ТРЕХФАЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ РЕАКТОР
THREE-PHASE MAGNETISATION-CONTROLLED REACTOR

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам, и может использоваться в высоковольтных электрических сетях напряжением 110÷750 кВ для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения.
В настоящее время в отечественной энергетике все большее распространение получают управляемые подмагничиванием реакторы [1], являющиеся новым типом регулируемой силовой индуктивности.
Известен аналог - трехфазный управляемый подмагничиванием реактор [1], содержащий электромагнитную часть, преобразователь с управляемым выпрямителем и питающим трехфазным двухобмоточным трансформатором, имеющим первичную и вторичную обмотки на каждом стержне. Электромагнитная часть содержит магнитопровод со стержнями, на которых расположены сетевые обмотки, подключенные к сети высокого напряжения, и обмотки управления. Обмотки управления соединены с преобразователем. Известный реактор имеет ряд недостатков, в том числе возможность регулирования мощности только одновременно во всех фазах. Однако в ряде случаев (несимметричная нагрузка, однофазные замыкания и отключения, ОАПВ - однофазные автоматические повторные включения) необходимо раздельное пофазное регулирование.
Частично недостатки реактора по [1] устранены в другом реакторе [2], который является прототипом. Он также содержит электромагнитную часть, которая выполнена с магнитопроводом со стержнями, на которых расположены сетевые обмотки, подключенные к сети высокого напряжения, и обмотки управления, разделенные на части и в каждой фазе двух стержней включенные в четырехплечие мосты. Имеются три преобразователя с управляемыми выпрямителями и питающими двухобмоточными трансформаторами. В реакторе-прототипе осуществляется раздельное (пофазное) регулирование мощности. Однако имеются недостатки - затруднение с обеспечением форсировки подмагничивания в режимах быстрого набора и сброса мощности, недостаточная надежность работы, т.к. при выходе из строя тиристоров выпрямителя приходится на длительное время отключать реактор от сети.
Целью изобретения является ликвидация указанных недостатков, повышение надежности и увеличение функциональных возможностей реактора.
Указанная цель достигается тем, что в трехфазном управляемом подмагничиванием реакторе, содержащем электромагнитную часть, преобразователи с управляемыми выпрямителями и питающими трансформаторами по числу фаз, имеющими первичные и вторичные обмотки, и систему автоматического управления, причем электромагнитная часть содержит магнитопровод с шестью стержнями по два на каждую фазу сети, на стержнях расположены сетевые обмотки и разделенные на части обмотки управления, при этом обмотки управления соединены с преобразователями, части обмоток управления в каждой фазе двух стержней включены в четырехплечие мосты, преобразователи имеют входы и выходы, соединенные с обмотками управления, вторичные обмотки питающих трансформаторов преобразователей присоединены к входам управляемых выпрямителей, а выходы управляемых выпрямителей соединены с одной диагональю моста, в реактор введены дополнительные управляемые выпрямители по числу вторичных обмоток питающих трансформаторов. Питающие трансформаторы выполнены многообмоточными, входы преобразователей соединены с обмотками управления соседних фаз. Вторичные обмотки питающих трансформаторов выполнены с разным числом витков, при этом их соотношение
2
1
I<w/w<10,
1
2
где w и w - числа витков вторичных обмоток питающих трансформаторов.
Предложенный реактор поясняется чертежами. На фиг.1 дана схема реактора с четырьмя преобразователями и шестиобмоточными питающими трансформаторами в каждой фазе. На фиг.2 изображена схема управляемого реактора с двумя преобразователями в системе подмагничивания каждой фазы и питающими четырехобмоточными трансформаторами.
На фиг.1 трехфазный управляемый подмагничиванием реактор содержит электромагнитную часть 1 и преобразователи 2 для подмагничивания.
Электромагнитная часть - это трансформаторное устройство, содержащее магнитопровод, шихтованный из электротехнической стали, с шестью стержнями 3-8, на которых расположены обмотки.
