facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

УСТРОЙСТВА  ДЛЯ РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ  УСТРОЙСТВА  ДЛЯ РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Наталья Мазалева, заведующий кафедрой, кандидат технических наук, доцент

Геннадий Кувшинов, профессор, доктор технических наук, профессор

Дальневосточный федеральный университет, Россия

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Россия";

Открытое Европейско-Азиатское первенство по научной аналитике;

Описывается устройство для равномерного распределения реактивной мощности между син­хронными генераторами. Показано, что благодаря применению в этом устройстве дифферен­цирующих измерительных преобразователей тока и трансформаторов параллельной работы обеспечивается высокая точность как поддержания заданного напряжения на общих шинах, так и распределения реактивных токов между генераторами.

Ключевые слова:синхронные генераторы, реактивная мощность, равномерное распределение, дифференцирующий преобразователь, результаты эксперимента.

This article deals with a device used to uniformly distribute reactive power between synchro­nous generators. It has been demonstrated that the differentiating measuring current transduc­ers and parallel operation transformers used in the device provide high precision required to main­tain the preset voltage level in the common buses and distribute reactive currents between the gener­ators.

Keywords:synchronous generators, reactive power, uniform distribution, differentiating transduc­er, experimental results.

 

В измерительных дифференцирующих индукционных преобразователях тока (ДИПТ), как и в трансформаторах тока (ТТ), используется трансформаторный эффект. ЭДС, которая пропорциональна производной измеряемого тока, наводится в катушке ДИПТ или вторичной обмотке ТТ. В коэффициент пропорциональности в качестве сомножителя входит взаимная индуктивность между катушкой (вторичной обмоткой) и проводником, по которому проходит измеряемый ток.

ТТ работают в режиме, близком к короткому замыканию, когда напряжение вторичной обмотки во много раз меньше указанной ЭДС. Индуктивное сопротивление этой обмотки в десятки-сотни раз больше суммарного активного сопротивления обмотки и нагрузки ТТ. Поэтому в установившихся режимах, при измерении токов, не имеющих апериодической составляющей, ток вторичной обмотки практически пропорционален интегралу от ЭДС, и, другими словами, он практически пропорционален измеряемому току. Номинальный ток вторичной обмотки составляет 1-5 А, а номинальная мощность нагрузки ТТ не превосходит нескольких десятков ватт. Однако из-за указанного значительного превышения ЭДС над выходным напряжением ТТ его масса очень велика. При напряжении 700 кВ масса ТТ приближается или превосходит одну тонну. Огромная масса ТТ является основным, но не единственным их недостатком. Другой недостаток – это пониженная точность измерения. Проявление этого недостатка возрастает с увеличением периодической составляющей и, в особенности, апериодической составляющей измеряемого тока из-за насыщения ферромагнитного сердечника ТТ. В результате эти погрешности приводили к неверной работе устройств токовой защиты, особенно дифференциальной защиты.

Для снижения проявления этих недостатков стали использовать ТТ с разомкнутым магнитным сердечником (магнитные ТТ) или с сердечником, имеющим воздушные зазоры (трансреакторы). Эти устройства являются разновидностями ДИПТ. Они работают в режиме, близком к идеальному холостому ходу. При этом ток катушки мал, он не превосходит нескольких десятков миллиампер, а выходное напряжение практически равно ЭДС, наводимой в катушке измеряемым током. Благодаря этим особенностям, масса ДИПТ в сотни и тысячи раз меньше, чем у ТТ с теми же номинальными значениями измеряемого тока и выходного напряжения. Ошибки измерения, связанные с насыщением магнитного сердечника снижены из-за наличия воздушных зазоров. Наилучшие метрологические свойства присущи ДИПТ, у которых магнитный сердечник вообще отсутствует. Они известны также под названием «катушки Роговского».

Широкому применению ДИПТ в релейной защите и автоматике мешало то, что их выходное напряжение пропорционально не самим измеряемым токам, а их производным. ДИПТ, в общем случае, нельзя вводить в какое-либо устройство, вместо ТТ. Поэтому их пытались дополнить интеграторами, включавшимися между выходом ДИПТ и входными зажимами преобразовательной или исполнительной частей устройств защиты. Такие разработки проводились вяло, и вплоть до начала 21 века не привели к заметному распространению ДИПТ.

