Файл: Математическое моделирование и исследование процессов автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности в проектируемом районе энергосистемы.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 50
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
21
2.2 Конструктивные особенности и принцип действия управляемого
подмагничиванием шунтирующего реактора
В управляемом шунтирующем реакторе с подмагничиванием плавное регулирование потребляемой реактивной мощности, а следовательно, и напряжения в узле подключения, осуществляется за счет насыщения стали магнитопровода постоянным потоком, созданным источником постоянного напряжения.
Магнитная система одной фазы управляемого реактора состоит из двух стрежней на которых расположены обмотки, верхние и боковые ярма. На стрежнях располагаются обмотки СО - сетевая обмотка подключенная к электрической сети, ОУ - обмотка управления, подключенная к источнику постоянного напряжения, КО – компенсационная обмотка, компенсирует гармоники равные трем.
Расположение обмоток на магнитопроводе представлены на рис. 2.1.
Рисунок 2.1 – Разрез магнитной системы фазы УШР 220 кВ:
1 – стержни; 2 – нижнее горизонтальное ярмо; 3 – нижнее горизонтальное ярмо;
4 – вертикальные ярма.
Две секции обмотки ОУ расположенны на полустержнях при этом соединены встречно. Такое соединение обмоток объясняется тем, что ЭДС
22 наводимые в ОУ общим магнитным потоком в каждой секции будут взаимокомпенсировать друг друга и тем самым обеспечивается независимость обмотки управления.
Сетевая обмотка охватывает два стержня и при этом соединена согласно. Сетевые обмотки УШР подключается к трехфазной сети и соединяются по схеме «звезда с заземленной нейтралью». Ток протекающий по обмотке одной фазы УШР создает магнитные потоки в полустержнях фазы расщепленного магнитопровода, а амплитуда магнитной индукции примерно соответствует индукции насыщения электротехнической стали, из которого собран магнитопровод УШР. Данное свойство увеличивает процент использования стали и позволяет задействовать максимальный диапазон регулирования устройства.
Компенсационная обмотка так же как и обмотка управления сосредоточена на двух полустержнях. КО соединяется в треугольник и выполняет две основные функции:
• компенсация гармоник кратных трем;
• выступает в роли вторичной обмотки пиатющего трансформатора к которой подключается полупроводниковый преобразователь, предназначенный для питания обмотки управления постоянны напряжением.
Принцип действия такой системы основывается на том, что каждая из обмоток создает свои магнитные потоки: сетевая обмотка – переменный поток промышленной частоты, обмотка управления – постоянный, регулируемый поток подмагничивания. Постоянный поток подмагничивания смещает переменный поток в область насыщения кривой намагничивания стали, что приводит к изменению индуктивности и соответственно индуктивного сопротивления. Фактически для УШР используется принцип магнитного усилителя, заключающегося в следующем:
При отсутствие тока в обмотке управления индуктивное сопротивление сетевой обмотки:
2
СО
СО
СО
СО
а
w
Ф
w
S
X
L
I
l
, (2.1)
23 где L
CO
– индуктивность сетевой обмотки; ω – угловая частота;
СО
w - число витков сетевой обмотки; S – активное сечение магнитопровода; l – средняя длина магнитной линии в магнитопроводе;
а
- абсолютная магнитная проницаемость.
При неизменных S,
СО
w , l индуктивность L
CO
определяется абсолютной магнитной проницаемостью
а
. При
У
I
=0 магнитопровод характеризуется ненасыщенным состоянием, что соответствует участку на кривой намагничивания показанном на рис. 2.2, зона 1. В этом случае магнитная проницаемость
1 1
1
/
а
B
H
велика и соответственно индуктивность сетевой обмотки. Значение тока в сетевой обмотке будет соответствовать минимальному значению, равное
1
/
CO
СО
I
H l w
. Напряженность магнитного поля
1
m
H
находится по индукции
1
/ (4, 44
)
m
CО
B
U
f w
S
Подадим на обмотку управления постоянный ток, который обеспечивает переход магнитопровода в насыщенное состояние рис.2.2, зона 2.
Рисунок 2.2 – Кривая намагничивания и насыщение электротехнической стали.
24
В зоне насыщения материал будет иметь магнитную проницаемость
2 2
2
/
а
B
H
значительно меньшую чем в ненасыщенном состоянии.
Индуктивное сопротивление сетевой обмотки в насыщенном состоянии магнитопровода определяется магнитной проницаемость, которая с насыщением стали уменьшается, что приводит к уменьшению значения индуктивности и соответственно и индуктивного сопротивления.
В реальных конструкциях УШР при изменении состояния стали его магнитопровода от ненасыщенного состояния до глубокого насыщения, близкого к предельному, когда магнитная проницаемость стали приближается к магнитной проницаемости воздуха, удается получить диапазон плавного регулирования реактивной мощности с кратностью более 100.
