Результаты внедрения управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов в сетях 110-500 кВ

7 Pages·0.305 MB·Russian

by  Брянцев М.А., Базылев Б.И. и др.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ
РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ
ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ШУНТИРУЮЩИХ
РЕАКТОРОВ В СЕТЯХ 110-500 кВ
Брянцев М.А., Базылев Б.И.,канд. техн. наук,
Лурье А.И., канд. техн. наук, чл.-кор. АЭН,
Спиридонов Д.Ю., ОАО«ЭЛУР», Москва
Управляемый шунтирующий реактор (УШР) — это пе- практически отсутствуют, и ток имеет чисто синусои-
ременное индуктивное сопротивление, плавно регу- дальную форму. Обычно УШР проектируется таким об-
лируемое подмагничиванием ферромагнитных элемен- разом, чтобы его номинальный режим (100%) был бли-
тов магнитной цепи. В течение многих десятилетий про- зок к такому режиму. В другом характерном режиме при
шедшего века в нашей стране и за рубежом проводились большом токе подмагничивания (и, естественно, при
многочисленные теоретические и экспериментальные увеличенных потерях) реактор снова становится линей-
исследования по созданию управляемых подмагничива- ной индуктивностью, в токе высшие гармоники почти от-
нием реакторов различных типов (Либкинд М.С., Бам- сутствуют. Этот режим используется как режим макси-
дас А.М., Беккер Х., Крамер В., Фридлендер Е.Д. и др.), мальной мощности УШР (130-140%). Возможен и ре-
однако распространения такие реакторы не получили жим работы УШР при замкнутых накоротко обмотках уп-
(сложность конструкции, большие масса, габариты и по- равления с мощностью, примерно вдвое большей его
тери). В последние два десятилетия положение резко из- номинальной мощности (200%), при этом УШР стано-
менилось, УШР начали интенсивно внедряться в элект- вится неуправляемым реактором. Время использования
рических системах. Это связано как с увеличением по- УШР при мощности, большей номинальной, естествен-
требности в простых в изготовлении и эксплуатации на- но, ограничено его нагревом сверх допустимой темпе-
дежных регулируемых потребителях реактивной мощно- ратуры.
сти, так и с развитием теории процессов в УШР, предло- В последние годы в направлении производства и
жением новых конструкций и устройств управления [Л]. ввода в эксплуатацию УШР серии РТУ для сетей 110,
Магнитная система одной фазы типичного УШР со- 220, 330 и 500кВ достигнуты следующие результаты.
держит два стержня с обмотками, вертикальные и гори- • Изготовлен шунтирующий реактор, управляемый
зонтальные ярма. На каждом стержне размещены об- подмагничиванием, типа РТУ-25000/110 для подстан-
мотки управления, соединенные встречно, и сетевые об- ции «Кудымкар» Пермэнерго. Введен в эксплуатацию в
мотки, соединенные согласно. Возможен вариант конст- сентябре 1999 г.
рукции, когда сетевая обмотка одна и охватывает оба •Изготовлен УШР типа РТУ-25000/110 для подстан-
стержня. При подключении к обмоткам управления регу- ции «Игольская» Васюганского региона ОАО «Томск-
лируемого источника постоянного напряжения, напри- нефть» ЗАО «ЮКОС-ЭП». Введен в эксплуатацию в июле
мер, выпрямителя, ток в обмотках управления приводит 2004 г.
к возникновению и нарастанию потока подмагничива- • Изготовлен УШР типа РТУ-25000/110 для под-
ния, который в соседних стержнях направлен в разные станции «Двуреченская» Васюганского региона ОАО
стороны. Так как на поток подмагничивания накладыва- «Томскнефть» ЗАО «ЮКОС-ЭП». Введен в эксплуата-
ется переменный поток сетевой обмотки, результирую- цию в сентябре 2004 г.
щий поток смещается в область насыщения стали, то • Изготовлен УШР типа РТУ-25000/110 для под-
есть стержни оказываются насыщенными некоторую станции «Катыльгинская» Васюганского региона ОАО
часть периода. В свою очередь, насыщение стержней «Томскнефть» ЗАО «ЮКОС-ЭП». Введен в эксплуата-
приводит к возникновению и возрастанию тока в сете- цию в ноябре 2004 г.