В середине 90-х годов 20 века стало быстро развиваться применение катушек Роговского для измерения переменных токов. Фирмы LEM, PEM, Siemens, ABBи другие стали широко использовать эти катушки в сочетании с интегрирующими фильтрами первого порядка. Теперь такие устройства повсеместно и в возрастающем масштабе вытесняют ТТ из области измерений переменных токов.

Устройство для равномерного распределения реактивной мощности (УРРМ) содержит дифференцирующие индукционные измерительные преобразователи тока (ДИПТ) и может быть использовано для равномерного распределения реактивной мощности между включен­ными на параллельную работу источниками напряжения, например синхронными генерато­рами (СГ), снабженными регуляторами напряжения этих источников. Распределение реактив­ной мощности осуществляется путем регулирования ЭДС всех одновременно работающих СГ в функции отклонения относительного, по отношению к номинальным токам, значения их ре­активных токов от среднего относительного, по отношению к сумме номинальных токов, зна­чения суммы реактивных токов этих СГ.

Известные УРРМ [1, 2] обладают рядом недостатков, которые в новом устройстве уст­ранены. Рассмотрим схему УРРМ (см. рисунок) и результаты его экспериментального иссле­дования [3]. УРРМ состоит из трансформаторов 1 параллельной работы и групп катушек (в группу входят катушки, относящиеся к одной фазе устройства), первых 2 и вторых 3 ДИПТ. Катушки 2 и 3 ДИПТ индуктивно связаны с токопроводами 4 тока нагрузки СГ 5, снабженных регуля­торами 6 напряжения. Начала 7 катушек 2 первых ДИПТ подключены к началам 8 первичных обмоток 9 трансформаторов 1. Для каждого комплекта катушек 2 и 3 ДИПТ, относящихся к одному СГ, концы 10 катушек 2 ДИПТ соединены с общим нулевым зажимом 11 этого ком­плекта. В каждый комплект входят по столько катушек 2 первых и 3 вторых ДИПТ, сколько имеется входных зажимов 12 у каждого регулятора 6. Для каждого блока трансформаторов 1, относящихся к одному СГ, концы 13 первичных обмоток 9 трансформаторов 1 подключены к общему нулевому зажиму 14 такого блока, в каждый из которых входят столько трансформа­торов 1, сколько имеется входных зажимов 12 у каждого регулятора 6. К выводам 8 и 13 пер­вичных обмоток 9 трансформаторов 1 присоединены также выводы выключателя 15. К вы­ходным зажимам 16 источников 5 подключены концы 17 катушек 3 вторых ДИПТ, начала 18 которых соединены с началами 19 вторичных обмоток 20 трансформаторов 1. Концы 21 об­моток 20 подключены к входным зажимам 12 регуляторов 6 напряжения. Токопроводы 4 СГ через выключатели 22 соединены с общими шинами 23, от которых получает питание общая нагрузка 24. Выключатели 22 СГ снабжены блок-контактами 25, через которые начала 7 ка­тушек 2 первых ДИПТ подключены к уравнительным соединениям 26. Количество уравни­тельных соединений 26 и число блок-контактов 25, приходящихся на один СГ, равно числу входных зажимов 12 каждого регулятора 6 напряжения.

Все трансформаторы 1 имеют одинаковое число витков у первичных и вторичных об­моток. Взаимные индуктивности всех катушек 2 и 3 ДИПТ с токопроводами 4 тока нагрузки имеют значения, обратно пропорциональные номинальным токам источников напряжения, к которым подключены эти токопроводы.

Благодаря перечисленным особенностям схемы УРРМ исключаются операции по пере­воду ведущего СГ в ведомый и, наоборот, ведомого СГ в ведущий, а операции по подключе­нию СГ к общим шинам производятся без каких-либо переключений в цепях обратной связи по напряжению СГ. Внешняя характеристика СГ, когда он не подключен к общим шинам, может быть как астатической, так и имеющей статизм по реактивному току. Такой статизм имеет место при замыкании выключателей 15. При этом обеспечивается возможность безава­рийной параллельной работы с СГ, которые не охвачены УРРМ.

Проводились экспериментальные исследования рассматриваемой УРРМ.  Все ДИПТ и согласующие трансформаторы были выполнены на основе сетевых трансформа­торов ТП-220 производства ПКФ «Электрон-комплекс», которые имеют одинаковые секции обмоток по 1150 витков и одинаковые сердечники стержневого типа ПЛ12,5х25х32. Активное сопротивление одной секции при комнатной температуре равно 720 Ом.