В состав оборудования управляемых шунтирующих реакторов входят электромагнитная часть, трансформатор со встроенным полупроводниковым преобразователем, система автоматического управления. Принципиальная схема представлена на рис.2.3.
Электромагнитная часть является основным силовым элементом управляемого реактора и представляет собой трехфазное электромагнитное устройство трансформаторного типа, размещенное в маслонаполненном баке, для наружной установки. Электромагнитная часть реактора предназначена для потребления из электрической сети реактивной мощности. В зависимости от степени насыщения магнитной цепи фаз значение потребляемой мощности может изменяться в широких пределах. Степень насыщения магнитной цепи регулируется возбуждением в обмотке управления постоянного электрического тока. Чем больше ток в обмотке управления, тем большая реактивная мощность потребляется фазами.
Трансформатор со встроенным полупроводниковым преобразователем предназначен для регулирования значения постоянного напряжения в обмотке управления электромагнитной части, что осуществляется изменением значения выпрямленного тока преобразователя.
25
Рисунок 2.3 – Принципиальная схема трехфазного трехобмоточного УРШ
Устройство выполнено в виде единого изделия, расположенного в одном или двух маслонаполненных баках. Номинальная мощность трансформатора со встроенным преобразователем не превышает 1% номинальной мощности реактора.
Управление и защита оборудования
УШР осуществляется взаимодействием между шкафами:
• шкаф ПИУ – панель измерения и управления;
• шкаф СУРЗА – система управления, регулирования, защиты и автоматики;
• шкаф ШУ – шкаф управления и контроля высоковольтных вентилей
• СО – система охлаждения высоковольтных вентилей
26
Панель измерений и управления предназначена для:
• гальванической развязки управляющих и информационных сигналов системы управления, регулирования, защиты и автоматики (СУРЗА);
• формирования сигналов управления режимами работы СУРЗА и управления выключателями УШР;
• отображения режимов работы УШР и его составных частей;
• фиксации срабатывания защит СУРЗА, конденсаторных батарей, шкафов управления УШР и системы охлаждения с выдачей сборных сигналов аварийной и предупредительной сигнализации.
Система управления, регулирования, защиты и автоматики
Шкаф
СУРЗА
– это программно-аппаратный комплекс, предназначенный для формирования импульсов управления тиристорными вентилями УШР, защиты УШР от аварийных режимов, управления включением и отключением выключателей конденсаторных батарей (БСК) УШР. Все алгоритмические функции управления и защиты УШР выполняются на программном уровне.
Шкаф управления и контроля высоковольтных вентилей предназначен для:
• запуска тиристоров прямого и обратного направлений каждого из 3-х вентилей тиристорной группы УШР при поступлении импульсов управления от
СУРЗА и появлении на тиристорах положительного напряжения;
• контроля исправности тиристорных ячеек вентилей, подаче предупредительного сигнала и команды на отключение при исчерпывании избыточности тиристорных ячеек;
• контроль исправности блоков управления тиристорных ячеек вентилей, подаче предупредительного сигнала;
• контроль исправности избыточной части оборудования ШУ, подаче предупредительного сигнала;
27
1 2 3 4 5
2.3 Система автоматического управления УШР
Система автоматического управления шунтирующего реактора служит для формирования командных сигналов преобразователю который в свою очередь влияет на постоянный поток в полустержнях магнитной системы устройства, необходимого для создания и поддержания заданных уровней потребления реактивной мощности электромагнитной частью реактора.
САУ предназначен для формирования углов управления тиристоров в полупроводниковом преобразователе, соединенного с обмоткой управления
УШР, регулируя таким образом приложенное постоянное напряжения на выводах обмотки управления.
По мимо основной задачи управления углами тиристоров и соответственно тока реактора УШР, САУ выполняет ряд функций, а именно:
• коммутация выключателей БСК в автоматическом и ручном режимах;
• контроль за состоянием высоковольтных вентилей через сигналы управления и контроля и системы охлаждения;
• защита оборудования от аварийных режимов с возможностью снимать импульсы управления и выключать главный выключатель;
• осуществление приема команд с ПИУ/АРМ/АСУТП;
• диагностика состояния оборудования и мониторинг основных параметров
УШР.
Основой системы автоматического управления УШР является регулятор пропорционального типа. Алгоритм регулирования включает в себя следующие действия:
1. Оператором задается уставка – значение режимного параметра сети, которое регулятор будет стремиться поддержать.
2. Измеряется режимные параметры сети с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения.
28 3. Производится сравнение параметров сети, полученных из измерительных органов, с заданной уставкой, после чего вычисляется их разность – сигнал рассогласования.