вой обмотке. Так как стержни насыщены часть полупери- • Изготовлен УШР типа РТУ-63000/110. Введен в
ода синусоиды, ток реактора оказывается искаженным, эксплуатацию в IV квартале 2005 г. на подстанции «Со-
в нем присутствуют высшие гармоники. Существует ха- ветск» МЭС Северо-Запада.
рактерный (особенный) промежуточный режим, при ко- • Изготовлен УШР типа РТУ-100000/220 для под-
тором поток подмагничивания становится равным амп- станции «Чита» МЭС Сибири. Введен в эксплуатацию в
литуде переменного магнитного потока. Этот режим ха- апреле 2002 г.
рактеризуется тем, что время насыщенного состояния •Изготовлен УШР типа РТУ-100000/220 для ВЛ 500 кВ
стержней одинаково и равно половине периода синусо- «Бурейская ГЭС». Введен в эксплуатацию в IV квартале
иды. В этом режиме в токе реактора высшие гармоники 2005 г. на подстанции «Хабаровская» МЭС Востока.
25
3/2006
Обобщенная электрическая схема УШР показана на
• Изготовлен УШР типа РТУ-180000/330 для под- рис. 3. На рис. 4 приведены регулировочная характери-
станции «Барановичи» Брестэнерго (Беларусь). Введен стика реактора РТУ-100000/220 и графики изменения
в эксплуатацию в июле 2003 г. тока искажения, полученные при сетевых испытаниях на
•Изготовлены три фазы УШР типа РОДУ-60000/500 подстанции «Чита» МЭС Сибири. На рис.5 показан су-
трехфазной группы реактора РТУ-180000/500. Три фазы точный график нагрузки этого же реактора (1 — напря-
успешно прошли заводские испытания. Введен в экс- жение в сети, 2 — ток, 3 — мощность реактора).
плуатацию в IV квартале 2005г. на подстанции «Тавриче-
ская» МЭС Сибири.
Фотографии двух УШР показаны на рис. 1-2.
Рис. 1. Шунтирующий реактор, управляемый под-
магничиванием, типа РТУ-180000/500 на
подстанции «Таврическая» МЭС Сибири
Рис. 3. Обобщенная электрическая схема
соединений управляемых реакторов серии РТУ
В состав оборудования управляемых реакторов се-
рии РТУ (рис. 3) входит электромагнитная часть реакто-
ра; управляемый полупроводниковый преобразователь
в блоке с питающим преобразовательным трансформа-
тором; система управления, регулирования, защит и ав-
томатики; другие устройства для обеспечения всех тре-
буемых режимов, измерений параметров режима, обес-
печения релейной защиты и др.
Основным силовым элементом управляемого реакто-
ра является его электромагнитная часть 1, которая пред-
ставляет собой трехфазное электромагнитное устройст-
во трансформаторного типа (имеющее конструкцию и
технологию изготовления, аналогичную обычным транс-
форматорам), размещенное в маслонаполненном баке.
Электромагнитная часть реактора предназначена для по-
требления из электрической сети реактивной мощности.
В зависимости от степени насыщения магнитной цепи
электромагнитной части величина потребляемой мощно-
сти может изменяться в широких пределах.
Рис. 2. Шунтирующий реактор, управляемый под- Управляемый выпрямитель с питающим трансфор-
магничиванием, типа РТУ-180000/330 на матором 2 предназначен для регулирования величины
подстанции «Барановичи» Брестэнерго постоянного тока в обмотке управления электромагнит-
ной части, что осуществляется изменением значения
26
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
выпрямленного напряжения преобразователя. Все уст- 0,3-0,5 с набора мощности (от режима холостого хода до
ройство выполнено или в виде единого изделия, распо- номинального);
ложенного в одном (или двух) маслонаполненных баках, – безынерционный, не более чем за 0,02 с, переход
или размещено в одном баке с электромагнитной ча- из любого текущего значения мощности в номинальный
стью, или часть устройства размещена в навесных баках режим или режим холостого хода;
на баке электромагнитной части. Исполнение, так же, – корректировку формы потребляемого тока с
как и исполнение электромагнитной части, — наружное уменьшением тока искажения до 2% от номинального
для климатических условий У1, УХЛ. значения основной гармоники;
Система управления 3 предназначена для выработки – сохранение работоспособности в несимметричном
командных сигналов преобразователю, от которых зави- и неполнофазном режимах;
сит величина выпрямленного напряжения, а значит в ко- – отбор мощности на стороне низкого напряжения;
нечном итоге и значение потребляемой мощности. Сис- – гашение дуги в паузе ОАПВ.
