов в произвольных схемах электрических цепей, содержащих активные сопротивления, индуктивности, емкости, источтпш! з.д.с. и тока, выключатели, искровые промежутки, управляемые полупроводниковые элементы, нелинейные активные сопротивления, модели сложных ферромагнитных устройств

Основной идеей, позволившей получить принципиально новые характеристики УР, является использование глубокого, близкого к предельному, насыщения участков магнитной цепи, охваченных обмотками. В результате этого перехода в область технического насыщения стали с индукцией, значительно превышающей используемые ранее значения, было достигнуто существенное расширение диапазона регулирования, снижение нелинейных искажений и уменьшение расхода активных материалов, а также упрощение схем обмоток и конструкций магнитопровода. Сочетание этих решений с идеей само-подмагничивавия. позволяющей иметь встроенный преобразователь для под-магничивания без внешних источников питания, превращает управляемый реактор с предельным насыщением в высоконадежное электротехническое оборудование трансформаторного типа, не требующее закрытых помещений и особых условий эксплуатации.

При всем разнообразии конструкций реакторов рассматриваемого типа как однофазного, так и трехфазного исполнения, принцип действия, общие закономерности и качественная картина процесса работы довольно полно отражается на примере исследования расчетной схемы такого УР, показанной на рис.1. Активная часть состоит из двух одинаковых полуфаз, содержащих замкнутый магнитопровод с секционированными обмотками. Преобразователь содержит три ключа, два из которых К1 и К2 подключены так, что при замыкании они

шунтируют часть витков, расположенных между ответвлениями секций обмоток полуфаз. Третий ключ КО закорачивает средние точки обмоток полуфаз.

Работа рассматриваемой схемы основана на последовательной, периодически повторяющейся коммутации ключей преобразователя. Если управляющие сигналы на ключи не подаются и они постоянно разомкнуты, схема рис. 1 представляет собой обычную ферромагнитную катушку. Основной функциональный режим работы УР этого типа состоит в том. что один из ключей преобразователя находится в проводящем состоянии. При этом возможны три варианта, при одном из которых симметрия схем сохраняется (замкнут ключ КО), а при двух других схема становится несимметричной (замкнут К] либо К2). Используя понятие коммутационной функции К ((>, учитывая допущения о синусоидальности приложенного напряжения, отсутствии потоков рассеяния и потерь, кусочно-линейном характере вебер-амперной характеристики магнитопровода, получим следующие уравнения электромагнитного состояния фазы

f^J-- П-итс 5

аса

= (1-К

[(F,+F2) + K(

= (1 + К>! 11

где коммутационная функция 1; замкнут К1;

К(„ { 0; замкнут КО, -1; замкнут К2. Анализ для всех схем управляемых реакторов, работа которых основана на шунтировании части

♦ ♦

Ф 1 <Е>2

ВИТКОВ обмотки, показывает, ЧТО структура Рис. 1. Расчетная схема фазы нее уравнений, описывающих ИХ основные состояния,

состояние, в точности совпадает с системой (1). Например, для схемы с совмещенными сетевой и управляющей обмотками система уравнений получается непосредственно из (1) путем приравнивания \¥ф = Wy . Таким образом, полученные выражения являются основными уравнениями управляемых реакторов с предельным насыщением магнитной цепи, в общем виде отражающие принцип действия независимо от конкретного схемного решения устройств.

Первые два из четырех уравнений (1) описывают закон изменения потоков полуфаз. Их правая часть наряду с синусоидальной составляющей содержит

j

управляющее напряжение u у = К (t) -—- U m sin со t.

1 -S

Конкретный вид функции и у зависит от режима работы ключей преобразователя и последовательности чередования их проводящих состояний, что косвенно задано коммутационной функцией К((). По характеру воздействия шунтирование часта витков обмотки эквивалентно увеличению мгновенного значения приложенного напряжения к коммутируемым секциям полуфазы на величину, пропорциональную 5(1-8)А , с одновременным уменьшением на ту же величину напряжения на некоммутируемых секциях другой полуфазы. Подбирая соответствующим образом вид коммутационной функции К < 4) в графике управляющего напряжения , можно сформировать постоянную составляющую заданной величины и знака и, при необходимости, изменить ее. В результате, несмотря на синусоидальность приложенного к обмотке реактора напряжения, в магнитопроводе активной части будут возникать потоки додмагничивания, регулируемые по скорости и знаку приращения. В то же время независимо от вида функции К (I) (периодическая, симметричная, апериодическая и т. д.), приращение потоков всегда одинаково ш величине в обеих полуфазах, но противоположно по направлению, поэтому независимо от режима работы преобразователя, включая аномальные и аварийные режимы, в магнитной цени активной части реализуется режим симметричного подмагничивания, исключающий четные гармоники в м. д. с. фазы реактора. Возникновение и регулирование м. д. с. обмоток и токов начинается с момента превышения мгновенного значения потоков Ф[ или Фг величины потока насыщения Фя и заканчивается, когда переменная составляющая потоков в обеих полуфазах полиостью смещается в область технического насыщения вебер-амперной характеристики.

Вторая пара уравнений системы (1) определяет закономерность изменения токов фазы ;Ф и управления реактора, каждый из которых содержит по две составляющих. Первые составляющие совпадают с классическими уравнениями, описывающими токи в дросселях насыщения., подмагничиваемых от отдельного источника. Их величина и форма обусловлены насыщением магнитной цепи, причем составляющая тока фазы пропорциональна сумме м. д. с. полуфаз, а составляющая тока управления - их разности. По физической сути они являются токами намагничивания активной часта, причина появления и изменения которых заключается в насыщении полуфаз постоянным и неременным потоками. Поэтому основная гармоника тока намагничивания фазы всегда будет иметь чисто индуктивный характер, если не считать составляющей, обусловленной потерями в активной части и элементах конструкции.

Вторые составляющие токов фазы и управления г}М пропорциональны 8(1-5)"' и носят в общем случае скачкообразный характер.

. • , = \к | . ол

'ф(п) ' У("} I (,)1 IV. ' ^ '

Их появление обусловлено работой ключей К1 и К2 (К(1) = ±1), вызывающих дискретное изменение количества витков полуфаз. Составляющая тока фазы )ф(„, , в отличие от ¡у(п) , носит знакопеременный характер и по своей фи-

зической сути является входным током преобразователя. В зависимости от характера работы ключей гФМ может, в принципе, содержать как активные, так и реактивные составляющие любого знака. Поскольку в расчетной схеме, лежащей в основе вывода уравнений (1, 2), элементов потерь энергии нет, появление активных составляющих можно связать лишь с изменением уровня магнитной энергии в контуре управления. При положительном знаке активной составляющей энергия поступает из сети в реактор, и ток подмагничивания возрастает, а при отрицательном уменьшается.

Таким образом, реакторы рассматриваемого типа представляют собой управляемые самоподмагшгтиванием индуктивные сопротивления. Изменение степени насыщения магнитной цепи осуществляется путем регулируемого преобразователем отбора мощности из сети в контур подмагничивания. Активная часть реактора, с одной стороны, выполняет функцию подмагничиваемого ферромагнитного устройства, а с другой, трансформатора связи преобразователя с сетью. Поскольку, как показано ранее, четные гармоники в м.д.с. фазы исключены, гармонический состав потребляемого тока определяется спектром нечетных гармоник. Для трехфазных УР, имеющих вторичные обмотки с соединением в треугольник, третья гармоника также отсутствует. В результате преобладающими гармониками в фазном токе УШР являются пятая и седьмая. Для того, чтобы в режиме номинальной мощности ток искажения (содержание в токе высших гармоник) был в допустимых пределах, отношение номинальной индуктивности Ь„ к индуктивности секции сетевой обмотки при полном насы-хценни стали стержня Ь ж» должно находится в пределах 1,5 < Ь„/Ьнаскщ< 3, где Ьн=и„/со 1н, ЬНа№ш».= 0,5 Ц(^27сРср-а/3)2/411, ин и 1н - номинальные напряжете и ток реактора, а> = 2лТ - круговая частота сети, Г-частота сети, цо = 0,4 ж х 10"6 Гн/м - магнитная постоянная,

Б ф, а и Ь -число витков, средний диаметр, радиальный размер и высота секции сетевой обмотки. Расчеты показывают, что при отношении Ь „ / Ь на^щ = 2 номинальный ток реактора теоретически является чисто синусоидальным.

В главе второй рассмотрены требования к быстродействию управляемых реакторов различного назначения, исследованы их динамические характеристики, проведен анализ и выбор способов повышения быстродействия УР.

Постоянная времени изменения нагрузки реакторами рассматриваемого типа в зависимости от их мощности и степени воздействия регулятора системы управления составляет от 0,2 до 1 с. В большинстве случаев массового применения УР в качестве шунтирующих такое быстродействие является вполне достаточным, поскольку выравнивание суточного графика реактивной нагрузки на подстанциях 6-10 кВ промышленных предприятий или оптимизация перетоков реактивной мощности в распределительных сетях 35-110 кВ не требует реакций на быстропротекающие переходные процессы длительностью в несколько периодов промышленной частоты сети.

Однако в ряде отдельных случаев, в частности, при использовании УР в качестве дугогасящих в сетях с изолированной нейтралью 6-35 кВ или шунти-

рующих на линиях 330 кВ и выше, такое быстродействие может оказаться недостаточным, например, для ограничения перенапряжений при коммутациях, обеспечения устойчивости параллельной работы или гашения дуги в паузе ОАПВ. Поэтому вопрос быстродействия реакторов с подмагничиванием длительное время остается предметом дискуссий при сравнении УР с альтернативным оборудованием, в частности, с СТК.

Принципы формирования управляющего напряжения и закономерности изменения потоков подмагничивания, а также оценку их влияния на динамические характеристики реактора и возможности «естественного» быстродействия УР с предельным насыщением рассмотрены в развитии соотношений и выражений главы! на примере схемы реактора на рис.2.

U, Kit)

Uv

■V

Uo -\ [

г......iVt

л7~\

V/

чу

со t

ot

X

vi

ii

Рис.2. Формирование управляющего напряжения

В случае синхронизированной работы ключей преобразователя с частотой сети такая схема обеспечивает форму управляющего напряжения, изображенную на рисунке. Разложение графика в ряд Фурье дает следующий амплитуд-

со

ньш спектр и!<Сл,) = и0 + £ и <U) sin (2n (ot + ?2а); (3)

2V2SU

где Uo

U,

2SUm

cos a =

(1-<5)?Г

ASsu

m(2n)"

cos a, - постоянная составляющая, (4)

амплитуда 2п-й гармоники;

4(2л)г-1] 4(2«)3-l] ' Ura, U - амплитуда и действующее значение напряжения источника питания.

В управляющем напряжении имеют место постоянная составляющая и четные гармоники. Спектр четных гармоник напряжения не зависит от угла регулирования ключей преобразователя. В выражении для определения постоянной составляющей напряжения переменным параметром является угол регулирования ключей а. Пока a < 90 0 значение U0 положительное, и поток под-магничивания будет постоянно нарастать. При углах регулирования больше 90° приращение потока становится отрицательным. Очевидно, что максимальная скорость изменения потоков, обусловленная влиянием Uo, будет иметь место при а=0 или 180°. В одном случае это увеличение, в другом, наоборот, умень-

ÍX

и

шение. Любая из схем УР с самоподмагничиванием позволяет практически без-терщошо управлять зеггатаной постоянной составляющей управляющего напряжения. При этом ее максимально возможная величина равна значению

Uo™* = | ~ Um , (5)

которое и определяет предельные динамические возможности реактора. В самом деле, согласно первых двух уравнений системы (1) и с учетом (5)

= J (1 + K(t) ~ sin ш t dot =

= Ф1(0) + Ф» COS cot + J {/ yd<at , (6)

Ф2 = Фдо) + Ф.« COS cot - J U ydcot, (7)

где Фш = - поток основной гармоники в полуфазах;

®ко), Фг<0) - начальные значения потоков в полуфазах. Основная гармоника потока одинакова по величине и направлению в обеих полуфазах н не зависит от работы преобразователя.

Что касается потоков подмагничивания, то удобнее всего их изменение анализировать в конечных разностях, принимая за базовый отрезок времени период частоты сети. Согласно полученных выражений (6) и (7) разница значений потоков, вызываемая работой преобразователя, в обеих полуфазах одинакова и за время одного периода частоты сети составит

1 2*

АФ - ДФ(В)- ДФ(ы) = — J ufdcot . (8)

"*w о

Известно, что определенный интеграл от гармонических функций равен нулю, если период их изменения равен или кратен отрезку интегрирования . Стало быть разница потоков (8) будет определяться исключительно постоянной составляющей u у • При этом максимальное приращение потока за период частоты сети, согласно (8), равно

А Фонт = ¡Ufdcot = 271 Фти*01тх ■ (9)

•1

45

w j-ож w v

' ф

т.

Одид _

Далее, с учетом (4), получим А Фошах = 2тс = —- ФВ1. (10)

и т 1 — о

Теперь, если считать заранее известным значение потока подмагничивания Ф0 н , при котором устройство выходит на номинальный режим, то согласно (9) и (10) минимальное время его перехода от холостого хода до номинальной мощности или наоборот, через количество периодов частоты сети, можно выразить следующим образом

„ _ Фр. _ 1 ф0» т1.-1 1 Ч>1 1-Я

и'Лшах - ГрГ- ~ ~ГГ Ф*0н ! (П)

где Ф*о н - номинальный поток подмагничивания, отнесенный к потоку основной гармоники полуфазы Фт ; Ц*о тах - максимальное напряжение подмагничивания, приведенное к амплитуде напряжения сетевой обмотки.

