| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2263991
КЕРОВАНИЙ РЕАКТОР-автотрансформатора
Ім'я винахідника: Каленик Володимир Анатолійович
Ім'я патентовласника: Каленик Володимир Анатолійович
Адреса для листування: 610020, г.Киров, вул. Ст. Халтуріна, 28, кв.7, В.А. Каленику
Дата початку дії патенту: 2002.03.11
Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для компенсації надлишкової реактивної потужності лінії електропередачі і регулювання на ній загального рівня напруги. Пристрій містить магнітопровід з основним стрижнем, на якому розташовані обмотки: основна, що складається з верхньої і нижньої частин, компенсаційна і керуюча. Керуюча обмотка охоплює верхню частину основної обмотки і складається з секцій, замкнених через керовані тиристорні блоки. Пристрій може містити і другу обмотку управління, аналогічну за схемою і управління першою, але располагаемую між основним стрижнем і верхньою частиною основної обмотки, яка використовується для розширення регулювання реактивної потужності. Технічний результат полягає в поєднанні в одному пристрої функції регулювання реактивної потужності та напруги в широкому діапазоні.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до керованим реакторів-автотрансформаторів, і може бути використано для компенсації надлишкової реактивної потужності лінії електропередачі і зміни на ній загального рівня напруги.
Відомий керований реактор (Авторське свідоцтво СРСР №1541681, кл. H 01 F 29/14 [1]), зміна реактивної потужності якого здійснюється шляхом регулювання величини постійного струму в обмотці підмагнічування. Реактор має вторинну обмотку для харчування статичного компенсатора реактивної потужності, що використовується для регулювання напруги на ЛЕП.
Відомий і трифазний суміщений реактор-автотрансформатор (Авторське свідоцтво СРСР №1781711, кл. H 01 F 29/14 [2]), що призначається для поліпшення режимів роботи дальніх електропередач і володіє можливістю безпосереднього підключення до високовольтної лінії. Зміна реактивної потужності, споживаної реактором-автотрансформатором (РА), здійснюється шляхом зміни струму обмотки управління, що охоплює один зі стрижнів фазного модуля. Величина струму короткого замикання цієї обмотки регулюється зустрічно-паралельно включеними в її ланцюг тиристорами. Зміна кута запалювання тиристорів призводить до зниження (збільшення) зазначеного струму, але при цьому генеруються вищі гармоніки в струмі основної обмотки РА. Для усунення непарних гармонік РА забезпечений фазосдвігающім і компенсаційними обмотками, що ускладнює конструкцію пристрою.
Основна обмотка РА, виконана по автотрансформаторной схемою, складається з двох частин, між якими включається додатковий автотрансформатор (ДАТ) невеликої потужності, який поєднаний з РА. Магнитопровод ДАТ подмагничивающим постійним струмом. Якщо подмагничивание відсутня, то напруга на обмотці ДАТ, включеної послідовно в основну обмотку, зростає, а при певному рівні подмагничивания знижується. Таким чином може регулюватися напруга на середньому виведення основної обмотки РА, яка підключається, наприклад, до лінії електропередачі. Напруга змінюється в межах 8-14%, що недостатньо для здійснення глибокого регулювання напруги на лінії.
Всі керовані шунтуючі реактори (ушр) з підмагнічуванням сердечника, в тому числі і реактори-автотрансформатори типу [1], [2], мають серйозні недоліки:
- Підвищений вміст вищих гармонійних, що викликається насиченням осердя і роботою тиристорів при неповних кутах відкриття;
- Велика інерційність реактора, пов'язана з наявністю постійної складової в магнітному потоці.
Зазначені недоліки реакторів в значній мірі усунені в ушр трансформаторного типу (Александров Г.Н. До методики розрахунку шунтуючих реакторів трансформаторного типу. - Електрика, 1998, №4 [3]). Цей реактор має конструкцію трансформатора із замкнутим магнітопроводом і обмотками: основний обмоткою, обмоткою управління і компенсаційної для придушення непарних гармонік. Керуюча обмотка (УО) охоплює основний стрижень, а основна обмотка (OO) розташовується поверх УО і охоплює її по всій довжині.
Зміна струму УО, здійснюване тиристорн блоками, призводить до витіснення магнітного потоку з основного стрижня і, як наслідок, збільшення опору цьому потоку. При цьому збільшується струм реактора.
Удосконалена модель цього реактора має допустимий рівень вищих гармонійних, втрати в номінальному режимі не перевищують 0,5%; але не призначена для безпосереднього регулювання напруги на лінії.