тема управления, регулирования, защит и автоматики — Основные функциональные возможности реакторов
электронное устройство, выполненное в виде монобло- серии РТУ заключаются в следующем:
ка. Исполнение — для внутренней установки в отаплива- – компенсация избыточной зарядной мощности ли-
емом помещении. ний электропередачи осуществляется реактором в авто-
Применение УШР особенно целесообразно в элект- матизированном режиме путем задания оператором в
рической сети с переменным графиком нагрузки взамен системе управления требуемой уставки по индуктивно-
нерегулируемых или ступенчато регулируемых реакто- сти электромагнитной части реактора. В этом случае не-
ров. Совместно с батареями конденсаторов управляе- зависимо от величины напряжения на реакторе транс-
мые реакторы выполняют функцию вращающихся син- форматор со встроенным преобразователем будет вы-
хронных компенсаторов или статических тиристорных давать ток управления, обеспечивающий требуемое
компенсаторов (СТК), а широкомасштабное примене- значение индуктивности;
ние управляемых реакторов — эффективный и эконо- – стабилизация напряжения на шинах подстанции
мичный путь оптимизации режимов электрической сети, или линии осуществляется в автоматическом режиме
повышения качества электроэнергии, улучшения усло- путем плавного изменения потребляемой мощности
вий эксплуатации и продление срока службы электро- электромагнитной частью реактора в соответствии с
оборудования. Применение управляемых реакторов сигналом рассогласования, вырабатываемого систе-
наиболее перспективно как средство поперечной ком- мой управления. При увеличении напряжения сети на
пенсации в протяженных линиях высокого и сверхвысо- 0,5-5% от заданного значения уставки потребляемая
кого напряжения. Их использование позволяет: мощность реактора плавно меняется от холостого хода
– автоматизировать процесс стабилизации напряже- до номинальной мощности;
ния или одного из заданных параметров режима с одно- – управление режимом работы реактора произво-
временной разгрузкой коммутационного оборудования дится с помощью системы управления. Управляющее
в схемах регулирования напряжения; воздействие системы управления в нормальных сим-
– повысить до 30% пропускную способность линий метричных режимах заключается в минимизации сигна-
электропередач по допустимому уровню напряжений; ла рассогласования между заданным параметром регу-
– снизить потери мощности в электрических сетях и лирования (напряжение или реактивная мощность) и его
повысить надежность их эксплуатации, в том числе и за фактическим значением. Кроме основной функции, сис-
счет резкого снижения числа срабатывания устройств тема управления обеспечивает перевод реактора из ре-
РПН трансформаторов; жима автоматического управления в режим ручного уп-
– повысить предел передаваемой мощности по усло- равления и обратно; индикацию параметров режима, за-
вию статической и динамической устойчивости системы. данных уставок регулирования и состояния схемы; сиг-
В каждом из управляемых реакторов серии РТУ регу- нализацию о перегрузках и повреждениях; контроль пе-
лируется автоматически или с помощью оператора зна- регрузки по току с последующим автоматическим огра-
чение потребляемой мощности в диапазоне от 0,01 до ничением мощности реактора; защиту от внутренних по-
1,2-1,3 номинальной с неограниченным ресурсом воз- вреждений в преобразователе и от коротких замыканий
можных изменений. Без форсировки время переходного в цепях обмотки управления; реализацию управляющих
процесса от одного установившегося стационарного ре- воздействий от внешних устройств защиты и автомати-
жима к другому не превышает 3-5 с. Без специальных ки, предназначенных для защиты от коротких замыка-
мер действующее значение тока искажения, потребляе- ний, перегрузки и перенапряжений.