Каждая фаза А, В и С реактора имеет два стержня с охватывающими их сетевыми обмотками (СО) 9-11 и обмотками управления (ОУ). На каждом стержне ОУ имеет две части: 12-13, 14-15, 16-17, 18-19, 20-21 и 22-23.
1
2
1
Каждая из трех фаз преобразователей 2 содержит четыре управляемых выпрямителя 24-27, 28-31 и 32-35, по одному питающему эти выпрямители трансформатору: 36, 37 и 38. Питающие трансформаторы имеют первичные обмотки с одинаковым числом витков (39-40, 41-42 и 43-44) и вторичные обмотки (45-48, 49-52 и 53-56). Вторичные обмотки питающих трансформаторов выполнены с разным числом витков: обмотки 45 и 47, 49 и 51, 53 и 55 имеют число витков w, а обмотки 46 и 48, 50 и 52, 54 и 56 имеют число витков w, в 1÷10 раз большее числа витков w.
В состав трехфазного управляемого подмагничиванием реактора входит система автоматического управления выпрямителями (на схемах не показана).
Обмотки СО реактора включены в схему «звезда с нулем» и подключены к сетевым вводам А, В и С и нулевому вводу 0.
Каждая из четырех частей обмотки ОУ реактора каждой фазы является плечом четырехплечего моста, например мост составляют части ОУ фазы А 12, 13, 14 и 15. Диагональ переменного тока каждого моста соединена с вводами реактора а, в и с. Мосты соединены в схему «треугольник». Диагональ постоянного тока каждого моста соединена с вводами реактора +ав, -ав, +вс, -вс, +са и -са. Эти вводы одновременно являются вводами преобразователей 2.
На фиг.1 реактор выполнен с электромагнитной частью 1, стержни магнитопровода которого 3-8 могут иметь овальное сечение, при этом два стержня каждой фазы расположены рядом и охвачены одной СО 9, 10 и 11. Возможен вариант, когда стержни имеют круглое сечение, и каждый стержень охвачен секцией СО, при этом две секции каждой фазы могут быть включены между собой параллельно.
1
2
1
Каждая из трех фаз преобразователей 2 реакторов относительно небольшой мощности может содержать не четыре, а два управляемых выпрямителя 24-25, 28-29 и 32-33 (фиг.2). При этом питающие трансформаторы 36, 37 и 38 выполнены четырехобмоточными и имеют по две вторичные обмотки 45-46, 49-50 и 53-54. В таком случае обмотки 45, 49 и 53 имеют число витков w, а обмотки 46, 50 и 54 имеют число витков w, в 1÷10 раз большее числа витков w.
Трехфазный управляемый подмагничиванием реактор (фиг.1), выполненный в соответствии с формулой предлагаемого изобретения, работает следующим образом.
aв
вс
ca
ca
Вводы А, В и С реактора подключаются к трехфазной электрической сети переменного тока. При этом во всех стержнях 3-8 возникает переменный магнитный поток. Фазы трех линейных напряжений сети сдвинуты между собой на угол 120°, поэтому и трансформируемые напряжения на ОУ создают трехфазную систему линейных напряжений на вводах а, в и с (U, U и U). В мостовой схеме на одной его диагонали между вводами +ав и -ав переменное напряжение основной гармоники, трансформируемое из сетевых обмоток, в силу полной магнитной симметрии отсутствует. Аналогично переменное напряжение отсутствует и между вводами +вс и -вс, +са и -са. Это и использовано для подмагничивания стержней со стороны этих диагоналей мостов. Между другими вводами переменные напряжения имеются, например, между вводами соседних фаз +вс и +са, а также и между вводами этих же соседних фаз -вс и -са напряжение равно 0,5 U. Эти переменные напряжения используются для питания преобразователей фазы А как входные напряжения на первичных обмотках трансформатора. Таким же образом используются напряжения на вводах обмоток ОУ соседних фаз для питания преобразователей фаз В и С.