Відомо, що для здійснення оптимального по втратах активної потужності режиму дальньої електропередачі необхідно регулювати не тільки реактивну потужність в кінцевих вузлах лінії, а й загальний рівень напруги на ній (Електричні системи. Т.III. Передача електричної енергії постійним і змінним струмом високої напруги. Під ред. В.А.Венікова. - М .: Вища школа, 1975 [5]). Для забезпечення мінімуму втрат активної потужності в ЛЕП необхідно змінювати напругу на ній пропорційно кореню квадратному з переданої потужності.
В якійсь мірі такий режим може забезпечуватися реакторами [1] і [2]. Однак в силу технічну недосконалість (зазначеного вище) і недостатнього діапазону регулювання напруги використання їх для оптимального управління режимами протяжних електропередач надвисокої напруги досить проблематично.
Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого пристрою є реактор-автотрансформатор [2], який здатний здійснювати регулювання реактивної потужності та напруги на одному з висновків первинної обмотки.
Мета винаходу - поєднання в пропонованому пристрої функцій регулювання реактивної потужності і регулювання напруги розширеного діапазону.
Поставлена мета досягається тим, що керований реактор-автотрансформатор, що містить муздрамтеатр з ярмамі і основним стрижнем, навколо якого розташовані всі обмотки: основна обмотка, що складається з верхньої і нижньої частин із середнім висновком, компенсаційна обмотка, керуюча обмотка і керовані тиристорні блоки зі зустрічно паралельнопід'єднаних тиристорами, виконаний так, що керуюча обмотка охоплює верхню частину основної обмотки. Крім того, керуюча обмотка розділена на секції, з'єднані послідовно, мають однакові висоти, рівні висоті верхній частині основної обмотки, а паралельно секціях включені керовані тиристорні блоки послідовно з струмообмежуючими дросселями. Керований реактор-автотрансформатор може бути виконаний з другої керуючої обмоткою, аналогічної по влаштуванню розглянутої вище, яка розташована між верхньою частиною основної обмотки і основним стрижнем. Крім того, початок основної обмотки і її середній висновок підключені до вхідного вузла керованого реактора-автотрансформатора через комутатори, наприклад вимикачі навантаження.
Керований реактор-автотрансформатор (УРА) складається з замкнутого магнітопровода, що має основний стрижень 1, бічні ярма 2, торцеві ярма 3, кільцеві магнітні шунти 4, верхню частину основної обмотки 5, нижню частину основної обмотки 6, компенсаційну обмотку (на фіг.1 НЕ показана), що управляє обмотку 7.
Верхня частина основної обмотки 5 охоплена по всій висоті керуючої обмоткою, розділеної на секції, однакової висоти, що дорівнює висоті верхній частині основної обмотки. Паралельно зазначеним секціях включені керовані тиристорні блоки (ТБ) 8 послідовно з струмообмежуючими дросселями (ТД) 9, необхідними для обмеження струму короткого замикання секцій. На фіг.2 показана і компенсаційна обмотка 10, керуюча обмотка (УО) і основна обмотка (OO), що складається з верхньої 5 і нижньої 6 частин із середнім виводом 11.
УО замикається ТБ, розрахованим на повну потужність УРА. При замкнених тиристорах ток в УО відсутня і потужність реактора мінімальна (режим холостого ходу). При повністю відкритих тиристорах ТБ ток в OO і УО максимальний (найбільша потужність УРА). В цьому режимі напруга на OO дорівнює номінальній, як і в режимі холостого ходу. Це можливо, тому що напруга короткого замикання УРА дорівнює 100%. Останнє досягається розташуванням OO і УО на основному стержні з відповідним повітряним зазором.
Короткозамкнена УО не може мати потокоспецленій з магнітним потоком УРА. Отже, в номінальному режимі роботи УРА магнітний потік повинен замикатися таким чином, щоб сумарна його потокосцепление з УО дорівнювало нулю при забезпеченні необхідного числа потоокосцепленія з основною обмоткою. Це означає, що основна частина магнітного потоку проходить поза УО - в межобмоточной просторі і в обсязі, займаному обмотками.
У УРА при номінальному струмі в повітря витісняється практично весь магнітний потік. Потокорозподіл в номінальному режимі показано на фіг.1. Потужний магнітний потік в повітрі може викликати додаткові втрати.
Для його збору і напрямки в муздрамтеатр торці обмоток з двох сторін прикриваються кільцевими магнітними шунтами 4.
Реактивна потужність УРА регулюється шляхом замикання окремих секцій УО. На фіг.2 УО розділена на 4 секції. Окремі секції УО мають різне просторове положення по відношенню до OO. В цьому випадку при напрузі к.з. OO щодо УО в цілому рівним U к = 100% напруга к.з. OO щодо окремих секцій УО буде відрізнятися від 100% (різна величина зазорів) і ток секцій може перевищити номінальне значення. Для його обмеження вводяться дроселі. При включенні однієї секції УО ток УРА збільшується приблизно на 25%. При замиканні тиристорів ТБ-5 шунтуються все дроселі окремих секцій і ток OO збільшується до номінального значення.