Полученное выражение является исключительно важным соотношением, определяющим быстродействие реактора и показывающим, что независимо от схемы преобразователя и конструкции активной части время его перехода от холостого хода к номинальному режиму или наоборот пропорционально количеству витков, шунтируемых ключами преобразователя. Полученное выражение пригодно для определения быстродействия не только рассматриваемого типа управляемых реакторов, но и подмагничиваемых, например, от автономного источника. При этом вместо 5 необходимо использовать понятие максимального напряжения подмагничивания Ц*о „и*.

Исследования, проведенные рядом авторов при изучении режимов электрических систем, показывают, что управляемые реакторы при быстродействии порядка 0,3 с. успешно решают проблему устойчивости работы электропередач. Расчет быстродействия управляемого реактора, выраженного в периодах частоты сети для различных значений 8, и*о шах, Ф*о н - показывает, что при частоте сети £ = 50 Гц время перехода реактора от режима холостого хода до номинального, равное 0,3 секунды, может быть обеспечено при 5 = 0,015...0,03. Увеличение быстродействия до 0,1 секунды требует увеличения 8 до 0,05...0,08. В принципе, реактор можно выполнить и с быстродействием порядка периода частоты сети, однако это вряд ли целесообразно, так как с дальнейшим ростом 8 мощность преобразователя увеличивается до значений, равных мощности самого реактора.

Разработанный новый способ практически безинерционного управления рассмотрим на примере однофазного реактора с самоподмагничиванием. Такие реакторы используются в качестве дугогасящих в сетях 6-10 кВ, а в трехфазной группе - в качестве шунтирующих на подстанциях 6-35 кВ промышленных предприятий. На рис.3 приведена электрическая схема ДГР, подключенного через трансформатор присоединения к нейтрали сети. Важной особенностью и одним из основных преимуществ применения такого УР в качестве дугогася-щего является возможность быстрой и точной настройки в режим компенсации после возникновения замыкания на землю. Поскольку в нормальном режиме работы сети подмагничивания нет и сопротивление УР велико, сеть работает фактически с изолированной нейтралью, а резонансные перенапряжения, харак терные для компенсированных сетей, отсутствуют.

тгн

Рис. 3. Электрическая схема дугогасящсго реактора РУОМ

РУОМ

При этом важным параметром резонансной настройся становится время выхода реактора на требуемый режим компенсации после возникновения однофазного замыкания. Известная инерционность силовых индуктивностей, присущая и реакторам рассматриваемого типа, пртгводит к тому, что точная компенсация без дополнительных мер достигается через 0,3 с. и более после момента замыкания. Хотя время выхода на режим полной компенсации не регламентируется, а в первые периоды в токе замыкания независимо от вида компенсирующих устройств велики высокочастотная и апериодическая составляющие, целесообразно минимизировать время набора мощности ДГР.

. На рис.4 приведена осциллограмма переходного процесса выхода на номинальный режим ДГР напряжением 11 /-/з кВ, мощностью 480 кВАР, полученная с максимальным воздействием регулятора и при отсутствии дополнительных средств ускорения, где I о-1 - ток дутогасящего реактора, масштаб ]?0 А (номинальное ампл.. значение), В с В - индукции на участках уменьшенного сечения стержней полуфаз, и ю - напряжение на реакторе, масштаб 10 кВ, и« - напряжение управления(подмагничивания), масштаб 1 кВ. При максимальном открытии тиристоров самоподмагничивания реактор набирает номинальный ток (амплитудное значение 110 А) за время порядка 0,5 сек. с постоянной времени, обусловленной его электромагнитными параметрами. Половинная мощность, соответствующая режиму полупредельного насыщения, достигается за 0,3 сек. При отсутствии форсировки углов управления тиристорами время переходного процесса в «естественном» ритме с фиксированным заданным значением угла открытия тиристоров еще более возрастает.

Время выхода реактора на режим, близкий к номинальному, обусловлено временем насыщения мапоггопровода потоком самоподмагничивания, который в свою очередь определяется числом витков, коммутируемых тиристорами. Если не использовать внешних источников энергии и дополнительного оборудования, то наряду с форсировкой углов управления быстродействие реактора можно изменить несколькими способами. Во-первых, наращивая число витков отпаек самоподмагничивания, тем самым повышая напряжение и мощность управления. Во-вторых, можно замыкать часть витков полуфаз сетевой обмотки дополнительными управляемыми ключами накоротко в соответствующие полупериоды напряжения до выхода реактора на заданный режим. Этот способ

за счет магнитной коммутации взаимосвязанных обмоток полуфаз на фазное напряжение повышает скорость нарастания магнитных потоков подмагничива-хшя. Однако это требует дополнительных отпаек и полупроводниковых приборов в сетевой обмотке реактора, а также каналов управления, гальванически развязанных по рабочему напряжению сетевой обмотки. Такой способ существенно удорожает конструкцию и снижает ее надежность.

Для этой же цели можно использовать низковольтную сигнальную обмотку, имеющуюся в выпускаемых реакторах рассматриваемого типа. На рис.5 приведена осциллограмма переходного процесса выхода реактора на номинальный режим с коммутацией полуфаз сигнальной обмотки в течении трех периодов промышленной частоты (1 п -о , 10-15 - токи в секциях сигнальной обмотки реактора, масштаб - 2 кА.). При амплитуде управляющего напряжения I кВ, номинальный режим при одновременной коммутации сигнальной обмотки и форсировке углов управления достигается за два-три периода.

Рассмотренный способ повышения быстродействия применим для управляемых подмагничиванием реакторов классов напряжения 6...35 кВ любого назначения. Из приведенных осциллограмм видно, что постоянная времени составляет один период, что более чем на порядок превышает существующее в настоящее время быстродействие подобных реакторов и с запасом обеспечивает необходимые требования.

Для трехфазных УШР напряжением 330 кВ и выше теоретически и технически обоснованы три способа повышения быстродействия. Во-первых, увеличение напряжения и мощности источника внешнего подмагничивания приблизительно в четыре раза (с 0,5 до 2 % от номинальной) позволяет за счет кратковременной форсировки снизить время перехода в требуемый режим до 0,1 с. Во-вторых, закорачивание вторичной обмотки УШР (компенсационной или обмотки управления) коммутаторами (например, вакуумными выключателями 35 кВ) на необходимое время (до 20 с.) позволяет безинерционно увеличить мощность реактора до двукратной от номинальной (при напряжении к.з. 50%). Однако при таком способе возможно только увеличение мощности до одного фиксированного значения, и при этом требуются дополнительные коммутаторы.

Третий способ управления, не требующий значительной мощности источника или дополнительных коммутаторов, обеспечивает безинерционный набор требуемой мощности для реакторов с предельным насыщением любого напряжения и назначения. Он заключается в создании ненулевых начачьных условий перед подачей напряжения на реактор за счет предварительного подмагничивания машитопровода от внешнего источника небольшой мощности. Поскольку исходным состоянием дугогасящих реакторов до возникновения однофазного замыкания и шунтирующих реакторов до включения линии электропередачи является отсутствие напряжения и тока, а последующий режим предусматривает максимально быстрый набор близкой к номинальной мощности, именно для таких применений исследован, обоснован и технически реализован указанный способ.

В таком случаях эквивалентная схема замещения для анализа процесса нарастания тока в однофазном реакторе при появлении напряжения на нем сводится к замкнутому контуру, содержащему последовательно соединенные источник напряжения и, активное сопротивление К и нелинейную индуктивность Ь . Для случая с нулевыми начальными условиями в схеме (реактор не подмаг-ничен и на нем отсутствует напряжение) дифференциальное уравнение цепи

имеет вид: — + К1 = и (12)

Л

Потокосцепленне в общем случае имеет свободную и принужденную составляющие \|/ = \(/св + ¥пр (13) Или при заданных нулевых начальных условиях

Ч*(0) " V св (0) + Ч'пр(О) (14)

Для того, чтобы обеспечить безинерпиошшй переход из исходного состояния в установившийся режим, в переходном процессе должны отсутствовать свободные составляющие тока и патокосцепленкя, для чего необходимо обеспечить ненулевые начальные условия в индуктивности до появления на ней напряжения ч/СЕ(о) = ч/ (о> - М'гш(О) = 0 (15)

Тогда исходное уравнение (12) при ненулевых начальных условиях, когда б замкнутой цепи протекает какой-то ток начального смешения ним начального аодмашичивания нелинейной индуктшшости, примет вид

К*см = Есм (16)

Л

При условии, что процессы происходят на начальном участке кривой намагничивания до зоны глубокого насыщения стали ц/ (о) < у э , когда ток в рассматриваемом контуре до появления напряжения стационарного режима и мощность подмагничшшгия стремятся к пулю —> О, Рсм —> 0, вы-

ражение (16) еще более упрощается

_ р п7ч

~л~ ~ Есм (1,)

откуда с!\|/ (о) = Есм <Й (18)

и V (0) = I Есм (Й = Есм * (19)

Практически выполненный анализ сводится к приведению нелинейной индуктивности Ь (дугогасящего или шунтирующего реактора) в исходное состояние с ненулевыми начальными условиями за счет подмагничивания и создания постоянного потока насыщения сердечника. В ранее известных конструкциях подмагничиваемых реакторов такой способ требовал достаточно мощных внешних источников питания и вызванных этим соответствующих постоянных потерь. Однако принцип действия и конструкция стержней магнитопро-вода реакторов рассматриваемого типа для подмагничивания в пределах до зоны предельного насыщения требует незначительной энергии и минимального тока в цепи подмагничивания. Так, в ДГР серии РУОМ мощностью 300 кВАр для подмагничивания, достаточного для безинерционного перехода в устано-

вившийся полупредельный режим с половинной мощностью, требуется источник предварительного подмагничивания мощностью менее 20 Вт.

Третья глава посвящена выбору способов измерения регулируемых параметров и построению систем автоматического управления для дугогасящих реакторов. В связи с тем, что измерение емкостных параметров сети с изолированной нейтралью производится в нормальном режиме работы, а процесс регулирования и настройки реактора - после возникновения замыкания на землю, система управления для ДГР рассматриваемого типа должна обеспечивать решение двух основных задач:

1. Максимально точное измерение текущих значений емкостей фаз сети на землю (емкостной проводимости сети) в нормальных режимах работы во всем диапазоне возможных оперативных переключений независимо от возможных возмущающих факторов - естественного смещения нейтрали, наличия высших гармоник в сети, добротности контура нулевой последовательности, отклонений промышленной частоты, совместного включения с «базовыми» ду-гогасящими реакторами и т.д.

2. Быструю и точную настройку индуктивной проводимости ДГР в резонанс с измеренной емкостной проводимостью сети после возникновения однофазного замыкания на землю.

Требования к точности настройки ДГР в режиме замыкания на землю определяются минимизацией термических воздействий в месте замыкания и обеспечением условий самопогасания дуги. Из большого числа факторов, определяющих возможность восстановления изоляции и зависящих от степени расстройки компенсации (в их число входят величина остаточного тока в месте замыкания, напряжение на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги, а также скорость и время восстановления этого напряжения, максимальные перенапряжения и вероятность их появления) решающими в определении требуемой точности настройки являются скорость и время восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги. Расчеты показывают, что при реальном диапазоне изменения коэффициента успокоения с1 э компенсированной сети (0,02-0,07) допустимая расстройка компенсации V д по этим условиям не превышает 2%.

Из этого следует, что для точной последующей настройки дутогасящего реактора в резонанс необходимо иметь информацию о емкостных параметрах сети в нормальном режиме с погрешностью, не превышающей указанные 2%. Поэтому актуальной является проблема выбора такого способа измерения емкости сети или ее проводимости, который бы в наименьшей степени зависел от состава оборудования реальных подстанций, естественного напряжения смещения нейтрали и других факторов. В качестве такового разработан новый способ импульсного зондирования сети путем периодического разряда на сигнальную обмотку ДГР предварительно заряжаемого конденсатора.

. Если в нормальном режиме работы сети подмагничивание реактора и рабочий ток в нем отсутствуют, то магнитная система не насыщена и процесс транс-

формации импульсного сигнала разряда происходит на линейном участке кривой намагничивания. В таком случае продольные индуктивности самого реактора в сумме с индуктивностью трансформатора присоединения можно считать линейными, а эквивалентная схема замещения контура разряда может быть представлена в виде последовательного соединения активного, индуктивного и емкостных элементов ( Cj - предварительно заряженный конденсатор, L - индуктивность реактора и трансформатора присоединения, С2 - эквивалентная емкость фаз сети относительно земли, г - активное сопротивление обмоток и соединительных проводов). В реальных условиях Ci значительно меньше С2, а активное сопротивление мало, поэтому процесс разряда Ci через L на С2 будет носить колебательный затухающий характер. Поскольку скважность импульсов достаточно велика (более 1 е.), а длительность фронта разряда несоизмеримо мала (< 1 мс), можно считать процесс разряда конденсатора Ci на конденсатор С2 однократным. Начальными условиями являются отсутствие тока в индуктивности и напряжения на конденсаторе С2, конденсатор С] до момента разряда предварительно заряжен до фиксированного значения напряжения Шо.

Если приложенное напряжение и ток в установившемся режиме равны нулю и принужденных составляющих нет, остается определить свободную составляющую тока в последовательной цепи, для которой линейное дифференциальное уравнение второго порядка имеет вид:

¿4 - t di , 2. Л „ г 1С, +С,

- + 2 5 — + Шо 1 = 0 , где 5 = — , to0 - ' -

di1 dt " 2L ' u V LCXC5

а характеристическое уравнение имеет два корня

г ^ 1г с1+сг

При указанных выше начальных условиях получим:

~Рг) ^

UC, +С2)

Так как значение г предполагается небольшим ( г < 2 ^—— ■ ■ ), при комплексных сопряженных корнях выражение для тока примет вид: Н-^е-^.Ч, где (20).

