Расчет и анализ режимов электрических сетей нефтяных месторождений Южного Васюгана ОАО «Томскнефть» после установки управляемых источников реактивной мощности

Описание блока управляемого шунтирующего реактора и батарей статических конденсаторов

Управляемый шунтирующий реактор (УШР) представляет собой новый тип устройств FACTS, который начиная с 90-х годов широко используется для стабилизации напряжения и управления перетоками реактивной мощности как в магистральных и распределительных сетях, так и на уровне крупных промышленных потребителей. УШР — плавнорегулируемые индуктивные сопротивления, управляемые изменением насыщенности магнитной цепи за счет подмагничивания магнитопровода полем постоянного тока.

Особенностью характеристики намагничивания стали является область технического насыщения за пределами индукции насыщения, в которой она становится практически линейным материалом. Такого типа нелинейность электротехнической стали принципиально соответствует нелинейным характеристикам диодов и триодов (электронным, ионным, полупроводниковым). Эта особенность и используется в УШР.

Магнитная система одной фазы типичного УШР содержит два стержня с обмотками, вертикальные и горизонтальные ярма. На каждом стержне размещены обмотки управления, соединенные встречно, и сетевые обмотки, соединенные согласно. Возможен вариант конструкции, когда сетевая обмотка одна и охватывает оба стержня. При подключении к обмоткам управления регулируемого источника постоянного напряжения, например, выпрямителя, ток в обмотках управления приводит к возникновению и нарастанию потока подмагничивания, который в соседних стержнях направлен в разные стороны. Так как на поток подмагничивания накладывается переменный поток сетевой обмотки, результирующий поток смещается в область насыщения стали, т. е. стержни оказываются насыщенными некоторую часть периода. В свою очередь, насыщение стержней приводит к возникновению и возрастанию тока в сетевой обмотке. Так как стержни насыщены часть полупериода синусоиды, ток реактора оказывается искаженным, в нем присутствуют высшие гармоники. Существует особенный промежуточный режим, при котором поток подмагничивания становится равным амплитуде переменного магнитного потока. Этот режим характеризуется тем, что время насыщенного состояния стержней одинаково и равно половине периода синусоиды. В этом режиме в токе реактора высшие гармоники практически отсутствуют, и ток имеет чисто синусоидальную форму. Обычно УШР проектируется таким образом, чтобы его номинальный режим был близок к такому режиму. В другом режиме при большом токе подмагничивания (и, естественно, при увеличенных потерях) реактор снова становится линейной индуктивностью, в токе высшие гармоники снова почти отсутствуют. Этот режим используется как режим максимальной мощности УШР. Возможен и режим работы УШР при замкнутых накоротко обмотках управления с мощностью, примерно вдвое большей его номинальной мощности, при этом УШР становится неуправляемым реактором. Время использования УШР при мощности, большей номинальной, естественно, ограничено его нагревом сверх допустимой температуры.

В качестве входных параметров регулятора УШР обычно используются: отклонение напряжения в точке подключения реактора, отклонение полного угла на передаче и отклонение полного тока линии. Управляемые реакторы работают в режиме автоматического и дистанционного регулирования их мощности и предназначены для непрерывного плавного поддержания напряжения в заданных пределах.

К основным достоинствам управляемых шунтирующих реакторов можно отнести их высокую надежность, хорошие технико-экономические показатели, конструктивную схожесть с обычным трансформаторным оборудованием, простоту в эксплуатации и более низкую стоимость.

Для эксплуатации управляемого реактора не требуется специальная подготовка обслуживающего персонала и создание дополнительных рабочих условий на подстанциях, как например, применение водяного охлаждения или размещение оборудования в закрытых помещениях. Дополнительным достоинством УШР является возможность его подключения непосредственно на шины высокого напряжения и отсутствие необходимости использования повышающих трансформаторов. Это позволяет обеспечить весь регулировочный диапазон реактора именно на том классе напряжения, где это необходимо по режиму работы электрических сетей.

Управляемые шунтирующие реакторы могут использоваться как самостоятельные управляемые устройства поперечной компенсации, так и в блоке с неуправляемой батарей статических конденсаторов (БСК). Структурная схема блок «УШР — БСК» представлена на рисунке 3.1.

Совместно с батареями конденсаторов управляемые реакторы выполняют функцию вращающихся синхронных компенсаторов или СТК — статических тиристорных компенсаторов, а широкомасштабное применение управляемых реакторов — эффективный и экономичный путь оптимизации режимов электрической сети, повышения качества электроэнергии, улучшения условий эксплуатации и продление срока службы электрооборудования.

Управляемый реактор в блоке выполняет роль переменной индуктивности, а БСК может быть секционирована на несколько групп, с целью обеспечения возможности ее ступенчатого регулирования. Выбор мощности и количества секций БСК выполняется исходя из условия минимизации числа коммутаций выключателей, что в ряде случаев позволяет полностью избежать операций по включению/отключению батарей, либо выполнять их сезонно.

1-УШР, 2-БСК, 3-САУ, 4 и 5 — выключатели;

ТН — трансформатор напряжения; ТТ — трансформатор тока Рисунок 3.1. Структурная схема блока «УШР-БСК».

Управление блоком осуществляется следующим образом. В системе автоматического управления (САУ) 3 устанавливают заданное для регулирования (стабилизации) напряжение сети, минимальный ток реактора, максимальный ток реактора и задержку времени? t между соседними коммутациями секций конденсаторных батарей (включениями или отключениями выключателей 4 и 5). Обычно интервал времени? t составляет 1−10 минут в зависимости от параметров блока и сети. Затем управляемый подмагничиванием реактор 1 выключателями подключают к сети.

При малой нагрузке сети или ее отсутствии (в ночное время) в сети имеет место избыток реактивной мощности из-за емкостных токов распределенной емкости высоковольтной сети на землю. В результате напряжение в сети увеличивается выше заданного напряжения, что фиксируется трансформаторами напряжения (ТН) и САУ 3, которая вырабатывает команду на увеличение тока подмагничивания реактора 1. В результате ток реактора 1 увеличивается (вплоть до максимального тока), блока переходит в режим потребления автоматически регулируемой реактивной мощности и автоматической стабилизации напряжения в сети. При этом САУ 3 отслеживает изменение напряжения из-за колебаний нагрузки в сети, увеличивая или снижая ток подмагничивания реактора 1.

При дальнейшем увеличении нагрузки в сети возникает недостаток реактивной мощности. САУ 3, реагируя на снижение напряжения, и проверяя условие тока реактора 1 меньше минимального, дает команду на включение выключателя 4, подключая к сети одну секцию конденсаторной батареи 2, переводя блок в режим выработки реактивной мощности.

При максимальной нагрузке сети снова возникают условия, при которых напряжение сети меньше заданного напряжения и ток реактора 1 меньше минимального. САУ 3 дает команду на включение выключателя 5, подключая к сети вторую секцию конденсаторной батареи 2, и переводит блок в режим выработки реактивной мощности вплоть до максимальной (при минимальном токе реактора).

При снижении нагрузки (переходу в ночное время) в сети возникает избыток реактивной мощности, и напряжение возрастает. От блока требуется переход от режима выдачи реактивной мощности к режиму потребления реактивной мощности. Поэтому САУ 3 вырабатывает команды на увеличение тока реактора и на отключение секций конденсаторной батареи.