Сердечник ДИПТ выполнен разборным и стягивается специальными шпильками с ба­рашковыми гайками для удобства введения гибкого провода в окно сердечника и подгонки взаимной индуктивности под требуемое значение. Для каждой фазы СГ провод сечением 25 мм2 вкладывается в окна сердечников двух ДИПТ, относящихся к этой фазе СГ. Затем окна сверху закрываются верхними половинами сердечников, которые прижимаются к нижним по­ловинам барашками. Между половинами сердечников помещены прокладки из бумаги. Коли­чество прокладок определяет выбранное значение взаимной индуктивности, точная настройка которой производится с помощью барашков.

Секции обмоток ДИПТ были включены параллельно, а секции первичной и вторичной обмоток трансформаторов - последовательно. Взаимная индуктивность катушек и первичных проводов с первичным током для всех ДИПТ была принята одинаковой и настроена так, что измеряемому току 50 А соответствовала ЭДС ДИПТ 5 В. Суммарный воздушный зазор сер­дечника ДИПТ составил около 0,75 мм, а индуктивность катушек оказалась равной 0,35 Гн. Таким образом, активное сопротивление обмотки ДИПТ равно 360 Ом, индуктивное - 110 Ом, а полное - 376 Ом. Указанные значения внутреннего сопротивления катушки пренебре­жимо малы по сравнению с сопротивлением намагничивающего контура трансформатора 1, которое превосходит 100 кОм. Поэтому ЭДС ДИПТ, подведенная к первичной обмотке 9 трансформатора 1, трансформируется во вторичную обмотку 20 практически без изменения значения и фазы этой ЭДС, что и доказывает необходимость одинаковой настройки взаимной индуктивности катушек ДИПТ 2 и 3.

Эксперимент проводился с двумя СГ, снабженными управляемыми системами прямого амплитудно-фазового компаундирования. Входные зажимы 12 корректоров напряжения, осу­ществляющих регулирование по отклонению напряжения СГ от заданного значения, в качест­ве которого было принято номинальное напряжение СГ - 230 В, подключались к фазам A и C каждого СГ через катушки 3 ДИПТ и вторичные обмотки 20 трансформаторов 1, как показано на рисунке. Сначала выполнялись испытания каждого СГ при их одиночной работе. Нагрузка создавалась с помощью заторможенного асинхронного двигателя с фазным ротором, у кото­рого обмотки статора включены через кольца последовательно с обмотками ротора. Измене­ние сопротивления двигателя производится поворотом ротора. Ток двигателя близок к индук­тивному, коэффициент мощности изменяется в небольших пределах. Среднее значение коэф­фициента мощности равно 0,2.

Напряжения холостого хода СГ равнялись 230 В. Изменение этого напряжения при пе­реходе от разомкнутого положения выключателей 15 к замкнутому и обратно не выходило за пределы погрешности вольтметра класса 0,5. При разомкнутом положении этих выключате­лей внешняя характеристика СГ была астатической, а при замкнутом - линейной, со сниже­нием напряжения СГ при токе 50 А с 230 до 222 В.

Была проверена и параллельная работа СГ. После синхронизации СГ и выравнивания активных нагрузок отличие реактивных токов СГ не превосходило 5 А, что соответствует требованиям к автоматическому распределению реактивных токов.

 

 

Литература:

  1. Пат. 2239224 Российская Федерация. Устройство токовой стабилизации источника напря­жения; заявл. 16.04.2003; опуб. 27.10.2004, Бюл. № 30.
  2. Пат. 2359310 Российская Федерация. Устройство для равномерного распределения реак­тивной мощности; заявл. 09.01.2008; опуб. 20.06.2009, Бюл. № 17.
  3. Пат. 2402134 Российская Федерация. Устройство для равномерного распределения реак­тивной мощности; заявл. 14.10.2009; опуб. 20.10.2010, Бюл. Бюл. № 29.
0
Ваша оценка: Нет Средняя: 8 (7 голосов)
Комментарии: 9

Данильчук Андрей Анетольевич

вопрос.... а как эти системы (сг+уррм+дипт+тт)будут работать если нейтрали или рабочий ноль подсоединять на землю на северном полюсе или на южном полюсе (географическом)....заранее спасибо за ответ...

Лежнюк Петр Демьянович

Проф. Лежнюк П.Д. Работа интересная, но жаль. что нет данных о практическом использовании, о результатах внедрения и технико-экономическом эффекте.