Реальное соотношение разрядной емкости С1 и эквивалентной емкости сети Сг, приведенных к одному напряжению, таково, что емкость С1 всегда, при любых изменениях конфигурации сети, много меньше емкости С2. Если оговорить условия, что емкость С1 всегда заряжается до одного фиксированного значения напряжения, а ее величина не менее, чем в тысячу раз меньше емкости сети, то из выражения (20) следует независимость тока от значения емкости С2 при неизменных значениях Ш, Си Ь, г (если пренебречь величиной емкости С1 в сумме С1+С2 числителя подкоренного выражения и сократить С2).

Дальнейшую практическую реализацию импульсного измерения удобнее всего получить, если взять производную напряжения, возникающего на нейтрали сети (на емкости С2) при разряде конденсатора Сь Эта производная напряжения, получаемая, например, с помощью дифференциального звена на выходе обмотки разомкнутого треугольника трансформатора напряжения, с коэффициентом С2 есть тот же ток в разрядном контуре. Чтобы перейти к определенному интегралу и простой схемотехнической реализации следует взять значение тока разряда в момент его максимума, который совпадает и с максимумом производной напряжения на нейтрали. Тогда выражение для тока примет вид: (Юг

I т - Со

Л

а , (21) ^ г ¡С, +С, г2 £[1

г

\ ЩС, 4Ьг 412

из которого также очевидно следует независимость тока разряда, или, что то же самое, произведения С2 на максимум производной напряжения, от величины емкости Сг (при выполнении условия С1« Сг).

Если произведение величины емкости С2 на амплитуду производной напряжения равно константе, то между ними имеется обратно пропорциональная зависимость (или гипербола). Чтобы перейти к измерению и сравнению величин, прямо пропорциональных емкости сети и току замыкания, каждый раз после измерения амплитуды импульса на выходе дифференциального звена вычисляется ее обратное значение. Фактически, наряду с упрощением схемы измерения, это приводит к тому, что в контуре регулирования можно сравнивать измеренную в нормальном режиме емкостную проводимость сети и регулируемую в режиме замыкания индуктивную проводимость реактора.

На точность резонансной настройки реактора в режиме компенсации главным образом влияют два фактора: нелинейная регулировочная характеристика ДГР (зависимость тока реактора от утла управления тиристорами) и зависимость рабочего тока реактора от его температуры. При линеаризации регулировочной характеристики для настройки САНК погрешность измерения при отклонениях емкости сети вследствие оперативных переключений может составить 1...2 градуса, что при большой крутизне регулировочной характеристики приводит к увеличению остаточного тока замыкания на 5...7 ампер. Различие в рабочем токе нагретого и холодного реактора при неизменном напряжении и угле управления может составлять 10% и более, что для ДГР средней мощности также составляет 5...7 ампер. Вместе с остаточным током замыкания, вызванным высшими гармониками и активной составляющей, общий не скомпенсированный ток в месте замыкания может достигать 20 ампер, что недопустимо. Для успешного гашения душ при неустойчивых однофазных замыканиях ток в месте к.з. не должен превышать 5...7, максимум 10 ампер.

Разомкнутая система регулирования с поддержанием неизменного угла управления, пропорционального измеренной емкости сети, в принципе не может обеспечить высокой точности и исключить указанные выше погрешности. Поэтому от применявшейся ранее разомкнутой пропорциональной линеаризо-

ванпой системы управления необходимо перейти к замкнутой системе регулирования с обратной связью по проводимости реактора. Упрощенная блок-схема САНК с импульсной системой измерения и замкнутым контуром автоматического регулирования изображена на рис. 6 и содержит следующие элементы : дифференцирующий блок 1, входные преобразователи тока и напряжения промышленной частоты 2, умножители 3, коммутатор 4, запоминающее устройство 5, пропорционально-интегральный регулятор 6, система импульсно-фазового управления (СИФУ) 7, преобразователь тока подмагничивания реактора 8, источник импульсов измерения 9, управляемый подмагничиванием реактор со встроенными сигнальной обмоткой и трансформатором тока 10, питающий трансформатор 11, в нейтраль которого подключается реактор, я стандартный трансформатор напряжения 12, со вторичных обмоток которого в схему устройства поступает напряжение смещения нейтрали.

САНК работает следующим образом. В нормальном режиме источник импульсов 9 подключен к сигнальной обмотке реактора, и на дифференцирующий блок 1 поступает напряжение нейтрали сети. В результате выделения амплитуды производной этого напряжения в блоке 1 и получения ее обратной величины в умножителе 3 на выходе последнего со скважностью импульсов порядка 2 с. отслеживается проводимость контура нулевой последовательности сети, обусловленная ее конфигурацией. При возникновении замыкания источник 9 отключается от сигнальной обмотки реактора, последнее значение емкостной проводимости контура запоминается блоком 5, а на СИФУ подается разрешение на выдачу управляющих импульсов в преобразователь.

Одновременно на СИФУ от ПИ-регулятора б поступает сигнал управления, соответствующий рассогласованию между измеренной ранее проводимостью сети и проводимостью реактора, получаемой с выхода другого умножителя 3 путем деления поступающих через преобразователи 2 текущих значений тока и напряжения реактора на частоте 50 Гц. В первый момент времени после замыкания ток холостого хода реактора близок к пулю, рассогласование максимально, и ПИ-регулягор через СИФУ полностью открывает тиристоры преобразователя, обеспечивая тем самым скорейший выход реактора в резонансный режим. По достижении требуемого значения тока подмагничивания и проводимости реактора, равной зафиксированной ранее проводимости емкостного контура сети, сигнал рассогласования на ПИ-регуляторе становится нулевым и далее поддерживаются параметры резонансной настройки до исчезновения или ликвидации персоналом однофазного замыкания. При замыканиях че-

12

Сеть 6-35 кВ

11

-щн

V}

10

рез переходные сопротивления, когда напряженке смещения нейтрали меньше фазного, соответственно меньше будут напряжение на реакторе и его рабочий ток, поддерживаемый замкнутым контуром регулирования таким образом, чтобы сохранить резонансную настройку по проводимости. Таким образом, САНК использует способ, заключающийся в прямом измерении наиболее информативного и достоверного параметра - проводимости реактора, и его автоматическом регулировании в режиме замыкания на землю сравнением с предварительно измеренной проводимостью контура нулевой последовательности сети.

В главе четвертой приведены требования к управляемым шунтирующим реакторам, технические возможности УШР с предельным насыщением, режимы и алгоритмы их работы. Описаны разработанные в ходе исследований системы управления для шунтирующих трехфазных реакторов различных классов напряжения.

Наибольшего эффекта от применения управляемых реакторов следует ожидать на линиях электропередач сверхвысокого напряжения (СВН) 330-1150 кВ, где использование УШР, в том числе рассматриваемого типа значительно, в несколько раз, экономичнее статических тиристорных компенсаторов (СТК) или установок продольной емкостной компенсации. По сравнению с неуправляемыми шунтирующими реакторами (ШР) стоимость УШР несколько выше, однако их функциональные возможности несоизмеримы, поскольку, полностью выполняя функции ШР, управляемые реакторы не только исключают коммутации выключателей, но и снижают потери при оптимальном регулировании напряжения и реактивной мощности, а также способствуют сохранению динамической и статической устойчивости электропередачи. Следует также учитывать то обстоятельство, что ШР на линиях СВН, как правило, не отключаются по мере увеличения передаваемой по линии мощности. Это обусловлено целым рядом причин, основными из которых являются ресурс выключателей и перенапряжения при коммутации от среза тока выключателем, а также вопросы динамической устойчивости в случае линий большой протяженности. В результате ограничивается пропускная способность линии, и эффективность ШР в сравнении с управляемыми реакторами дополнительно снижается.

Согласно данным института Энергосегьпроект в РАО ЕЭС находится в эксплуатации 110 подстанций напряжением от 330 до 1150 кВ. На линиях СВН установлено 267 ШР, около 40% которых проработало более 20 лет и требует плановой замены. Если при этом учесть, что для ведения режимов целесообразно иметь в энергосистемах не менее 30% управляемых реакторов, то ежегодный ввод в эксплуатацию одной трехфазной группы УШР напряжением 500-750 кВ позволил: решить задачу замены этих ШР на УШР в течение 10 лет. Кроме того, из-за недостаточной степени компенсации зарядной мощности линий 750 кВ - 75 % при рекомендуемых 100-110% я 500 кВ - 42 % против 80-100%, острейшей проблемой функционирования электрических сетей в последние годы является повышение рабочего напряжения в сетях 750, 500 и 330 кВ, иногда до опасных для оборудования значений. Из-за неоптимальных

режимов работы и реверсивных перетоков мотност относительные потери электроэнергии возросли до 12,2% в 1998 г. против 8,35% в 1991 г. Эти факторы требуют немедленной установки УШР в ряде энергорайонов.

Требования к УШР и их системам регулирования для линий СВН во многом определяются конкретными условиями в месте их подключения и возлагаемыми на реакторы функциями. Как минимум, для полноценной замены неуправляемых шуптирующих реакторов, УШР должны обладать диапазоном регулирования от холостого хода (~1% Оном.) до номинальной мощности, достаточной для компенсации зарядной мощности линии. При этом их быстродействие и алгоритм управления должны обеспечивать как ограничение внутренних перенапряжений при коммутациях, так и гашение дуги в цикле ОАПВ, Если других функций управляемый реактор не выполняет, то регулирование его мощности можно вести по отклонению напряжения в месте подключения.

Однако при работе УШР на сверхдальних линиях СВН алгоритм системы управления может значительно усложняться, приближаясь к алгоритмам работы регуляторов возбуждения сильного действия (АРВ СД) генераторов. Возможность применения УШР рассматриваемого типа на таких линиях напряжением 500 кВ и выше требует дополнительных исследований в части требовашш к быстродействию реакторов по условиям ограничения перенапряжений и сохранения устойчивости передачи. Такие исследования выполняются совместно со специалистами Санкт-Петербургского технического университета, в работах которых показано, что при быстродействии УШР порядка 0,3-0,5 с. и наличии регуляторов сильного действия условия статической и динамической устойчивости электропередачи СВН выполняются.

Если функции поддержания устойчивости на УШР не возлагаются, то алгоритм системы управления мощностью УШР должен обеспечивать ее снижение по мере нарастания передаваемой мощности в линии в соответствии с соотношением:

Ор = Рн [1-{-|}2и, (22)

где О р - мощность УШР, Рн - натуральная мощность линии,

л, - волновая длина линии, Р - передаваемая по линии мощность.

В соответствии с этим соотношением измерительные органы должны вести контроль текущих мощностей, как передаваемой по линии, так и мощности УШР, а результат вычисления выражения (22) есть уставка для регулятора, обеспечивающего ее поддержание через систему подмагничивания.

Таким образом, в зависимости от места подключения, характеристик линии СВН и возлагаемых на УШР функций, алгоритмы управления и регулирования реактора могут быть самыми разнообразными. Выбор этих алгоритмов, обоснование параметров регулирования и коэффициентов требует проведения расчетов динамической и статической устойчивости с учетом работы АРВ СД генераторов и условий ограничения внутренних перенапряжений для конкретной линии с УШР требуемой мощности. Дополнительно следует учитывать два

обстоятельства, связанных с возможным усложнением структуры регулятора УШР. Во-первых, режимы коммутации линии и гашения дуги в паузе ОАПВ требуют повышенного быстродействия, а следовательно, отдельного канала управления реактором с приоритетом выше регулятора нормального режима по отклонению напряжения или мощности линии. Во-вторых, если в энергосистеме существует иерархическая система управления напряжением и реактивной мощностью, в состав которой в качестве рехулирующего элемента включен управляемый реактор, он должен обеспечить текущую реактивную нагрузку по заданной уставке реактивной мощности через еще один, обладающий своим приоритетом канал управления.

В результате система управления УШР должна предусматривать как минимум четыре канала регулирования - канал быстродействующей форсировки реактора, связанной с коммутацией линии или циклом ОАПВ, канал поддержания заданной верхним иерархическим уровнем уставки реактивной мощности, канал ручного управления н канал автоматического управления по измеряемым параметрам линии. На рис.7 приведена структурная схема системы управления, регулирования, защит и автоматики (СУРЗА) для УШР напряжением 110-220 кВ. содержащая три из указанных каналов - ручного управления, поддержания заданной мощности и стабилизации напряжения в месте подключения.

В соответствии со структурной схемой СУРЗА содержит: БИТ - блок измерительных трансформаторов, ТМП - трансформатор с преобразователем для подмагничивания, МТЗ - максимальная токовая защита, ЗПТ -защита от превышения температуры, ОГР - ограничитель сигнала по напряжению, - двухканальный аналоговый ключ, ФНЧ - фильтр нижних частот, УМ - усилитель мощности выходного каскада СУРЗА, РУ - выходные реле защит. Кроме указанного, каналы регуляторов содержат умножители, сумматоры, масштабирующие усилители, пропорциональные и интегрирующие звенья, а на

п

лицевой панели СУРЗЛ расположены соответствующие органы управления и индикаторы, сигнализирующие о режимах работы или неисправностях УШР.