4. Пропорционально сигналу рассогласования выбирается угол управления тиристоров полупроводникового преобразователя, при котором сигнал рассогласования будет в нормальном регулировочном диапазоне.
5. Возвращение к началу цикла.
В системе автоматического регулирования УШР выделяют четыре основных режима работы:
1. Режим автоматической стабилизации напряжения.
Этот режим является основным для САУ. Предназначение этого режима определяет поддержание напряжения в узле подключения УШР плавному регулированию значения потребления реактивной мощности. Данный режим наиболее востребован в условиях суточного колебания напряжения в соответствии с графиком нагрузки.
2. Режим стабилизации заданного значения тока сетевой обмотки. Данный режим характеризуется фиксацией тока на заданном уровне.
3. Режим форсированного набора мощности.
Этот режим является кратковременным и осуществляется только в тех случаях, когда значение контролируемого параметра режима значительно больше заданной уставки. Осуществление форсированного режима УШР подразумевает приложение к обмотке управления напряжения в несколько раз превышающего значения номинального. Это вызывает более быстрое изменение тока в обмотке и, соответственно, существенно ускоряет процесс набора мощности.
4. Режим форсированного сброса мощности.
Данный режим предназначен для ускоренного сброса мощности. В основе режима лежит принцип форсированного набора но только напряжение прикладываемое к обмотке управления подается с обратной полярностью.
29
2.3.1 Режим автоматической стабилизации напряжения
Режим автоматической стабилизации напряжения необходим для поддержания заданного уровня напряжения в узле подключения УШР.
Алгоритм САУ и его функционирование в этом режиме представлен ниже.
1. Напряжение сети U
C
измеряется один раз в период частоты сети.
2. Измеренное напряжение U
C
сравнивается с напряжением уставки U
У
, заданной оператором.
3. Вычисляется сигнал рассогласования ΔU = U
C
- U
У
и выбирается угол управления тиристорами преобразователя, пропорциональный сигналу рассогласования. При изменении ΔU в диапазоне (0÷ k) U
У
угол управления пропорционально меняется от α
ХХ
( при
ΔU = 0) до α
ном
(при ΔU = kU
У
). Здесь
α
ХХ
, α
ном
– значения углов управления, при которых при номинальном сетевом напряжении установившееся значения токов сетевой обмотки составляют I
XX
и
I
ном
; k – коэффициент статизма, устанавливаемый оператором в пределах
(0,01÷0,05) U
У
с дискретностью 0,01 (1%). При значении ΔU, превышающем
kU
У
, САУ будет работать в режиме ограничения тока сетевой обмотки реактора на номинальном уровне.
2.3.2 Режим форсированного набора мощности
Данный канал предназначен для форсированного набора мощности то есть для ускоренного набора мощности реактором. Форсировка осуществляется в приложении на короткое время к обмотке управления напряжения в несколько раз выше номинального.
Режим форсировки в системе автоматического управления производится при сочетании условий:
1. сигнал рассогласования превышает величину статизма ΔU > kU
У
;
2. значение тока сетевой обмотки УШР меньше 70% от номинального уровня.
В сочетании данных условий САУ задействует динамический преобразователь с углами управления тиристорами, соответствующими
30 максимальному быстродействию. Такой режим будет продолжаться до тех пор, пока ток сетевой обмотки не достигнет номинального значения либо напряжение на шинах не вернется в пределы регулировочного диапазона
0<ΔU < kU
У
2.3.3 Режим форсированного сброса мощности
В основе режима форсированного сброса мощности лежит принцип набора мощности, только при этом напряжение прикладываемое к обмотке управления будет обратной полярности. В магнитных стрежнях реактора создастся магнитный поток, которые будет направлен в противоположную сторону относительно постоянного магнитного потока предшествующего режима.
Режим сброса мощности в САУ включается при следующих условиях:
1. Сигнал рассогласования соответствует режиму когда напряжение сети ниже напряжения уставки то есть ΔU <0.
2. Значение тока сетевой обмотки УШР больше 30% от номинального.
На основе этих условий система автоматического управления УШР задействует динамический преобразователь в инверторном режиме.
Расфорсировка продолжается до тех пор, пока УШР не перейдет в режим холостого хода либо напряжение не восстановит нормальный регулировочный диапазон 0<ΔU < kU
У
2.3.4 Режим автоматической стабилизации тока сетевой обмотки
Данный режим необходим для поддержания потребляемой реактором мощности на заданном уровне.
Изменение потребляемой реактором мощности осуществляется за счет изменения значения напряжения подводимого к сетевой обмотки, в результате которого меняются амплитуда переменного магнитного потока и интервал времени в течении которого стержни находятся в состоянии насыщения.
Поддержание тока в обмотке управления на заданном уровне уставки, производится за счет использования трех значений углов регулирования