Е. Забудский ПРИМЕНЕНИЕ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УСТРОЙСТВ

История вопроса, анализ проблемы

Во втором десятилетии ХХ века наметились контуры одной из проблем техники электро передачи высокого напряжения, состоявшей в том, что при больших расстояниях начинала существенно сказываться емкостная проводимость линии и значительно возрастал емкостной ток, который уменьшал пропускную способность линии. Это явление сопровождалось недопустимым повышением напряжения. М.О.Доливо-Добровольский оценил важность наметившейся проблемы и в ноябре 1918 года выступил с докладом на эту тему.

В СССР с целью решения указанной проблемы в 1954-56 годах было испытано в большом масштабе регулирование реактивного потребления силовых трансформаторов путем подмагничивания их постоянным током, которое предложил И.С.Брук. Дальнюю электропередачу с подмагничиваемыми реакторами-трансформаторами и форсируемыми конденсаторными батареями проанализировал Д.И.Азарьев.

Решение рассматриваемой проблемы имеет важное народнохозяйственное значение, что определено, во-первых, необходимостью решения следующих задач управления режимами систем: компенсация избыточной зарядной мощности ЛЭП и повышение их пропускной способности, ограничение коммутационных перенапряжений, ограничение токов короткого замыкания, уменьшение колебаний напряжения, рациональное распределение напряжения и тока и др.; во-вторых, большими масштабами внедрения устройств, обусловленными значительной протяженностью электроэнергетических систем.

Системы электроснабжения промышленных предприятий

Характерной особенностью металлургических и многих машиностроительных предприятий является резкопеременная нагрузка, которая обусловливает колебания напряжения, уровень которых превышает ограничения ГОСТ. На металлургических предприятиях такой нагрузкой являются прокатные станы с вентильными электроприводами, электродуговые сталеплавильные печи, на машиностроительных - мощные сварочные агрегаты. ГОСТ ограничивает допустимые пределы колебания напряжения 1,5% от номинального напряжения, однако, на указанных предприятиях колебания напряжения могут достичь 4..12% и более. При этом другие показатели качества электроэнергии, а именно, отклонение напряжения, несинусоидальность тока и несимметрия напряжения, также не соответствуют требованиям ГОСТ. Колебания напряжения отрицательно сказываются на работе многих потребителей электроэнергии, а именно: ЭВМ, систем автоматики и телемеханики, АСУ, логической аппратуры и др. Они также отрицательно влияют на производительность труда и зрение работников.

Колебания напряжения уменьшаются в 8...10 раз с помощью статических компенсаторов реактивной мощности, состоящих из насыщающегося реактора и батареи конденсаторов, включенной параллельно. СКРМ с насыщающимся реактором (рис.4, б) называется параметрическим компенсатором, т.к. потребляемая или генерируемая им реактивная мощность является функцией приложенного к СКРМ напряжения сети. В СКРМ с НР отсутствует какая-либо внешняя система управления, являющаяся существенно инерционным звеном при решении задачи уменьшения колебания напряжения. Параметрический СКРМ имеет рабочую область на результирующей вольт-амперной характеристике за "коленом" кривой, где зависимость реактивного тока от напряжения сети в первом приближении может быть принята линейной (рис.4, г, участок на вольт-амперной характеристике СКРМ, заключенный между точками 1 и 2). При снижении напряжения сети почти пропорционально снижаются ток и реактивная мощность, потребляемая НР; поскольку реактивная мощность батареи конденсаторов изменяется относительно незначительно, то резко увеличивается генерация в сеть реактивной мощности шунтовой батареей конденсаторов. В случае повышения напряжения аналогичным образом увеличивается потребляемая реактором реактивная мощность. За счет указанного быстрого параметрического изменения реактивной мощности СКРМ как по величине, так и по знаку и осуществляется уменьшение колебаний напряжения.