Входными величинами являются фазные тс их реактора, полу'-'пемые с встроенных трансформаторов тока, и напряжения на его выводах (пли шинах подстанции). Выходными сигналами являются напряжение управления трансформатором-преобразователем (ТМП), а также логические сигналы защит реактора и ТМП. В зависимости от режима работы реактора, сигналом обратной связи для пропорционально-интегрального регулятора блока управления является текущая реактивная мощность реактора или напряжение на шинах подстанции. Принцип действия измерителя реактивной мощности заключается в том, что из произведения двух сигналов - напряжения между фазами В и С (Ubc ) и тока фазы А (I а), - выделяется постоянная составляющая, пропорциональная реактивной мощности. Поскольку U вс - UAm- sin (rat - 90°), l-o IA • ÜВС = IAm • sill («Дt - ф) • V3 UA„Г SÜl (öt - 90 °) =

•n/5

= — Um-UAm" Sincp - ~lAm-lWsitl(2cDt-Cp + 90°),

где ф - фазовый угол между векторами тока и напряжения фазы А.

При соответствующих коэффициентах передачи на выходе измерителя будет

сигнал напряжения Uq , нормированной относительно мощности реактора.

В ручном режиме работы оператор имеет возможность по щитовым приборам установить любой ток реактора в диапазоне от холостого хода до номинального, при этом через выходной каскад СУРЗА изменением напряжения управления ТМП задается требуемый уровень подмагничившшя в обмотке управления реактора. Режим автоматизированного поддержания реактивной мощности обеспечивает стабилизацию мощности реактора (независимо от колебаний напряжения) на уровне, заданном диспетчером вручную либо по каналам телемеханики. В случае изменения уставки мощности по заданному суточному или недельному графику реактор обеспечит в указанном режиме автоматизированное поддержание графика реактивных нагрузок.

Основным для реактора является режим стабилизации напряжения. В отличие от режима поддержания заданной реактивной мощности, который обеспечивается по астатическому закону регулирования, стабилизация напряжения ведется от заданной уставки напряжения (например, 115 кВ) с требуемой величиной статизма порядка 2,5%. Таким образом, при возрастании напряжения на шинах подстанции от 115 до 118 кВ реактор изменят свою мощность от холостого хода до номинальной. Этот режим обеспечивается своего рода двухкон-турной системой управления. В первом контуре по уставке напряжения, известному статизму и обратной связи по текущему напряжению вычисляется уставка мощности, соответствующей доя данного текущего квазиустановившегося режима. Далее в контуре автоматического регулирования мощности обеспечивается точное поддержание этого значения мощности до следующего изменения напряжения на шинах подстанции. Известная инерционность реактора как объ-

екта регулирования и соответствующая настройка коэффициентов ПИ-регулятора обеспечивает отсутствие перерегулирования и автоколебаний.

В пятой главе приведены исследования переходных процессов в электрической сети с УР, рассмотрены требования к устройствам релейной защиты и автоматики (РЗА) для УР, обоснован необходимый объем РЗА, выбраны существующие и новые способы построения и реализации защит.

В настоящее время Правилами устройства электроустановок и Руководящими указаниями по релейной защите не регламентирован состав защит для УПР. Для силовых трансформаторов, как правило, предусматриваются в качестве основных защит от внутренних повреждений - дифференциальная и газовая защиты, а от внешних коротких замыканий (к.з.) и перегрузок - максимальная токовая защита, как простая, так и с комбинированным пуском.

Шунтирующий реактор не имеет, в отличие от силовых трансформаторов, сквозных токов в обмотках при внешних к.з в присоединениях нагрузки, что упрощает обеспечение условия селективного действия защит. Поэтому состав его устройств РЗА может существенно отличаться от принятых для трансформаторов. В особенности это касается дифференциальных защит, применение которых для УР нецелесообразно по ряду причин:

- нет необходимости отстраиваться от сквозных токов внешних к.з. в присоединениях нагрузки вне зоны действия основной защиты ;

- дифференциальные защиты требуют двустороннего охвата всех ветвей обмоток трансформаторами тока (ТТ), что при трехфазном исполнении реактора в едином баке вызывает конструктивные затруднения;

- в силу требований отстройки от апериодических составляющих применяемые полупроводниковые защиты с торможением имеют быстродействие, превышающее период промышленной частоты, и недостаточную чувствительность при замыканиях' небольшого числа витков обмотки,

- использование особенностей схемы соединений и режимов работы управляемого реактора позволяет существенно повысить эффективность защит и применить новые принципы для выявления витковых замыканий.

При эксплуатации реактора на конкретной подстанции важными вопросами являются, с одной стороны, влияние реактора на поведение защит других присоединений при внешних для реактора несимметричных к.з. (величина соответствующих «токов подпитки» места к.з.), а с другой - обеспечение селективной работы защит самого реактора при внешних для него близких коротких замыканиях (несрабатывание защит реактора при протекании токов внешних к.з. и при бросках токов фаз после АПВ). Исследования на математической и физической моделях, а также проведенные испытания головного образца показали, что с точки зрения влияния на расчет уставок защит в узле энергосистемы, где будет установлен управляемый реактор, его можно представить схемой замещения, аналогичной обычному трансформатору с повышенным ик (30%). В соответствии с этим определяются токи подпитки при несимметричных к.з. вблизи подстанции, на которой установлен реактор.

Эксплутационные режимы самого реактора в сравнении с трансформатором аналогичной мощности облегчены по условиям обеспечения селективности защит не только в силу отмеченною отсутствия присоединений кз итер1пной стороне, но и по значениям броска тока при включениях. Если для трансформаторов они могут составлять шести- и семикратные значения от номинального тока, то для управляемого реактора при самых неблагоприятных сочетаниях уровня нагрузки и угла сетевого напряжения после отключения внешнего к.з. бросок тока не превышает трехкратного. На рис.8 приведены осциллограммы токов в сетевой обмотке реактора при внешнем несимметричном к.з. и при включении после АПВ при полном подмагничивании реактора в предшествующем режиме.

На левой осциллограмме приведены (сверху вниз) токи фаз А, В, С реактора при близком внешнем замыкании фазы С на землю и его последующем отключении. Ток в месте замыкания для данного расчетного случая составляет 6 кА амплитудного значения и приведен внизу осциллограммы с масштабом 10 кА. Масштаб фазных токов везде составляет 400 А, при этом амплитудное установившееся значение тока фазы С реактора равно 220 А (номинальное амплитудное - 151 А), а максимальное переходное амплитудное значение превышает 400 А и спадает с постоянной времени 2...3 периода промышленной частоты сети. После отключения внешнего к.з. реактор после непродолжительного переходного процесса продолжает работать с заданным значением тока.

На правой осциллограмме приведены в таких же масштабах те же явления при близком трехфазном коротком замыкании с последующим его отключением. Ток в месте замыкания порядка 10 кА в амплитуде, его длительность соответствует времени действия защит и выключателя. За время глубокой посадки напряжения токи фаз реактора успевают несколько снизится, но при восстановлении напряжения возникают апериодические составляющие с максимальной амплитудой токов в фазах А и С менее 370 А.

В случаях успешных циклов АПВ на линии, к которой подключен реактор, время которых в сетях 110 кВ значительно выше времени к.з., приведенного на осциллограмме (до 3 с. и более), а также при меньших значениях подмаг-ничивания и рабочего тока реактора или более благоприятных углах восстанов-

с 1 и—о

¿г- ■

Раг.9 СХЕМА СОЕДИНЕНИЙ ОБМТОК РГ5-250а0/И0 С КОМПЛЕКСОМ РЗА

ления сетевого напряжения ороски токов и фазах сетевой обмотки реактора будут значительно ниже и могут быть меньше номинального тока.

На рис.9 приведена электрическая схема соединений обмоток реактора РТУ-25000/110 с предусмотренными в конструкции встроенными ТТ. внешним трансформатором-преобразователем (ТМП) для подмаг-ничиваняя выпрямленным током и принятым составом релейных защит. ТМП подключается на шины подстанции 10 кВ и имеет типовую двухступенчатую максимальную токовую защиту (МТЗ), выбор уставок которой не представляет затруднений. Выход выпрямленного напряжения ТМП подключен к двум эквипотенциальным, уравновешенным по переменному току выводам обмоток подмагкичивания реактора, соединенных в треугольник. Фазные сетевые обмотки реактора расщеплены и состоят из двух параллельных секций, каждая из которых располагается на отдельном магнето-проводе соосно с соответствующей секцией обмотки подмагничивания. Секции сетевой обмотки соединены в двойную звезду с глухим заземлением нейтрали, выводы которой охвачены встроенным ТТ. На каждом выводе сетевой обмотки имеется по два встроенных ТТ, один для системы управления, другой - для релейной защиты.

Заводом-изготовителем устанавливается типовая газовая защита от повреждений внутри бака, сопровождающихся выделением таза, и от понижения уровня масла. На ТТ фаз в качестве защиты от замыканий на вводах, витковых замыканий и к.з. на корпус подключена двухступенчатая МТЗ с уставками по известным соотношениям : -МТО-ПОкВ 1с.з. = 1,5x2x114 = 342 А,

-МТЗ-110 кВ I с.з. - 1,2 х 1,4 х 114 / 0,85 = 225 А, где 1,4 - коэффициент допустимой перегрузки реактора при номинальном токе 114 А. Выдержка времени второй ступени МТЗ для отстройки от бросков тока намагничивания при включении и внешних к.з. в соответствии с постоянными времени реактора выбрана равной 0,3 е..

В качестве основной защиты от всех видов внутренних замыканий обмоток реактора, как витковых, так и на корпус, используется впервые разработанное устройство, реагирующее на появление переменного напряжения промышленной частоты 50 Гц, которое возникает на выводах обмотки подмагничивания

ари любой внутренней несимметрии в обмотках реактора благодаря наличию электромагнитных связей между обмотками и схеме их соединений. В нормальных режимах и при внешних возмущениях на этих выводах присутствует только напряжение подмагничивания.

Указанное устройство подключается к выводам ТМП, имеющего номинальное рабочее напряжение 110 В выпрямленного тока, через гальваническую развязку, исключающую попадание перенапряжений в схему РЗА, и полосовой фильтр, отсекающий постоянную составляющую и шестую гармонику, обусловленную работой шестиполупериодного выпрямителя ТМП. Уставка нуль органа по напряжению определялась математическим и физическим моделированием реактора и принята равной 55 В переменного напряжения для отстройки от допустимой конструктивной несимметрии обмоток и магнитопровода. Быстродействие защиты определяется задержками в фильтрах и входных преобразователях. составляя суммарную величину менее одного периода промышленной частоты. При принятой уставке устройство надежно яыявляег замыкания более двадцати витков любой из секций сетевой обмотки реактора и замыкания более трех витков в секциях обмотки подмагничиваиия, что при числе витков фазной обмотки свыше двух тысяч, а каждой секции обмотки подмагпичивания - более 300 позволяет охватить защитой 99% обмоток и значительно превышает по чувствительности показатели аналогичных по назначению дифференциальных защит.

В качестве резервных дополнительно рассмотрены четыре вида токовых защит, подключаемых на имеющиеся группы встроенных ТТ :

- максимальная токовая зашита с зависимой уставкой;

- токовая защита нулевой последовательности с зависимой уставкой;

- дифференциальная токовая защита нулевой последовательности;

- токовая защита на выводах обмотки подмагничивания.

Для повышения чувствительности двух первых резервных токовых защит использована возможность дополнить их схемы блоком определения уставки, который изменяет уставку срабатывания в зависимости от заданного режима работы реактора. При кратности регулирования более 100 уставка снижается в режимах холостого хода до 12 А для второй ступени МТЗ. Соответственно возрастает чувствительность защиты, в особенности в режимах, близких к холостому ходу, когда индуктивность обмоток максимальна.

Благодаря значительно меньшим величинам бросков тока при включении УР может быть выбрано простейшее исполнение дифференциальной защиты нулевой последовательности фазных обмоток с прямым включением серийного реле с быстронасыщающимся трансформатором (типа РНТ-565) на вычитание токов нулевой последовательности фильтра 31о фазных ТТ и ТТ в нейтрали реактора. При этом, исключив применение сложных схем защит с торможением, можно иметь уставку защиты меньше номинального тока реактора (если допустить отключение при обрыве токовых цепей).

Для резервной защиты обмотки подмагничивания от замыканий на корпус использован ТТ на ее выводах, в котором в нормальных режимах и при витко-вых к.з. "сквозные" токи по выводам взаимно вычитаются, а при появлении обходной цепи протекания тока замыкания любой секции обмотки на землю в обход ТТ в последнем возникает переменный ток этой же величины. К указанному ТТ подключается максимальное токовое реле, уставка которого по условиям отстройки от несимметрки и переходных процессов составляет 120 А по току и

0.2.сек. по времени,

Описанные виды и новые способы защит рекомендованы для УШР напряжением 110-330 кВ и могут быть реализованы как на традиционных электромеханических реле, так и на современной цифровой технике.

Отдельно рассмотрен вопрос повышения селективности защит от однофазных замыканий для сетей с изолированной нейтралью 6-35 кВ с компенсацией тока замыкания на землю. Предложен эффективный и простой способ выявления поврежденного фидера существующими токовыми защитами за счет кратковременного, дозированного по величине и времени, безинерционного увеличения активной составляющей тока ДГР типа РУОМ.

В шестой главе рассматриваются вопросы проведения наладки и натурных испытаний, организации эксплуатации и гарантийного обслуживания УР разных классов напряжения и мощности.

Результатом практического внедрения являются более двух десятков работающих в промышленной эксплуатации УР различных модификаций Несколько подробнее можно остановиться на участии автора и руководимой им группы специалистов НТЦ ВЭИ в разработке, изготовлении, испытаниях и наладке следующих четырех типов УР :

1. Дугогасящие реакторы серии РУОМ с системами управления типа С АПК установлены на подстанциях ряда городов России и других стран (Азов, Алма-Ата, Нижнекамск, Кишинев, Краснодар, Тольятти, Пярну, Тверь и др.).