Безперервне регулювання реактивної потужності УРА здійснюється за рахунок зміни кута відмикання тиристорів. При неповному відмиканні тиристорів з'являються вищі гармонійні в кривій струму. Однак виникають вищі гармонійні в кривій струму комутованого тиристорами контуру збуджують вищі гармонійні в магнітному потоці, а ті в свою чергу індукують протидії ЕРС в короткозамкненим контурі. В результаті вищі гармонійні в кривій струму OO УРА ефективно придушуються. При поділі УО на секції ефективність придушення зростає пропорційно кратності ділення.
Головне призначення УРА - оптимальне керування режимами далеких електропередач по напрузі на лінії і споживання надлишкової реактивної потужності, що генерується цією лінією. Оптимальним буде такий процес регулювання, при якому при збільшенні переданої по лінії активної потужності збільшуються одночасно напруга на лінії і споживання реактивної потужності в кінцевих вузлах [5].
При збільшенні споживаної УРА реактивної потужності одночасно збільшується напруга на середньому виведення ГО. Розглянемо цей процес докладно.
Припустимо, що УО розділена на чотири секції і комутується за допомогою ТБ-1 перша секція. У міру зростання струму секції збільшується виміщення магнітного потоку з основного стрижня в просторі між обмотками, що призводить до збільшення струму ГО. Одночасно відбувається зменшення потокосцепления верхній частині основної обмотки з магнітним потоком УРА і зниження її протидії ЕРС. Наслідком цього є перерозподіл напруги, прикладеного до ГО, між її частинами в сторону підвищення напруги на середньому виведення ГО. У міру замикання секцій УО зростає напруга на лінії, підключеної до середнього висновку ГО, і досягає номінального значення при закорачіваніі всіх секцій УО. Падіння напруги на верхній частині ГО в цьому режимі практично дорівнює нулю, так як відсутній протидії ЕРС через зганяння магнітного потоку з зони розміщення верхньої частини ГО.
При плавній зміні струму секції УО, коли проводиться регулювання кута відмикання тиристорів, поступово збільшується (знижується) реактивна потужність УРА одночасно зі збільшенням (зниженням) напруги на середньому виведення ГО.
Введення другої керуючої обмотки, розміщеної між верхньою частиною ГО і основним стрижнем, відкриває можливість зміни реактивної потужності УРА без зміни напруги на середньому виведення ГО. Для регулювання струму в секціях додаткової УО може використовуватися система, аналогічна описаній вище і водночас ставиться до УО, розташованої між верхньою і нижньою частинами ГО.
Для здійснення оптимального по втратах режиму дальньої лінії електропередачі необхідно змінювати напругу в її кінцевих вузлах відповідно до вираженням
де U m - напруга на початку (кінці) лінії; Р - активна потужність на початку (кінці) лінії; g m - параметр, який визначається узагальненими постійними лінії.
При цьому реактивна потужність реакторів (УРА) по кінцях лінії повинна змінюватися за висловом
де Q m - потужність реактора на початку (кінці) лінії; U m - оптимальне значення напруги на початку (кінці) лінії, яке визначається по (1); b m - параметр, що залежить від узагальнених постійних лінії.
Параметри g m і b m визначаються за формулами
де А, В, С і D - узагальнені постійні лінії [5].
Напруга на лінії U m, що визначається за (1), пропорційно кореню квадратному з активної потужності відповідного кінця лінії. При цьому реактивна потужність, споживана УРА, визначається по (2). Управління струмом в секціях УО, здійснюване тиристорами ТБ, викликає одночасну зміну напруги на лінії та споживання з лінії реактивної потужності. Ці зміни повинні бути максимально наближені до значень U m, Q m, що визначаються відповідно по (1) і (2).
 |
 |
 |
На фіг.3 приведена схема включення УРА по кінцях лінії електропередачі. Верхня частина основної обмотки (ВГО) підключається до шин кінцевих підстанцій, а лінія - до середніх висновків (СВ) основний обмотки УРА. При навантаженні лінії, яка становить 10-20% її натуральної потужності, УРА працюють в режимі автотрансформатора, понижуючого напруга на лінії на 30-40% від номінального рівня. Величина зниження загального рівня напруги на лінії узгоджується з вимогами підтримки необхідного запасу стійкості електропередачі. Слід зауважити, що УРА в відправною кінці лінії працює на пониження напруги, а в приймальному кінці - на підвищення напруги до рівня напруги шин приймального вузла. |
В діапазоні зміни навантаження лінії до 20-25% її натуральної потужності Р c знижена напруга залишається незмінним (наприклад U ЛЕП = 0,7 U ном.ЛЕП). Підтримка сталості напруги в кінцевих вузлах лінії може здійснюватися за рахунок регулювання реактивної потужності УРА, встановлених в цих вузлах. Для цього потрібно задіяти РВ УРА, розташовану на основному стержні впритул до нього з зазором по відношенню до верхньої частини OO. Для спрощення креслення на фіг.1 ця обмотка не відображено. Якщо така РВ в УРА не передбачено, то регулювання здійснюється іншими засобами, які передбачаються на цей випадок в кінцевих вузлах лінії.