Для ограничения колебаний напряжения используются НР как трансформаторного типа, со стержневым магнитопроводом, так и электромашинного типа, с кольцевым магнитопроводом [11]. Параметрические СКРМ, используемые для уменьшения колебаний напряжения, имеют ряд преимуществ перед синхронными компенсаторами, а именно: более высокое быстродействие, меньшие удельные активные потери, простота обслуживания и др.

Выводы

1. Выполнен обзор путей решения проблемы техники электропередачи высокого напряжения, состоящей в том, что при больших расстояниях начинает существенно сказываться емкостная проводимость линии и значительно возрастает емкостной ток, который уменьшает пропускную способность линии. Это явление сопровождается недопустимым повышением напряжения.

2. Дана классификация управляемых потребителей реактивной мощности по различным признакам и показано что их использование в энергосистемах позволяет решить следующие задачи управления режимами систем: компенсация избыточной зарядной мощности ЛЭП и повышение их пропускной способности, ограничение коммутационных перенапряжений, ограничение токов короткого замыкания, уменьшение колебаний напряжения, рациональное распределение напряжения и тока и др.

3. Разработаны, сформулированы и обобщены принципы построения многофункциональных электромагнитных силовых устройств, предназначенных для решения задач управления режимами электроэнергетических систем.

4. Разработан класс совмещенных управляемых реакторов и реакторов-трансформаторов являющихся системными устройствами многоцелевого назначения. Они выполняют одновременно функции отдельных реактора и силового трансформатора, реактора и батареи конденсаторов, реактора и источника постоянного тока и др. и предназначены для улучшения режимов работы ЛЭП, распределительных электросетей 6...10 кВ и выше и систем электроснабжения промышленных предприятий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глебов И.А. Всесоюзный симпозиум Эффективность применения управляемых реакторов в энергосистемах // Электротехника. - 1990. - №5. - С.76-77.

2. Загрядцкий В.И. Совмещенные электрические машины. - Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1971. - 164 c.

3. Забудский Е.И. Совмещенные регулируемые электромагнитные устройства для улучшения качества электроэнергии // Энергосбережение. - 1998. - Вып. №3. - С.37-42.

4. Александров Г. Н. Передача электрической энергии переменным током. - Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 176 с.

5. Новые средства передачи электрознергии в энергосистемах. / Под ред. Г.Н.Александрова. - Л.: ЛГУ, 1987. - 232 с.

6. Забудский Е.И. Микропроцессорная система автоматического управления стабилизацией напряжения электросети // Энергосбережение. - 1998. - Вып. №4. - С.54-61.

7. Александров Г.Н. Электропередачи переменного тока на основе компактных линий повышенной пропускной способности и управляемых шунтирующих реакторов // Электричество. - 1994. - №6. - С.11-15.

8. Забудский Е.И. Анализ электромагнитных режимов совмещенных управляемых устройств электроэнергетического назначения // Энергосбережение. - 1999. - Вып. № 1.- С.62-75.

9. Эффективность применения управляемых реакторов в энергосистемах: Тезисы докладов симпозиума / Под ред. акад. И.А.Глебова. - Л.: ЛПИ, 1989. - 76 с.

10. Управляемые шунтирующие реакторы // Электротехника. - 1991. - №2 (специальный выпуск). - 71 с.

11. Мишин В.И., Забудский Е.И., Собор И.В. Трехфазные управляемые реакторы. - Кишинев: Штиинца, 1977. - 133 с.

12. Забудский Е.И. Совмещенные регулируемые электромагнитные устройства для систем управления в электроэнергетике: Дис. ... д-ра техн. наук: 05.13.05. - Защищена 23.10.96; утв. 11.04.97; 05960002471. - Ульяновск, 1996. - 461 с.: илл. 117. - Библиогр.: 232 назв.

13. Забудский Е.И. Совмещенные управляемые реакторы- трансформаторы для электроэнергетики // 4th International Conference on „Unconventional Electromechanical and Electrical Systems", Труды конференции. - Санкт-Петербург: СПбГТУ, 21-24 июня 1999. - С.1253-1258.