2. На базе трех однофазных РУОМ мощностью 480 кВАр на ЦРП завода Электросталь Московской области в мае 1997 года введен в промышленную эксплуатацию трехфазный управляемый шунтирующий реактор РТУМ-1440/6,3 с системой управления САУРТ, который обеспечивает выравнивание графика потребления реактивной мощности и стабилизацию напряжения на шинах ЦРП. Сбоев оборудования и замечаний эксплуатационного персонала за время эксплуатации не было, срок окупаемости составил 2,5 года.

3. На действующей подстанции 110/10/6 кВ НТЦ ВЭИ в г. Тольятти успешно прошел приемо-сдаточные испытания и опытно-промышленную эксплуатацию в течение 4 мес. трехфазный управляемый шунтирующий реактор 110 кВ, 25 МВА типа РТУ-25000/110-У1 с системой управления типа СУРЗА. В это же время разработан и изготовлен комплекс РЗА для РТУ-25000/110. Реактор введен в промышленную эксплуатацию на п/ст «Кудымкар» Пермэнер-го в сентябре 1999 года.

4. Подготовлены технические задания заводам и технико-коммерческие предложения для РАО ЕЭС на изготовление и поставку УШР напряжением 330500 кВ. В декабре 1998 г. после доклада на координационном совете НТС ОЭС Сибири установка УШР напряжением 500 кВ, 60 МВА в фазе была рекомендована на подстанции Таврической Омской области.

В выполнении указанных работ, в особенности при проведении испытаний промышленных образцов УР, принимали участие ведущие специалисты НТЦ ВЭЙ в г. Тольятти, в частности, С. Долгололов, А. Зайцев, А. Павлов, В. Червяков и другие. Их знания и опыт в проведении испытаний высоковольтного оборудования, а также технические возможности уникального мощного испытательного стенда (МИС) НТЦ ВЭИ в г. Тольятти в значительной степени ускорили промышленное внедрение УР в энергосистемы России.

Оценка технико-экономической эффективности применения управляемых [тодмагиичиванием реакторов с глубоким насыщением магнитной цепи провозилась для шунтирующего реактора типа РТУ-25000/110-У1, головной образец которого поставлен на подстанцию Кудымкар Северных электрических сетей Пермэнерго. Реактор подключен параллельно с существующей конденсаторной затареей и предназначен для стабилизации напряжения в удаленном от исгоч-шков питания узле нагрузки и оптимизации перетоков реактивной мощности, 'асчеты, приведенные в приложении к диссертации, показывают, что срок оку-таемости реактора только за счет экономии потерь не превышает трех лет, промышленной эксплуатации в данной энергосистеме.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основной целью выполненных под руководством и при непосредствен-юм участии автора работ было обеспечить внедрение в про?.1Шпленную экс-шуатацгоо России и других стран принципиально нового вида электротехниче-акого оборудования - управляемых подмагничиванием реакторов с глубоким гасыщеннем магнитной цепи. Для достижения указанной цели решен широкий руг научных и технических задач, в результате чего разработано оборудование 1ля комплексов управляемых реакторов различного назначения. Были проведе-гы исследования нормальных и аварийных режимов УР в электрических сетях, юлучены расчетные и экспериментальные данные, необходимые для разработ-и технических средств, обеспечивающих повышение динамических характери-тик УР, автоматическое управление и релейную защиту при условии сохранения совместимости эксплуатационных режимов с ранее установленным под-таиционным оборудованием.

Основные научные и практические результаты, приведенные в диссерта-ии, состоят в следующем:

. Дано теоретическое обоснование, разработаны методы и предложены технические решения по улучшению динамических характеристик управляемых подмагничиванием реакторов, повышающие их быстродействия до 0,02 с.

2. Теоретически обоснован, разработан и реализован метод безинерционного перехода управляемого подмагничиванием реактора в режим требуемой величины потребляемой реактивной мощности.

3. Совместно с лабораторией управляемых реакторов СФ МЭИ и заводом «Энергия» впервые получены эффективные технические решения с их про-мышлешюй реализацией, обеспечивающие безинерционный выход дугога-сящих реакторов на режим компенсации, а также повышающие быстродействие УР до нескольких периодов промышленной частоты без усложнения их конструкции и роста затрат.

4. Предложен, разработан и реализован принципиально новый способ измерения емкостных параметров сети с изолированной нейтралью, обеспечивающий высокую точность измерения и основанный на идее импульсного зондирования контура нулевой последовательности сети.

5. Впервые разработаны и изготовлены не имеющие аналогов системы управления для ДГР серии РУОМ типа САНК нескольких модификаций, рассчитанных на работу в различных схемах подстанций и обеспечивающих точность настройки компенсации емкостного тока не ниже 2,0...2,5 %.

6. Разработаны алгоритмы, схемотехнические и конструктивные решения, реализованные в системах управления, регулирования, защит и автоматики для УШР различного назначения, в том числе типов СУРЗА для РТУ-25000/110 и САУРТ для РТУМ-1440/6,3.

7. Разработан и использован в ходе опытно-промышленной эксплуатации комплект РЗА для реактора типа РТУ-25000/110-У1, включающий в себя новые оригинальные способы защиты, созданные автором в ходе исследований. В их основе заложены запатентованные идеи контроля состояния всех обмоток реактора по переменному напряжению или току на выводах обмотки управления, а также введения уставок, зависящих от заданной мощности реактора.

8. Предложены способы и технические решения, обеспечивающие селективность и чувствительность защит от однофазных замыканий в электрических сетях 6-35 кВ на основе кратковременного дозированного увеличения активной составляющей тока дугогасящих реакторов серии РУОМ.

9. Проведены приемо-сдаточные испытания на МИС НТЦ ВЭИ в г. Тольятти и ввод в промышленную эксплуатацию в Северных электрических сетях Перм-энерго головного образца трехфазного шунтирующего реактора типа РТУ-25000/110-У1, не имеющего аналогов в России и других странах.

10. Введен в промышленную эксплуатацию в энергосистемах России и других стран ряд управляемых реакторов различных классов напряжения и мощности, в том числе дугогасящие реакторы серии РУОМ-190, РУОМ-ЗОО, РУОМ-480, РУОМ-840 напряжением 6-10 кВ и управляемый шунтирующий реактор РТУМ-1440/6,3 на ЦРП-6 кВ завода Электросталь.

11. Разработана технология организации испытаний и ввода в эксплуатацию управляемых реакторов в виде технических условий, технических заданий, эксплуатационной документации, методик испытаний и наладки, заданий на

проектирование и технико-коммерческих предложений на весь ряд управляемых реакторов нового типа, включая РТУ-25000/110-У1 и УШР напряжением 220 kB и выше.

2. Совместно с лабораторией управляемых реакторов СФ МЭИ, Раменским электротехническим заводом «Энергия» и Запорожским трансформаторным заводом освоено изготовление, поставка и наладка дугогасящих и шунтирующих реакторов различной мощности напряжением от 6 до 330 кВ.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации : . Мощный сетевой стенд в г. Тольятти для испытаний и исследований электрооборудования на напряжение до 1150 кВ / А.Г. Долгополое, В.А, Червяков, O.A. Шлегель // Тезисы докладов 3 Международного симпозиума ГРАВЭК «Электротехника 2010» Наука, производство, рынок, - Москва, 1995 г. . Monitoring of Winding Displacements in HV Transformers in Service /А. Dol-

gopolov, R.Malewski, O.Shlegel, A.Khrennikov //CIGRE WG 33.03., Padua, 95r. . Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы - принципиально новая разработка в области электротехники / Брянцев А.М., Бики М.А., Долгополой А.Г. и др. // Тезисы докладов 4 международного симпозиума ТРА-ВЭК «Электротехника 2010» Наука, производство, рынок, - Москва, 1997 г. . Заземляющее дугогасящее устройство на базе управляемых реакторов / Брянцев А.М., Бики М.А., Долгополов А.Г. и др. - там же. . Трехфазный управляемый реактор РГУМ-25000/110 / Брянцев А.М., Бики М.А., Долгополов А.Г. и др. - там же.

. Трехфазный управляемый реактор РТДЦУ-60000/500 / Брянцев А.М., Бики М.А., Долгополов А.Г. и др. - там же. . Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы - новое электротехническое оборудование для повышения надежности эксплуатации электрических сетей, оптимизации режимов работы и снижения потерь электроэнергии в линиях электропередач. / Базылев Б. И., Брянцев А.М., Долгополов А. Г. и др. // Матер, междунар. симп. «Состояние, основные направления развития производства, повышение технического уровня и надежности трансформаторного оборудования». 28-30 сент. 1998 г., Запорожье, Украина. . Патент № 2124259 РФ. Способ защиты управляемого реактора от внутренних коротких замыканий./ Брянцев А. М., Долгополов А. Г. Опубл. в БИ № 36, 1998 г.

. Патент № 2126195 РФ. Устройство защиты управляемого реактора от внутренних коротких замыканий./ Бойченко Н. Г., Долгополов А. Г. Опубл. в БИ № 4,1999 г.

0. Патент Ш 2130677 РФ. Способ автоматической настройки дугогасящего реактора и устройство для его осуществления./ Брянцев А.М., Долгополов А. Г. Опубл. вБИ№ 14,1999 г.

П. Патент № 2132581 РФ. Электрический управляемый подмагничиванием трехфазный реактор. / Брянцев А. М., Долгополов А. Г., Лурье А. И. и др. Опубл. вБИ№ 18,1999 г..

12. Патент № 2137278. Способ защиты управляемого подмагничиванием реактора от внутренних коротких замыканий и устройство для его осуществления. / Брянцев А.М., Долгополов А.Г., Евдокунин Г.А. БИ Кг 25,1999 г.

13. Трехфазный управляемый подмагничиванием шунтирующий реактор РТУ-25000/110 / Авдонин А.Г., Брянцев А.М., Долгополов А.Г. и др.// Электротехника 2010 / V симпозиум. «Перспективные направления в развитии энергетики и электротехнического оборудования в 2000-2010 годах». Сборник докладов, том 1 -М„ 1999 г. с.102-103.

14. Автоматически регулируемые дугогасящие реакторы серии РУОМI Базылев Б.И., Брянцев А.М., Долгополов А.Г. и др.//Там же, с.104-105.

15. Трехфазный управляемый подмагничиванием шунтирующий реактор РТУ-180000/500 / Брянцев А.М, Долгополов А.Г. и др./'/' Там же, с. 106-107.

16. Долгополов А.Г. Система автоматической настройки компенсации дугога-сящнх реакторов, управляемых подмагничиванием // Там же, с. 120-124.

17. Долгополов А.Г. Релейная защита управляемого шунтирующего реактора 110 кВ, 25 МВА // Там же, том 2, с.379-384.

18. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы - новое электротехническое оборудование / Брянцев А.М., Бики М.А., Долгополов А.Г. и др. // Электротехника, 1999 г., № 7, с.1-8.

19. Патент № 2141695. Устройство повышения быстродействия управляемого реактора / Брянцев А.М., Долгополов А.Г., Евдокунин Г.А. Опубл. в БИ № 32,1999 г.

20. Долгополов А. Г. Системы автоматической настройки компенсации для управляемых подмагничиванием дугогасящих реакторов И Электротехника -1999 -№11.

21. Долгополов А. Г. Релейная защита управляемого шунтирующего реактора 110 кВ, 25 МВА // Электротехника -1999 - № 12.

22. Дугогасящие реакторы с автоматической компенсацией емкостного тока замыкания на землю / Брянцев А.М., Долгополов А.Г., Евдокунин Г.А. и др. И Монография. С-Пб.: Изд-во С-Пб ИПК, 1999 г.

Введение

Глава 1. Принцип действия, назначение и задачи исследований управляемых подмагничиванием реакторов (УР) с предельным насыщением магнитной цепи.

1.1. Принцип действия и теория работы УР

1.2. Основные типы, назначение и преимущества УР.

1.3. Технико-экономические показатели УР и их сравнение с альтернативным оборудованием.

1.4. Требования к управляемым реакторам различного назначения

1.5. Основные направления и задачи исследования УР.

1.6. Методы и инструменты проведения исследований.

Глава 2. Исследование динамических характеристик управляемых подмагничиванием реакторов, выбор способов повышения их быстродействия.

2.1. Требования к быстродействию.

2.2. Исследование динамических характеристик.

2.3. Анализ и выбор способов повышения быстродействия.

2.4. Разработка и реализация устройств повышения быстродействия.

2.5. Безинерционный выход реактора на требуемый установившийся режим при ненулевых начальных условиях

Глава Э. Выбор способов измерения регулируемых параметров электрической сети и построение устройств автоматического управления дугогасящих реакторов.

3.1. Режимы работы электрических сетей 6-35 кВ и требования к дугогасящим реакторам (ДГР).

3.2. Особенности и преимущества дугогасящих реакторов с предельным насыщением магнитной цепи

3.3. Требования к системам управления ДГР.

3.4. Существующие способы настройки ДГР.

3.5. Разработка систем автоматической настройки компенсации для ДГР типа РУОМ.

3.6. Исследование новых способов измерения емкости сети.

3.7. Особенности параллельной работы комплексов САНК-РУОМ.

Глава 4. Разработка систем управления для трехфазных управляемых шунтирующих реакторов (УШР)

4.1. Требования к УШР и их системам управления, выбор алгоритмов.

4.2. Системы управления для УШР подстанций 6-35 кВ предприятий.!

4.3. Системы автоматического управления для шунтирующих реакторов распределительных сетей напряжением 35-220 кВ.

Глава 5. Исследование переходных процессов в электрической сети с управляемыми подмагничиванием реакторами, выбор и реализация средств релейной защиты.