При подальшому збільшенні навантаження (понад 20-25%) регулюється (підвищується) струм секцій УО, розташованих між верхньою і нижньою частинами OO, завдяки чому підвищується напруга на середньому виведення OO УРА (на лінії електропередачі) і збільшується споживана їм надлишкова реактивна потужність, що генерується лінією. Цей процес одночасного збільшення напруги і споживання реактивної потужності закінчується при напрузі на лінії, рівному номінальному. Для ліній 500 кВ з маркою дроти 3 × АСО-500 довжиною 500, 1000, 1500 км зазначену напругу досягається при навантаженні, відповідно рівною 0,35 Р c; 0,6 Р c; 1,0 Р c (де Р c - натуральна потужність, для ЛЕП-500 кВ Р c = 900 МВт) [5]. Зі збільшенням довжини лінії діапазон оптимального регулювання напруги і реактивної потужності у функції навантаження лінії розширюється. При навантаженнях, що перевищують вказані значення (наприклад, для ЛЕП-500 кВ довжиною 500 км Р> 0,35Р c), напруга на ній підтримується на незмінному рівні, рівному номінальному. Регулювання напруги проводиться УРА при його роботі в реакторному режимі. Переклад УРА в цей режим може здійснюватися різними способами. Найбільш прийнятним є метод, який заснований на комутації початкового і середнього висновків первинної обмотки. У режимі номінальної завантаження УРА (по реактивної потужності) напруги на початковому і середньому висновках OO рівні і можуть бути замкнуті через комутаційний апарат 12, наприклад вимикач навантаження. Тоді початок OO може бути відключено від вхідного затиску УРА, наприклад, віддільником (див. Фіг.2).
Таким чином, комутація зводиться до шунтування висновків початку і середини основної обмотки і наступного за ним від'єднання початку цієї обмотки від вхідного затиску УРА.
При подальшому збільшенні навантаження лінії УРА працює в режимі підтримки напруги (в точці його підключення) на заданому рівні. Для цього проводиться поступове зниження струму УО, що досягає нульового значення при навантаженні, що дорівнює натуральної потужності лінії.
Пропоноване пристрій - УРА дозволяє здійснити оптимальне управління наддалекими ЛЕП надвисокої напруги, яке базується на одночасному регулюванні загального рівня напруги і споживання реактивної потужності в кінцевих вузлах.
Використання УРА в наддалеких ЛЕП дозволяє здійснити:
- Передачу енергії по лінії без проміжних пристроїв компенсації реактивної потужності;
- Успішне впровадження ЛЕП підвищеної натуральної потужності через більш ефективного способу компенсації надлишкової ємнісний потужності лінії;
- Зниження витрат на спорудження ЛЕП;
- Більш надійне функціонування наддалекої електропередачі.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Керований реактор-автотрансформатор, що містить муздрамтеатр з ярмамі і основним стрижнем, навколо якого розташовані основна обмотка, що складається з двох частин із середнім висновком, початковий висновок першої частини якої підключений до шин кінцевих підстанцій лінії електропередач, а середній висновок - до лінії електропередачі, компенсаційна і керуюча обмотки, керовані тиристорні блоки із зустрічно-паралельно включеними тиристорами, що відрізняється тим, що керуюча обмотка охоплює першу частину основної обмотки, розташована між першим і другим її частинами і складається з послідовно з'єднаних і рівних по висоті першої частини основної обмотки секцій, паралельно яких підключені керовані тиристорні блоки, початковий і середній висновок основний обмотки підключені до вхідного затискача керованого реактор-автотрансформатора через комутаційні апарати.
2. Керований реактор-автотрансформатор по п.1, що відрізняється тим, що він забезпечений розташованої між першою частиною основної обмотки і основним стрижнем муздрамтеатру другий керуючої обмоткою, що складається з послідовно з'єднаних і рівних по висоті першої частини основної обмотки секцій, паралельно яких підключені керовані тиристорні блоки.
3. Керований реактор-автотрансформатор по п.1 або 2, який відрізняється тим, що послідовно з керованим тиристорним блоком включений струмообмежувальним дросель.
Версія для друку
Дата публікації 15.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.