Управление мощностью реактора осуществляется подмагничиванием стержней постоянным током. Этот постоянный ток возникает в результате работы преобразователей 2.
В случае когда углы регулирования тиристоров всех управляемых выпрямителей 24-35 имеют нулевую величину, выпрямители находятся в режиме, при котором постоянный ток реактором не вырабатывается, стержни 3-8 не подмагничены, и реактор находится в режиме холостого хода.
При других углах регулирования тиристоров происходит намагничивание стержней, насыщение стали стержней в течение определенной доли периода. В обмотках протекает реактивный ток, который реактор потребляет из трехфазной сети.
Таким образом, управляемый подмагничиванием реактор в зависимости от величины постоянной составляющей в токе обмоток может находиться в номинальном режиме, режиме максимально возможной нагрузки или в промежуточных установившихся и переходных режимах нагрузки.
В установившихся режимах работают управляемые выпрямители 24, 26, 28, 30, 32 и 34.
2
1
В переходных режимах (набор или сброс мощности) работают выпрямители 25, 27, 29, 31, 33 и 35. Так как выполняется условие 1<w/w<10, выходные напряжения этих выпрямителей увеличены по сравнению с напряжениями выпрямителей установившихся режимов 24, 26, 28, 30, 32 и 34 (в пределе в 20 раз, т.к. в схеме на фиг.1 выпрямители соединены последовательно). Такая форсировка напряжения обеспечивает необходимое быстродействие реактора.
Работа реактора на фиг.2 аналогична рассмотренной работе реактора на фиг.1. Отличием является то, что в ремонтных режимах при необходимости замены повредившихся тиристоров одного из управляемых выпрямителей при отключении одного из выпрямителей функции отключенного выпрямителя может взять на себя второй выпрямитель. Например, при отключении выпрямителя установившегося режима 24 функцию обеспечения рабочего режима берет на себя выпрямитель 25, который будет работать при других углах открытия тиристоров.
Для увеличения надежности возможно дополнительное резервирование - выполнение двух комплектов преобразователей с управляемыми выпрямителями и питающими трансформаторами.
2
1
aв
вс
ca
По сравнению с прототипом и аналогами предлагаемый реактор обладает рядом преимуществ. Существенно повышена надежность работы, так как введение дополнительных выпрямителей и применение многообмоточных трансформаторов фактически обеспечивает резервирование системы подмагничивания без увеличения числа трансформаторов. Осуществленное резервирование этой системы радикально сокращает время отключения реактора от сети на случай плановых ревизий или послеаварийных ремонтов с заменой вышедших из строя тиристоров. Кроме того, напряжение на входе выпрямителей для форсировки 25, 27, 29, 31, 33 и 35 увеличивается из-за большего числа витков обмоток (из-за выполнения соотношения 1<w/w<10 и из-за последовательного соединения двух выпрямителей). Это позволяет существенно упростить алгоритм регулирования углов зажигания тиристоров системой автоматического регулирования. Возможность упрощения конструкции трансформаторов получена за счет снижения вдвое их входного напряжения по сравнению с линейными напряжениями U, U и U. Дополнительное повышение надежности получено за счет снижения вероятности коротких замыканий из-за сокращения числа вводов на преобразователях (в прототипе число вводов девять, а в предложенном устройстве - шесть).
Работоспособность предлагаемого управляемого подмагничиванием электрического реактора и его высокие технико-экономические показатели подтверждены расчетами, математическим и физическим (на макетах) моделированием.
Литература
1. Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. статей. Под ред. доктора тех. наук проф. А.М.Брянцева. - М: «Знак». 2004, стр.221-232.
2. Брянцев A.M., Долгополов А.Г., Лурье А.И., Базылев Б.И., Уколов С.В., Зайцев А.И., Соколов Ю.В., Ахметжанов Н.Г. Впервые в сети 500 кВ введен в эксплуатацию управляемый подмагничиванием шунтирующий реактор мощностью 180 МВ·А. Электричество, №8, 2006 г., стр.65-68.