5.1. Основные требования к РЗА управляемых реакторов и выбор объема защит.

5.2. Исследование переходных процессов в нормальных и аварийных режимах работы.

5.3. Анализ особенностей работы управляемых подмагничиванием реакторов, принципы выбора способов построения защит и их уставок.

5.4. Комплекс защит реактора типа РТУ-25000/110-У 1.

5.5. Использование возможностей и преимуществ ДГР серии РУОМ для построения защит от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. 6-35 кВ

Глава 6. Разработка программ и методик наладки и натурных испытаний, организации промышленной эксплуатации и гарантийного обслуживания управляемых подмагничиванием реакторов различных классов напряжения и мощности.

6.1. Разработка программ и методик проведения пуско-наладочных работ для управляемых дугогасягцих реакторов серии РУОМ с системами автоматической настройки компенсации.

История создания управляемых реакторов (УР) насчитывает несколько десятилетий, первые попытки создания управляемой силовой индуктивности относятся к 20-м (в Японии) и 30-м (в Германии) годам [30].

В нашей стране интенсивные разработки управляемых реакторов с продольным и поперечным подмагничиванием различных конструкций велись в Москве, Ленинграде, Таллинне, Кишиневе, Алма-Ате, Челябинске и других городах многими известными специалистами в области электротехники, среди которых можно отметить Александрова Г.Н., Брянцева A.M., Либкинда М.С., Лейтеса Л.В., Лурье А.И., Мишина В.И., Пекелиса В.Г., Петрова O.A., Черновца А. К., Дорожко Л.И., Сорокина В.М., Теллиннена Ю.Ю., Федосова Л.Л., Ярвика Я.Я. и других [1,7,15,25,27].

Однако, несмотря на разнообразие предлагаемых конструкций, серьезным препятствием для их промышленного внедрения были низкие технико-экономические показатели: большой расход активных материалов, высокий уровень гармоник, низкое быстродействие, сложность схем и нетехнологичность конструкции магнитопровода.

И лишь в 80-х годах была создана теория и разработана конструкция нового типа управляемых подмагничиванием реакторов с предельным насыщением магнитной цепи [2-6]. В те же годы были введены в эксплуатацию первые опытные образцы таких реакторов на напряжение 6-35 кВ в электрических сетях Казахстана и Сибири, а в 1990-92 гг. была изготовлена в Запорожье и успешно испытана на подстанции Белый Раст опытная фаза шунтирующего реактора 60 MB Ар на напряжение 500 кВ.

Эти результаты позволили с начала 90-х годов приступить к промышленному серийному освоению управляемых подмагничиванием реакторов с предельным насыщением магнитной цепи на электротехнических заводах России, Украины и Казахстана. К настоящему времени электромагнитные части трехфазных шунтирующих реакторов 110-500 кВ включены в номенклатуру Запорожского трансформаторного завода (ЗТЗ), а серия дугогасящих и шунтирующих реакторов напряжением 6-35 кВ освоена на Раменском электротехническом заводе «Энергия».

Научно-технический центр Всероссийского электротехнического института (НТЦ ВЭИ) в г. Тольятти участвует в разработках и испытаниях оборудования, входящего в комплексы управляемых шунтирующих реакторов (УШР) и управляемых подмагничиванием дугогасящих реакторов (ДГР) с 1990 года, когда его специалистами был разработан, изготовлен и испытан совместно с электромагнитной частью фазы преобразователь для реактора 60 MB А, 500 кВ. На его мощном испытательном стенде (МИС) испытывались в реальных сетевых условиях и проходили опытно-промышленную эксплуатацию как первые модификации дугогасящих реакторов с предельным насыщением, так и головной образец трехфазного управляемого шунтирующего реактора 110 кВ, 25 MB А [32-34].

В последние годы основной задачей НТЦ ВЭИ в рассматриваемой тематике является разработка, изготовление и наладка на объектах заказчика систем управления и защиты управляемых подмагничиванием реакторов различного назначения и модификаций. Для решения этой задачи группой специалистов под руководством автора проводятся необходимые исследования характеристик реакторов, их систем управления и комплексов в целом на макетах, физических и математических моделях, на полномасштабных стендах и действующих сетевых подстанциях.

Применение управляемых подмагничиванием реакторов рассматриваемого типа в электроэнергетике может быть самым разнообразным. Наиболее разработанными и массовыми вариантами их использования являются упомянутые выше виды электротехнического оборудования - плавноре-гулируемые дугогасящие и шунтирующие реакторы.

В отечественной электроэнергетике и значительной части зарубежных энергосистем электрические сети напряжением 6-^35 кВ работают с изолированной нейтралью. Примерно 70-90% повреждений в линиях электропередач составляют однофазные замыкания на землю, локализация и самоликвидация которых возможна путем компенсации возникающих при замыканиях емкостных токов. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей предписывают компенсацию емкостных токов замыкания на землю путем подключения к нейтрали дугогасящих реакторов. Остаточный, не скомпенсированный, ток дуги в электрических сетях 6-ь35 кВ не должен превышать 10-30 А, поскольку считается, что именно в пределах этих значений достигается устойчивое самогашение дуги и, в большинстве случаев, самоликвидация аварии. В электрических сетях других стран, например, США допуск на остаточный ток не превышает 54-10 А. В процессе эксплуатации конфигурация сети, а значит и ее емкостная проводимость на землю меняется, что требует точной и своевременной перестройки дугогасящих реакторов. Только в этом случае достигается ожидаемый эффект - снижение количества аварийных отключений сети.

В электрических сетях большинства энергосистем РФ и стран СНГ вопросы компенсации тока замыкания на землю должным образом не решаются. Не обеспечена полная (по установленной мощности дугогасящих устройств) компенсация емкостных токов замыкания на землю. Практически повсеместно не выполняется условие автоматической непрерывной компенсации токов замыкания на землю с необходимой для эффективного гашения дуги точностью. Если первая причина связана с общей экономической ситуацией в регионах, то вторая обусловлена отсутствием необходимых технических средств отечественного производства. Технические данные ступенчато регулируемых реакторов в принципе не позволяют обеспечивать точную автоматическую настройку реактора на режим компенсации. Плавно регулируемые дугогасящие реакторы плунжерного типа обладают ограниченным ресурсом по количеству возможных изменений индуктивности. Понятно, что ни о какой автоматической компенсации токов замыкания в такой ситуации не может быть речи, а реализованное техническое решение попросту не отвечает поставленной цели. В том числе и по этой причине, в ряде энергосистем наблюдается тенденция к попыткам перехода эксплуатации сети 6-ь35 кВ с заземленной нейтралью (глухо или через резистивное сопротивление). Однако, возможность, по крайней мере, трехкратного снижения количества аварийных отключений сети за счет правильно организованной компенсации емкостных токов является достаточно серьезным аргументом в пользу совершенствования технических характеристик дугогасящих реакторов и их дальнейшего применения. На сегодняшний день наиболее перспективным техническим средством, способным решить накопившиеся проблемы, являются дугогасящие реакторы, управляемые подмагничиванием.

Не менее широкой нишей для применения управляемой силовой индуктивности является регулирование напряжения и реактивной мощности в электрических сетях высокого напряжения. При этом с ростом класса напряжения возрастают как проблемы оптимизации перетоков реактивной мощности и стабилизации напряжения, так и объем требований, предъявляемых к управляемым шунтирующим реакторам. Наиболее массовым и очевидным является сочетание УШР с конденсаторными установками подстанций промышленных предприятий напряжением 6-35 кВ. Выравнивание графика потребления реактивной мощности, снижение потерь и исключение коммутаций конденсаторных батарей (КБ) определяют срок окупаемости таких реакторов в пределах трех лет эксплуатации.

В электрических сетях напряжением 110-330 кВ реакторы аналогичного назначения совместно с КБ могут выполнять функции синхронного компенсатора (СК) или статического тиристорного (СТК) в удаленных узлах нагрузки с большим диапазоном суточных и сезонных отклонений напряжения. Наиболее характерными и типичными случаями являются районные подстанции с односторонним питанием по длинным тупиковым линиям, в особенности уже имеющие установленные КБ.

Для выбора того или иного типа управляемых реакторов на линиях СВН с целью компенсации избыточной зарядной мощности необходимы дополнительные исследования в части требований к быстродействию УР и алгоритмам их управления в коммутационных и других режимах. Тем не менее, наибольшего эффекта от применения управляемых реакторов следует ожидать именно на линиях электропередач сверхвысокого напряжения 330-1150 кВ, где использование УШР, в том числе рассматриваемого типа, значительно, в несколько раз экономичнее статических тири-сторных компенсаторов или установок продольной емкостной компенсации. По сравнению с неуправляемыми шунтирующими реакторами (ШР) стоимость УШР несколько выше, однако их функциональные возможности несоизмеримы, поскольку, полностью выполняя функции ШР, управляемые реакторы не только исключают коммутации выключателей, но и снижают потери при оптимальном регулировании напряжения и реактивной мощности, а также способствуют сохранению динамической и статической устойчивости электропередачи. Следует также учитывать то обстоятельство, что ШР на линиях СВН, как правило, не отключаются по мере увеличения передаваемой по линии мощности. Это обусловлено целым рядом причин, основными из которых являются ресурс выключателей и перенапряжения при коммутации от среза тока выключателем, а также вопросы сохранения устойчивости для линий большой протяженности. В результате ограничивается пропускная способность линии, и эффективность ШР в сравнении с управляемыми реакторами дополнительно снижается.

Согласно данным института Энергосетьпроект в РАО ЕЭС находится в эксплуатации 110 подстанций напряжением от 330 до 1150 кВ. На линиях СВН напряжением 500 и 750 кВ установлено 267 ШР, около 40% которых проработало более 20 лет и требует плановой замены. Если при этом учесть, что для ведения режимов целесообразно иметь в энергосистемах не менее 30% управляемых реакторов, то ежегодный ввод в эксплуатацию трехфазной группы УШР напряжением 500-750 кВ позволит решить задачу замены ШР на УШР в течение не менее 10 лет. Кроме того, из-за недостаточной степени компенсации зарядной мощности линий 750 кВ - 75 % при рекомендуемых 100-110% и 500 кВ - 42 % против 80-100%, острейшей проблемой функционирования электрических сетей в последние годы является повышение рабочего напряжения в сетях 750, 500 и 330 кВ, иногда до опасных для оборудования значений. Из-за неоптимальных режимов работы и реверсивных перетоков мощности относительные потери электроэнергии возросли до 12,2% в 1998 г. против 8,35% в 1991 г. Эти факторы требуют немедленной установки УШР в ряде энергорайонов.

Следует отметить, что при одинаковом принципе действия управляемых подмагничиванием ДГР и УШР рассматриваемого типа, они являются различными видами электроэнергетического оборудования по назначению, конструкции, своему составу и алгоритмам управления. По указанным причинам рассмотрению основных вопросов создания таких комплексов в настоящей работе отведены отдельные главы и параграфы.

Актуальность проблемы. В настоящее время в электрических сетях высокого напряжения находят все более широкое применение управляемые подмагничиванием реакторы с предельным насыщением магнитной цепи. Растущая потребность в этом оборудовании со стороны многих энергосистем России и других стран определяется его уникальными возможностями и высокими технико-экономическими показателями. Плавность и большой диапазон регулирования этих реакторов при низком уровне нелинейных искажений и простоте эксплуатационного обслуживания позволяет по новому и гораздо эффективнее решать проблемы компенсации емкостных токов однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, обеспечивать регулирование реактивной мощности, поддержание уровня напряжений и уменьшение потерь. Вопросы регулирования перетоков реактивной мощности и поддержания допустимого уровня напряжений особенно обострились за последние годы в энергосистемах России для сетей напряжением 110 кВ и выше в связи со спадом промышленных нагрузок и ростом избытков реактивной мощности. Эти задачи все труднее решать ранее установленным оборудованием, в том числе неуправляемыми шунтирующими реакторами, что подтверждается соответствующими работами специалистов института Энергосетьпроект и РАО ЕЭС России.

Наряду с освоением и промышленным внедрением новых типов управляемых реакторов не менее актуальными являются проблемы исследования их режимов в реальных электрических сетях и разработки на этой основе средств управления, защиты, а также способов и устройств улучшения динамических характеристик. Если электромагнитные части реакторов различных мощностей и классов напряжения уже выпускаются заводами России и Украины, то вопросы создания систем управления, комплексов защит от аварийных режимов, специальных средств повышения быстродействия реакторов различного назначения до настоящего времени не имели теоретического обоснования и соответствующих технических решений. Решению этих проблем, а также организации сетевых испытаний и промышленного внедрения реакторов в энергосистемах посвящена настоящая работа.

Цель работы. Разработка и промышленное внедрение комплексов управляемых подмагничиванием реакторов с предельным насыщением магнитной цепи для электрических сетей высокого напряжения. Разработка принципов, способов и устройств повышения быстродействия, регулирования и защиты дугогасящих и шунтирующих реакторов, организация их испытаний и ввода в эксплуатацию.

Основные задачи исследования. исследовать динамические характеристики управляемых реакторов с глубоким насыщением магнитной цепи и разработать способы и устройства повышения их быстродействия; выбрать алгоритмы, разработать принципы и схемотехнические решения для систем управления УР различного назначения; исследовать переходные процессы в нормальных и аварийных режимах работы УР в электрических сетях, выбрать состав защит и способы их реализации; на основе анализа опыта проведения наладки, натурных испытаний и опытно-промышленной эксплуатации УР разработать рекомендации и организационно-технические решения по внедрению нового типа управляемых подмагничиванием реакторов различного назначения в энергосистемах.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты исследования динамических характеристик УР и реализации новых способов повышения их быстродействия.