Крюков Александр

Дэн, проф Крюков Оценка - шесть звездочек Статья имеер практическое значение и предлагается новая кострукция для равномерности распределенния реактивной мощности в измерителях. Не рассмотрены модели предлагаемых выравнивателей для обеспечения сравнимости новых конструкций

Выходец Александр Михайлович

Новая и серьезная разработка навправленная на повышение качества получаемой электроэнергии. Некоторые утверждения несколько спорны. Например, авторы считают что ТТ работают в режиме, близком к короткому замыканию, когда напряжение вторичной обмотки во много раз меньше указанной ЭДС. В определенной мере это противоречит ш9ирокой практике эксплуатации. Интенрес вызывает прриведенная схема.

Трещалин Михаил Юрьевич

Статья более напоминает формулу изобретения. Описывается конкретный результат, хотя, на мой взгляд, интересен научных подход: как авторы пришли к предлагаемому решению.

Горбийчук Михаил Иванович

Авторы в своей работе рассматривают устройство для измерения токов в электрических цепях и описывают необходимое усовершенствования, которые в конечном итоге должны привести к снижению погрешностей измерений. К сожалению авторы не провели метрологического анализа такого устройства. Д-р техн. наук, проф. М. И. Горбийчук

рахимбеков сармантай мадиевич

В рамках проблемы улучшения качества получаемой электроэнергии весьма важны инновационные решения, одним из которых , на наш взгляд, является материалы данной статьи. С.М.Рахимбеков

Zyabkina Olga

Данная работа конечно вызывает уважение и безусловное понимание на сколько полезно данное устройство для улучшения качества получаемой электроэнергии. Спасибо авторам за их работу.

Nesterov Alexey

Данное устройство особенно полезно в режимах максимальных нагрузок генераторов по активной мощности (например, при дифиците активной мощности в энергосистеме), поскольку неравномерная загрузка по реактивной мощности может вызвать перегрузку по току одного из генераторов.
Комментарии: 9

Данильчук Андрей Анетольевич

вопрос.... а как эти системы (сг+уррм+дипт+тт)будут работать если нейтрали или рабочий ноль подсоединять на землю на северном полюсе или на южном полюсе (географическом)....заранее спасибо за ответ...

Лежнюк Петр Демьянович

Проф. Лежнюк П.Д. Работа интересная, но жаль. что нет данных о практическом использовании, о результатах внедрения и технико-экономическом эффекте.

Крюков Александр

Дэн, проф Крюков Оценка - шесть звездочек Статья имеер практическое значение и предлагается новая кострукция для равномерности распределенния реактивной мощности в измерителях. Не рассмотрены модели предлагаемых выравнивателей для обеспечения сравнимости новых конструкций

Выходец Александр Михайлович

Новая и серьезная разработка навправленная на повышение качества получаемой электроэнергии. Некоторые утверждения несколько спорны. Например, авторы считают что ТТ работают в режиме, близком к короткому замыканию, когда напряжение вторичной обмотки во много раз меньше указанной ЭДС. В определенной мере это противоречит ш9ирокой практике эксплуатации. Интенрес вызывает прриведенная схема.

Трещалин Михаил Юрьевич

Статья более напоминает формулу изобретения. Описывается конкретный результат, хотя, на мой взгляд, интересен научных подход: как авторы пришли к предлагаемому решению.

Горбийчук Михаил Иванович

Авторы в своей работе рассматривают устройство для измерения токов в электрических цепях и описывают необходимое усовершенствования, которые в конечном итоге должны привести к снижению погрешностей измерений. К сожалению авторы не провели метрологического анализа такого устройства. Д-р техн. наук, проф. М. И. Горбийчук

рахимбеков сармантай мадиевич

В рамках проблемы улучшения качества получаемой электроэнергии весьма важны инновационные решения, одним из которых , на наш взгляд, является материалы данной статьи. С.М.Рахимбеков

Zyabkina Olga

Данная работа конечно вызывает уважение и безусловное понимание на сколько полезно данное устройство для улучшения качества получаемой электроэнергии. Спасибо авторам за их работу.

Nesterov Alexey

Данное устройство особенно полезно в режимах максимальных нагрузок генераторов по активной мощности (например, при дифиците активной мощности в энергосистеме), поскольку неравномерная загрузка по реактивной мощности может вызвать перегрузку по току одного из генераторов.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.