Управляемые шунтирующие реакторы (УШР)

УШР – статические устройства электромагнитного типа с плавным потреблением реактивной мощности для регулирования напряжения и его высокоточной автоматической стабилизации в протяженных электрических сетях 6-500 кВ.

Наша компания предлагает УШР для сетей от 6 до 500 кВ мощностью от 10 до 180 МВА.

УШР могут устанавливаться как на линиях электропередачи (линейные УШР), так и на шинах подстанции. Возможна комбинация, когда параллельно УШР подключается конденсаторная батарея (КБ).

Использование управляемых шунтирующих реакторов наряду с выполнением ими всех функций неуправляемых ШР позволяет:

Устранить суточные и сезонные колебания напряжения в электрической сети;
Повысить качество электрической энергии;
Увеличить предел статической устойчивости;
Улучшить демпфирование в системе;
Оптимизировать и автоматизировать режимы работы электрической сети;
Снизить потери электроэнергии при ее транспортировке и распределении;
Повысить устойчивость энергосистемы;
В десятки раз улучшить условия эксплуатации и повысить работы эксплуатации электротехнического оборудования за счет резкого сокращения числа коммутаций нерегулируемых устройств компенсации реактивной мощности и ограничения использования менее надежных в эксплуатации устройств РПН трансформаторов и автотрансформаторов;
Увеличить пропускную способность линий электропередачи и обеспечить надежное автоматическое управление уровнями напряжения при перетоках мощности, близких к предельным по статической устойчивости;
Избежать эффекта «лавины напряжения» при возникновении аварийных ситуаций в электрической сети (например, аварийное отключение нагрузки, генератора, линии электропередачи и прочее);
Обеспечить условия для работы генераторов электростанций в таком диапазоне генерации реактивной мощности, который способствует наиболее благоприятным эксплуатационным режимам.

Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы представляют собой мощный трехфазный магнитный усилитель, в котором широкий диапазон изменения потребляемой реактивной мощности обеспечивается глубоким насыщением стали стержней магнитопровода. При этом конструктивно и технологически электромагнитная часть УШР представляет собой обычный специальный трехфазный трансформатор, по изготовлению, монтажу и обслуживанию в эксплуатации аналогичный маслонаполненному оборудованию наружной установки – трансформаторам или неуправляемым реакторам соответствующего класса напряжения и мощности. Изменение индуктивности УШР достигается путем насыщения магнитной системы управляемыми по величине магнитными потоками. В результате достигается плавное регулирование величины потребляемой мощности реактора практически от нуля и до номинального значения, а также обратно за время от 0,3 с или более в соответствии с требованиями режима.

Магнитная система трёхфазного УШР с подмагничиванием

Система автоматического управления УШР микропроцессорного исполнения в стандартном шкафу внутренней установки обеспечивает требуемые алгоритмы автоматического и ручного управления преобразователем системы подмагничивания для режимов стабилизации напряжения в точке подключения реактора или его заданной мощности (либо другого алгоритма управления, заданного энергосистемой).

Конструкция

Принцип действия

Принцип действия» текст «Изменение индуктивности УШР достигается путем насыщения магнитной системы управляемыми по величине магнитными потоками. В результате достигается плавное регулирование величины потребляемой мощности реактора практически от нуля и до номинального значения, а также обратно за время от 0,3 с или более в соответствии с требованиями режима.

Основные функциональные возможности УШР:

широкий диапазон плавного регулирования (от холостого хода до номинального или предельно допустимого значения мощности) с неограниченным числом переходов к требуемому значению потребляемой мощности;
возможность длительной перегрузки на 20 % и кратковременной на 100 %;
постоянная времени по регулированию мощности (быстродействие) по требованию заказчика или месту подключения может варьироваться от 0,1 до 1 с. При необходимости набор мощности при включении или двукратная форсировка осуществляются безынерционно (за один период промышленной частоты);
степень нелинейных искажений в сетевом токе реактора в зависимости от требований и соответствующего исполнения оборудования может быть снижена с 4% до 1% от номинального тока сетевой обмотки;
для расширения диапазона в сторону не только потребления, но и выдачи реактивной мощности реактор может работать параллельно с конденсаторной батареей, в том числе с возможностью ее подключения к выводам вторичной обмотки (такой комплекс является полной заменой синхронного компенсатора);
при соответствующем увеличении мощности вторичной обмотки, соединенной в треугольник, к ее выводам может подключаться нагрузка собственных нужд либо другая активная нагрузка подстанции (то есть реактор совмещает в себе функции трансформатора).

Регулировочные характеристики

Особенностью характеристики намагничивания стали является область 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.

Фаза управляемого реактора — это по существу двухобмоточный трансформатор с расщепленным стержнем. Одна из обмоток, сетевая, подключена к электрической сети (UСО), вторая — управляющая, подключена к регулируемому по величине источнику постоянного напряжения (UУ). Секции сетевой и управляющей обмоток включены встречно параллельно и не имеют прямой электромагнитной связи. Каждая из обмоток фазы создает свои магнитные потоки: сетевая обмотка – переменный поток промышленной частоты; управляющая – постоянный, регулируемый по величине поток подмагничивания. Постоянный поток подмагничивания смещает переменный поток в область насыщения кривой намагничивания стали, что и приводит к изменению индуктивного сопротивления устройства. 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, то есть 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 характерный (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 (100 %) был близок к такому режиму полупериодного насыщения.

Таким образом, по функциональным возможностям реактора УШР практически полностью соответствует широко распространенной схеме статического шунтирующего тиристорного компенсатора (СТК). В отличие от традиционного решения – трансформатор связи плюс последовательно включенные реактор и встречно параллельный тиристорный вентиль на полную мощность – в УШР имеется только специфичное специальное трансформаторное устройство, в котором роль реактора выполняют индуктивности обмоток, а роль встречно параллельного тиристорного вентиля – насыщаемый стержень.