2. Выбор алгоритмов и разработка технических решений систем управления, регулирования, защит и автоматики (СУРЗА) трехфазных управляемых шунтирующих реакторов.

3. Способ измерения параметров электрической сети и разработка системы автоматической настройки компенсации (САНК) дугогасящих реакторов

4. Анализ особенностей работы и переходных процессов УР в электрических сетях, выбор состава релейной защиты и способов ее реализации.

5. Обобщение и анализ опыта испытаний, наладки и промышленной эксплуатации УР различного назначения.

6. Новые технические решения и практические разработки макетных и опытных образцов систем управления и защиты УР.

Научная новизна и значимость.

На основе исследования динамических режимов впервые предложены способы и разработаны схемы повышения быстродействия УР, более чем на порядок улучшающие их динамические характеристики и позволяющие существенно расширить область применения. Ряд схемных решений обеспечивает выход реактора на требуемую мощность, вплоть до номинальной, за время не более 0,02 с. Обоснованы и технически реализованы принципы безинерционного перехода управляемых реакторов в требуемый установившийся режим.

Выбраны способы измерения регулируемых параметров и разработаны алгоритмы для систем управления УР различного назначения и мощности, обеспечивающие автоматические и автоматизированные режимы работы комплексов с управляемыми реакторами в энергосистемах.

Исследованы переходные процессы УР в электрической сети в аварийных режимах при внешних и внутренних повреждениях, выбран объем релейных защит и предложены новые способы реализации защит от внутренних повреждений в реакторах, обеспечивающие повышенную в сравнении с традиционными способами чувствительность.

Практическая ценность и внедрение.

Разработанные в ходе исследований схемы повышения быстродействия УР, алгоритмы управления, новые способы защиты от аварийных режимов позволили выбрать оригинальные и рациональные схемотехнические решения при реализации СУРЗА УР, позволившие обеспечить оптимальные автоматические режимы комплексов УР в энергосистеме и их надежную защиту от аварийных режимов.

Полученные результаты использованы : ■ при разработке, проектировании, изготовлении, испытаниях и опытной эксплуатации головного промышленного образца трехфазного управляемого шунтирующего реактора 110 кВ, 25 МВА РТУ-25000/110-У1 ; при внедрении в опытно-промышленную эксплуатацию трехфазного шунтирующего реактора типа РТУМ-1440/6,3 на ЦРП завода «Электросталь» Московской области; при разработке и вводе в эксплуатацию на объектах заказчика серии управляемых дугогасящих реакторов для сетей 6 и 10 кВ типа РУОМ ; при подготовке технических условий, технического задания и технико-коммерческих предложений шунтирующего линейного реактора 500 кВ, 60 МВА в фазе по заказу РАО ЕЭС России ; при подготовке и проведении типовых и сертификационных испытаний УР различных модификаций: при разработке технической документации и проектных данных для установки УР в энергосистемах России при разработке и изготовлении систем управления УР типов СУРЗА, САУРТ и САНК.

Публикация и апробация. По теме диссертации опубликовано 25 работ, из них 7 патентов.

Основные положения и разделы диссертации опубликованы в журналах «Электротехника», «Энергетик» и других, а также докладывались и обсуждались на ряде семинаров, конференций и симпозиумов, в частности, на международных симпозиумах ассоциации ТРАВЭК в 1997 - 99 г.г., на Научно-техническом совете РАО ЕЭС России в мае 1998 г. в г. Москве, на НТС ОЭС Сибири в декабре 1998г. в г. Барнауле, на секции Академии электротехнических наук, на кафедре Электрических станций и автоматизации энергетических систем Санкт-Петербургского технического университета.

Результаты исследований проверены многочисленными практическими расчетами и экспериментальными данными физических моделей и макетных образцов, сетевыми испытаниями и промышленной эксплуатаци

15 ей систем управления и защиты в энергосистемах в комплексе с УР различных модификаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Список литературы содержит 118 наименований. Объем диссертации составляет 254 л., в т.ч. 160 страниц машинописного текста, 45 страниц рисунков и 49 страниц приложений.

ВЫВОДЫ. На основе изложенных в настоящей главе результатов исследований и разработок можно сделать следующие выводы:

1. Внедрению принципиально нового по назначению, составу и возможностям электротехнического оборудования в электрические сети России и других стран предшествует обязательный этап организационно-технических мероприятий, связанных с разработкой технической документации и организацией пуско-наладочных испытаний и гарантийного обслуживания.

2. На основе подготовки и проведения приемо-сдаточных и пуско-наладочных испытаний опытных и головных образцов управляемых реакторов различного назначения разработана необходимая нормативная база в виде технических условий, технических описаний, программ и методик испытаний и т.д., позволяющая обеспечить широкое внедрение УР в их серийном производстве.

3. Успешно введен в промышленную эксплуатацию управляемый шунтирующий реактор типа РТУМ-1440/6,3 с системой управления САУРТ. Двухлетний опыт эксплуатации подтвердил надежность и эффективность новой техники, о чем свидетельствуют материалы, приведенные в приложении 5.

4. На подстанции 110/10/6 кВ «МИС» НТЦ ВЭИ г. Тольятти проведены приемо-сдаточные испытания и четырехмесячная опытно-промышленная эксплуатация головного образца реактора РТУ-25000/110-У1.

5. Реактор РТУ-25000/110 введен в промышленную эксплуатацию на подстанции Кудымкар Северных электрических сетей Пермэнерго. Реактор обеспечивает совместно с существующей конденсаторной батареей автоматическую стабилизацию напряжения на шинах 110 кВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной целью выполненных под руководством и при непосредственном участии автора работ, результаты которых лишь частично отражены в диссертации, было обеспечить внедрение в промышленную эксплуатацию России и других стран принципиально нового вида электротехнического оборудования - управляемых подмагничиванием реакторов с глубоким насыщением магнитной цепи. Для достижения указанной цели необходимо было решить большой круг научных и технических задач, в основе которых лежали исследования режимов УР, а результатом явились практические разработки оборудования для комплексов УР различного назначения.

Проведены исследования нормальных и аварийных режимов УР в электрических сетях, получены расчетные и экспериментальные данные, необходимые для разработки технических средств, обеспечивающих повышение динамических характеристик УР, автоматическое управление и релейную защиту при условии сохранения совместимости эксплуатационных режимов с ранее установленным подстанционным оборудованием.

Основные научные и практические результаты, приведенные в диссертации, состоят в следующем :

1. Дано теоретическое обоснование, разработаны методы и предложены технические решения ускорения переходных процессов в управляемых подмагничиванием реакторах до 0,02-0,03 с.

2. Теоретически обоснован, разработан и реализован метод безинерционно-го выхода управляемого подмагничиванием реактора на требуемый режим потребляемой мощности.

3. Совместно с лабораторией управляемых реакторов СФ МЭИ и заводом «Энергия» впервые получены эффективные технические решения с их промышленной реализацией, обеспечивающие безинерционный выход дугогасящих реакторов на режим компенсации, а также повышающие быстродействие УР до нескольких периодов промышленной частоты без усложнения их конструкции и роста затрат.

4. Предложен, разработан и реализован принципиально новый способ измерения емкостных параметров сети с изолированной нейтралью, обеспечивающий высокую точность измерения и основанный на идее импульсного зондирования контура нулевой последовательности сети.

5. Впервые разработаны и изготовлены не имеющие аналогов системы управления для ДГР серии РУОМ типа САНК нескольких модификаций, рассчитанных на работу в различных схемах подстанций и обеспечивающих точность настройки компенсации емкостного тока однофазного замыкания не ниже 2,0. .2,5 %.

6. Разработаны алгоритмы, схемотехнические и конструктивные решения, реализованные в системах управления, регулирования, защит и автоматики для УШР различного назначения, в том числе типов СУРЗА для РТУ-25000/110 и САУРТ для РТУМ-1440/6,3.

7. Разработан и использован в ходе опытно-промышленной эксплуатации комплект РЗА для реактора типа РТУ-25000/110-У1, включающий в себя новые оригинальные способы защиты, созданные автором в ходе исследований. В их основе заложены запатентованные идеи контроля состояния всех обмоток реактора по переменному напряжению или току на выводах обмотки управления, а также введения переменных уставок, зависящих от заданной мощности реактора.

8. Предложены способы и технические решения, обеспечивающие селективность и чувствительность защит от однофазных замыканий в электрических сетях 6-35 кВ на основе кратковременного безинерционного увеличения активной составляющей тока дугогасящих реакторов серии РУОМ.

9. Проведены приемо-сдаточные испытания на МИС НТЦ ВЭИ в г. Тольятти и ввод в промышленную эксплуатацию в Северных электрических сетях Пермэнерго головного образца трехфазного шунтирующего реактора типа РТУ-25000/110-У 1, не имеющего аналогов в России и других странах.

10. Введен в промышленную эксплуатацию в энергосистемах России и других стран ряд управляемых реакторов различных классов напряжения и мощности, в том числе дугогасящие реакторы серии РУОМ-190, РУОМ-300, РУОМ-480, РУОМ-840 напряжением 6-10 кВ и управляемый шунтирующий реактор РТУМ-1440/6,3 на ЦРП-6 завода Электросталь.

11. Разработана технология организации испытаний и ввода в эксплуатацию управляемых реакторов в виде технических условий, технических заданий, эксплуатационной документации, методик испытаний и наладки, заданий на проектирование и технико-коммерческих предложений на весь ряд управляемых реакторов нового типа, включая РТУ-25000/110-У1 и линейный управляемый шунтирующий реактор 500 кВ, 60 МВА в фазе.

12. Совместно с лабораторией управляемых реакторов СФ МЭИ, Рамен-ским электротехническим заводом «Энергия» и Запорожским трансформаторным заводом освоено изготовление, поставка и наладка у заказчика дугогасящих и шунтирующих реакторов различной мощности классов напряжения 6-35 и 110-500 кВ.

1. Г.Н. Александров. Передача электрической энергии переменным током. -М.: Знак. 1998.

2. Брянцев A.M. Основные уравнения и характеристики магнитно-вентильных управляемых реакторов с сильным насыщением магнитной цепи // Электротехника. 1991. - № 2. - с. 24-28.

3. А. с. 989597 СССР, кл. Н 01 Р 29/14. Электрический реактор с подмаг-ничиванием / A.M. Брянцев. Опубл. в Б. И., 1983, № 2, -4 е.: ил.-2.

4. A.c. 1061180 СССР, кл. Н 02 F 29/14. Электроиндукционное устройство / A.M. Брянцев. Опубл. 15.12.83, Бюл. №46. 3 е.: ил. - 1.

5. A.c. 1164795 СССР, кл. Н 01 F 27/34. Электроиндукционное устройство / A.M. Брянцев. Опубл. в Б.И., 1985, № 24 4 е.: ил. - 2.

6. Брянцев A.M. Магнитно-вентильные управляемые реакторы с предельным насыщением магнитной цепи // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МЭИ, 1992 г.

7. Управляемые реакторы.//Электротехника (спец. выпуск), 1991г., №2.

8. Электромагнитные процессы в мощных управляемых реакторах / М.А. Бики, E.H. Бродовой, A.M. Брянцев и др.// Электричество, 1994 г, № 4.

9. Управляемые шунтирующие реакторы для электрических сетей высокого напряжения / М.А. Бики, E.H. Бродовой, A.M. Брянцев и др.// Электротехника, 1994 г, № 9, с. 40-42.

10. Трехфазный управляемый реактор РТДЦУ-60000/500 / Брянцев A.M., Бики М.А., Долгополов А.Г. и др. там же

11. Семинар продукции Раменского электротехнического завода Энергия. /Электротехника, 1998, №2.

12. Патент РФ № 2132581. Электрический управляемый подмагничиванием трехфазный реактор. /Брянцев А. М., Долгополов А. Г., Лурье А. И. и др. //Опубл. в БИ № 18, 1999.

13. Мишин В.И., Забудский Е.И., Собор И. В. Трехфазные управляемые реакторы. Кишинев: Штиинца, 1977.

14. Аб А.Ф., Кучумов JL А., Черновец А. К., Ярвик Я. Я. Определение быстродействия управляемого статического компенсатора. // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1969. - № 2. - с. 11-15.

15. Аб А.Ф., Кучумов JI. А., Черновец А. К., Ярвик Я. Я. Математическое моделирование динамики: работы трехфазного управляемого реактора // Автоматизация и рел. защита в энергосистемах. JL, 1969. - с. 147-151.

16. Александров Т.Н., Евдокунин Г. А. Технические требования к параметрам управляемых реакторов для линий, электропередачи .сверхвысокого напряжения // Электротехника. 1991. - № 2. -с. 4-6.

17. Бродовой E.H., Брянцев A.M., Ильиничнин В. В., Лис И.Д., Мозжерин В.Н., Никитин 0. А., Славин Г. А. Перспективы применения магнитно-вентильных управляемых реакторов в энергетических системах // Электротехника. 1991. - № 2. -с. 2-4.

18. Бродовой E.H. Улучшение динамических характеристик управляемых реакторов // Электротехника. 1991. -№2. -С. 41-44.

19. Дорожко Л. И., Лейтес Л.В. Сравнительный анализ различных конструкций управляемых реакторов // Электротехника. -1991. № 2. - с. 18-24.

20. Евдокунин Г.А., Коршунов Е.В., Сеппинг Э.А., Ярвик Я.Я. Метод расчета на ЭВМ электромагнитных переходных процессов в ферромагнитных устройствах с произвольной структурой магнитной и электрической цепей // Электротехника. 1991. - № 2. -с. 56-59.

21. Евдокунин Г. А., Нешатаев. В. В., Сеппинг Э.А. , Ярвик Я.Я. Глубокое ограничение внутренних перенапряжений с помощью управляемых ферромагнитных реакторов // Электротехника. -1991. № 2.- с. 62-65.

22. Забудский Е.И., Ермураки !>. В., Козырин С.Ф. Новые конструкции ферромагнитных устройств для электроэнергетики // Электротехника. -1991. -№ 2. с. 44-48.

23. Либкинд М.С. Управляемый реактор для линий передачи переменного тока. М.: Изд-во АН СССР, 1961. - 140 с.

24. Либкинд М.С., Михневич Г.В. Улучшение режима и повышение пропускной способности передач переменного тока с помощью управляемых ферромагнитных устройств //Электричество. -1969.- № З.-с. 6-9.

25. Либкинд М.С., Черновец А. К. Управляемый реактор с вращающимся магнитным полем. М.: Энергия,- 1971. - 80 с.

26. Либкинд М.С. Опыт эксплуатации управляемого реактора // Электрические станции. 1972. - № 5.

27. Лысков Ю.И. Комплексное решение проблем регулирования напряжения и реактивной мощности в электропередачах 330-1150 кВ // Вопросы регулирования напряжения в электропередачах сверхвысокого напряжется. М, 1988. - с. 3-9.

28. Фридлендер Э. Компенсирование и регулирование длинных линий // Электрическая передача больших мощностей на далекие расстояния. -М.- Л., 1934.

29. Ярвик Я. Я. Показатели быстродействия управляемых реакторов большой мощности // Тр. ин-та / Таллинский политехнич.ин-т. 1973 - №337.-с. 35-53.

30. Брянцев A.M., Бики М.А., Долгополов А.Г. и др. Заземляющее дугога-сящее устройство на базе управляемых реакторов, Тезисы докладов 4 Международного симпозиума ТРАВЭК «Электротехника 2010» Наука, производство, рынок, - Москва, 1997.

31. Брянцев A.M., Бики М.А., Долгополов А.Г. и др. Трехфазный управляемый реактор РТУМ-25000/110, там же.

32. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, -1974.

33. Обру сник В.П. Дискретно-управляемые ферромагнитные элементы для преобразования параметров электроэнергии. М.: Наука, 1979.

34. Гельфонд А. И. Исчисление конечных разностей. М.: Наука, 1967.г

35. Анго А. Математика для электро-и радиоинженеров.- М.: 1аоёа,1965.

36. Дорожко JL И., Сорокин В.М. / Эффективность применения управляемых реакторов в энергосистемах // Электрические станции, 1989- № 3.

37. Краснопивцев Б. А., Лис И.Д., Мягченков И.А., Трубанов В.А. Эффективность управления нормальными и аварийными режимами энергосистем с помощью управляемых реакторов // Электротехника. 1991. - № 2. - с. 59-62.

38. Поспелова Т. Г. Возможности управления пропускной способностью дальних электропередач посредством управляемых реакторов.// Эффективность применения управляемых реакторов в энергосистемах: Тез. докл. Л., 1989. - с. 65-67.

39. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. М.: Энергия, 1987 г.

40. Правила устройства электроустановок, М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

41. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем, М.: Энергия, 1976 г.

42. Черников A.A. Компенсация емкостных токов в сетях с незаземленной нейтралью, М.: Энергия, 1974 г.

43. Степанчук Д.Н. и др. Автоматическая настройка плунжерных дугогася-щих катушек в кабельных сетях 6-10 кВ, Электрические станции, 1976, № 10.

44. A.C. СССР № 1778858, кл. Н02 Н 9/08, 1991.

45. A.C. СССР № 1443077, кл. Н02 J 3/18, 1988.

46. A.C. СССР № 1224946, кл. Н02 Р 13/12, 1986.

47. Долгополов А.Г., Павлов Г.М. Исследование характеристик датчиков потери возбуждения турбогенераторов, Труды ЛПИ им. М.И. Калинина, 1982 г., №385.

48. Ахметжанов Н.Г., Долгополов А.Г. и др. Устройство защиты нагрузок постоянного тока на базе вакуумных разрядников, Тезисы докладов 5 Всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов, - Ленинград, 1990 г.

49. Долгополов А.Г. Релейная защита управляемого шунтирующего реактора 110 кВ, 25 MB А Тезисы докладов 5 Международного симпозиума ТРАВЭК «Электротехника 2010 год. Перспективные направления в развитии энергетики.» - Москва, 1999 г.

50. A.c. 1224946 СССР. Устройство для управления однофазным реактором с подмагничиванием / A.M. Брянцев, Е. Н. Бродовой и др. Опубл. Бюл. №14, 1986 г.

51. Руководящие указания по релейной защите, выпуски 13А, 13Б. "Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ", Энергоатомиздат, М., 1995 г.

52. Патент № 2124259 РФ. Способ защиты управляемого реактора от внутренних коротких замыканий./ Брянцев А. М., Долгополов А. Г. Опубл. в1. БИ №39, 1998 г.

53. Патент № 2126195 РФ. Устройство защиты управляемого реактора от внутренних коротких замыканий./ Бойченко Н. Г., Долгополов А. Г. Опубл. в БИ № 4, 1999 г.

54. Патент № 2130677. Способ автоматической настройки дугогасящего реактора и устройство для его осуществления. / Брянцев А. М., Долгопо-лов А. Г. Опубл. в Б.И. № 14, 1999 г.

55. Патент № 2137278. Способ защиты управляемого подмагничиванием реактора от внутренних коротких замыканий и устройство для его осуществления. Брянцев A.M., Долгополов А.Г., Евдокунин Г.А. Лпубл. Б.И. № 25, 1999 г.

56. Петров O.A. Точность систем автоматической компенсации емкостных токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях.// Электрические станции, 1989, № 11.

57. Защита от перенапряжений в сетях 6-10 кВ / Ю.Ф. Васюра, В.А. Гамил-ко, Г.А. Евдокунин и др.// Электротехника, 1994, №5-6, с.21-27.

58. Нейман Л.Р., ДемирчянК.С. Теоретические основы электротехники. Л.: Энергия, 1975.

59. Шабад М.А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ. Изд. 2-е, дополненное. ПЭИпк, С Петербург, 1997 г.

60. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ.// Евдокунин Г.А. и др./ Электричество, 1998 г., № 12.

61. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ.// Вайнштейн P.A. и др./ Электрические станции, 1998 г., № 7.

62. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы новое электротехническое оборудование / Брянцев А. М., Базылев Б.И., Бики М.А., Уколов C.B., Долгополов А.Г., Лурье А.И., Евдокунин Г.А., Славин Г.А.// Электротехника, 1999, №7, стр 1-8,

63. Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности. Под ред. Матура Р. М. пер. с англ. М. Энергоатомиздат, 1987.

64. Головчан В.Д., Дорожко Л.И., Сорокин В.М. Технико-экономическое сопоставление управляемых реакторов с тиристорными устройствами. Электротехника, 1994, №1.

65. Технико-экономическое обоснование и выбор закона регулирования РТУД-25000/110 на п/ст «Кудымкар» АО Пермэнерго. Отчет по НИР по договору № 12Э. Лаборатория управляемых реакторов СФ МЭИ. Научный руководитель Брянцев A.M., Москва, 1997 год.

66. Жакутова C.B. Управляемые реакторы магнитно-вентильного типа с улучшенной формой потребляемого тока. Автореф. дисс. на соискание уч. степени к.т.н. Москва, МЭИ, 1995.

67. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов.- М.: Энергия, 1971.

68. Перспективы развития Единой энергетической системы России на период до 2001 г./ Смирнов И.М., Ляшенко B.C., Чемоданов В.И. и др.// Электрические станции, 1999, № 9.

69. Евдокунин Г.А., Рогозин A.A. Исследование статической устойчивости дальних линий электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами // Электричество. 1996, №8.

70. Рогозин A.A. Условия статической устойчивости дальних линий электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами // Электричество, 1997, № 5.

71. Рогозин A.A., Таланов С.Б. Пределы передаваемой мощности дальних линий электропередач с управляемыми шунтирующими реакторами.// Электричество. 1999, №4.

72. Вегин Г.Я., Севостьянов A.A. К вопросу о применении на предприятиях регулирующих и стабилизирующих устройств // Промышленная энергетика. 1998, №1.

73. Цапенко Е.Ф. К вопросу о защите при замыканиях на землю в распределительных сетях 6-10 кВ // Промышленная энергетика. 1998, № 2.

74. Злобин Ю.И. Об эффективности электрических реакторов // Промышленная энергетика. 1998, № 3.

75. Садыгов Г.С., Набиев Х.И., Оруджев Н.И. Заземление нейтрали сетей 610 кВ с помощью управляемого высоковольтного тиристорного коммутатора и резистора // Промышленная энергетика. 1998, № 3.

76. Долгополов А.Г. Системы автоматической настройки компенсации для управляемых подмагничиванием дугогасящих реакторов // Электротехника. 1999, № 11.

77. Долгополов А.Г. Релейная защита управляемого шунтирующего реактора 110 кВ, 25 MB А// Электротехника. 1999, № 12.

78. Казовский Е.Я., Рубисов Г.В. Переходные процессы синхронных машин при анализе режимов в энергосистемах. Наука, JI. 1994.

79. Зеккель А.С., Есипович А.Х., Жененко Г.Н. Системные вопросы регулирования возбуждения синхронных генераторов в сложных энергообъединениях. Штиница, Кишинев. 1989.

80. Долгополов А.Г. Импульсное измерение емкости сети с изолированной нейтралью // Изв. ВУЗов. Энергетика. Минск. 2000, № 2.

81. Брянцев A.M., Долгополов А.Г. Системы управления и защиты для дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием // Электрические станции. 2000, № 2.

82. Брянцев А.М, Долгополов А.Г., Евдокунин Г.А. Устройство повышения быстродействия управляемого подмагничиванием реактора. Патент РФ №.2141695 Опубл. БИ №32,1999.

83. Способ импульсного измерения емкости сети с изолированной нейтралью / Брянцев A.M., Долгополов А.Г. и др. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 98119378.

84. Евдокунин Г.А., Рагозин А.А., Смоловик C.B., Селезнев Ю.В. / Статическая устойчивость дальних линий электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами. Труды ЛПИ, №460, 1996 г.

85. Долгополов А.Г. Системы автоматической настройки дугогасящих реакторов, управляемых подмагничиванием. Изв.ВУЗов.Электромеханика 2000, №2

86. Долгополов А.Г. О режимах заземления нейтрали и защите от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ России. Энергетик. 2000. № 2.

87. Дугогасящие реакторы с автоматической компенсацией емкостного тока замыкания на землю / Брянцев A.M., Долгополов А.Г., Евдокунин Г.А. и др. СПб.: Изд. ПЭИПК, 1999, 184 с.

88. Современное состояние и перспективы развития статических компенсаторов реактивной мощности./ Веников В.А., Едемскин С.Н., Карташов И.Н.// Электричество, 1981, № 8.

89. Управляемая поперечная компенсация электропередачи переменного тока./ Крюков А.А, Либкинд М.С., Сорокин В.М. М.: Энергоиздат. 1981.

90. Исследование ОАПВ в электропередачах 750 кВ с шунтирующими реакторами./ Беляков H.H. и др.// Электричество, 1981, №7.

91. Исследование ОАПВ в электропередачах 750 кВ с четырехлучевым реактором./ Беляков H.H. и др.// Электрические станции. 1982, № 12.

92. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники. Л.: изд. J111H, 1981 г.

93. Системы возбуждения турбогенераторов мощностью 2,5-500 МВт / Зелененко В.В., Игнатов A.B., Копейка В.В. и др. // Там же, том 2, с.375.

94. Павлов Г.М., Меркурьев А.Г., Шаргин Ю.М. Автоматическая частотная разгрузка в энергетических системах.// Электричество, 1999, № 1.

95. Баркан Я.Д., Орехов JI.A. Автоматизация энергосистем. М.: Высшая школа, 1981г.

96. Павлов Г.М. Автоматизация энергетических систем. Л.: Изд-во ЛГУ, 1977 г.

97. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в энергетических системах. М.: Высшая школа, 1979 г.

98. Вильгейм Р. и Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М.Л.1959.

99. Брянцев A.M. Подмагничиваемые ферромагнитные устройства с предельным насыщением участков магнитной системы // Электричество. 1986. - № 2. - с. 23-29.

100. Дорожко Л.И., Федосов Л.Л. и др. Устройство автоматической компенсации емкостных токов в промышленных сетях 35 кВ. Промышленная энергетика. №4. 1983.с.54-58.

101. Александров Г.Н. К методике расчета управляемых шунтирующих реакторов трансформаторного типа. Электричество, 1998, № 4.

102. Александров Г.Н., Кашина В.А. Сравнение технико-экономических показателей неуправляемых и управляемых шунтирующих реакторов. -Электротехника, 1997, № 1.

103. Александров Г.Н., Альбертинский Б.И, Шкуропат И.А. Принципы работы управляемого шунтирующего реактора трансформаторного типа. -Электротехника, 1995, № 11.

104. Reichert К., Kauferle J., Glavitsch Н. Controllable reactor compensator for more extensive utilization of high voltage transmission systems. CIGRE 1974. Rep. 31-04.206

105. Обабков В.К., Обабкова Н.Е. Возможности создания быстродействующего линейного дугогасящего реактора для сетей 6-35 кВ с компенсацией емкостных токов. Там же.

106. Майборода В.Н., Обабков В.К. Внедрение устройств полного подавления дуговых замыканий на землю в сети СН 6 кВ Тюменской ТЭЦ-1 на основе резонансного заземления нейтрали. Там же.207