мого из сети, во всем диапазоне регулирования не пре- Наглядным примером эффективности применения
вышает 3-5% от номинального тока основной гармони- управляемых реакторов серии РТУ являются результаты
ки (при 100% мощности ток искажения близок к нулю). эксплуатации УШР РТУ-25000/110 на подстанции
По специальному требованию заказчика управляе- «Кудымкар». За счет установки реактора колебания на-
мые реакторы серии РТУ при незначительном измене- пряжения в точке подключения ограничены величиной
нии экономических показателей приобретают дополни- ±1,5% относительно напряжения уставки при одновре-
тельные технические возможности: менном сокращении числа коммутаций батареи кон-
– гарантированную скорость плавного изменения денсаторов (БСК) и РПН трансформаторов примерно в
мощности (увеличения и уменьшения) в форсированном 100 раз; в часы максимума графика нагрузки потери
режиме, соответствующую нормированному времени энергии в прилегающей сети снижены на 2,0 МВт, что
27
3/2006
обеспечивает окупаемость реактора менее, чем за три
года; обеспечено бесперебойное электроснабжение по-
требителей Коми-Пермяцкого автономного округа, что
позволило отложить строительство линии 220 кВ на се-
вер Пермской области на 10-15 лет.
Анализ суточного графика нагрузки реактора РТУ-
25000/110 показал, что его среднесуточная мощность
составляет около 70% его номинальной мощности. Ве-
личина среднесуточного квадрата тока, определяющая
среднесуточные нагрузочные потери (потери в обмотках
и добавочные потери) составляют при этом около 50%
по отношению к этим потерям в номинальном режиме. В
сумме с потерями в стали (потерями х.х.) среднесуточ-
ные потери оказываются порядка 56% — 112,5 кВт, а не
200 кВт, как в номинальном режиме.
Эффективной оказалась и эксплуатация трех реакто-
ров РТУ-25000/110 на подстанциях Сибири «Двуречен-
ская», «Катыльгинская», «Игольская» нефтедобывающих Рис. 4. Регулировочная характеристика реактора
предприятий «Юкоса». Автоматическая стабилизация на- РТУ-100000/220 и графики изменения тока
пряжения с самого начала эксплуатации реакторов при- искажения
вела, в частности, к резкому снижению случаев отключе-
ния импортного оборудования из-за колебаний напряже-
ния в сети, к существенному снижению потерь добычи
нефти. В частности, после ввода на подстанциях «Иголь-
ская» и «Двуреченская» батарей статических конденсато-
ров (БСК) и УШР пропускная способность ЛЭП-110 вы-
росла на 30-50%, уровни напряжения достигли 105-
110% номинального и обеспечили регулировку в широ-
ком диапазоне в зависимости от режимов. Полученная
возможность оптимизации потоков реактивной мощно-
сти позволила довести передаваемую мощность до пре-
дельно допустимой по сечению проводов, обеспечить на
100% взаимное резервирование нагрузок примыкающих
электропередач, на 35% снизить потери активной мощ- Рис. 5. Суточный график нагрузки
ности в проводах ЛЭП-110, в десятки раз сократить чис- реактора РТУ-100000/220
ло коммутаций БСК и РПН трансформаторов, обеспечить 1 — напряжение в сети 220 кВ
плавную автоматическую стабилизацию заданных уров- 2 — ток фазы реактора
ней напряжения в установившихся режимах. В результа- 3 — мощность реактора
те ввода реакторов РТУ-25000/110-У1 и батарей статиче-
ских конденсаторов обеспечено надежное бесперебой- 755 кВт. Потери в реакторе РТУ-100000/220 при мини-
ное электроснабжение потребителей Васюганского ре- мальной мощности (в режиме холостого хода)
гиона ОАО «Томскнефть» ЗАО «ЮКОС-ЭП». 87,7кВт, при номинальной нагрузке 558 кВт.
Основное назначение реактора РТУ-100000/220-У1, Установлено, что среднесуточная мощность реакто-
эксплуатируемого на подстанции «Чита» МЭС Сибири, ра составляет около 60% его номинальной мощности.
— регулирование реактивной мощности и стабилизация Величина среднесуточного квадрата тока, определяю-
напряжения (рис. 4-5). Данные получены при сетевых щая среднесуточные нагрузочные потери (потери в об-
испытаниях на этой подстанции. мотках и добавочные потери) составляют при этом око-
Стоимость реактора РТУ-100000/220 оказалась ло 188 кВт — около 40% по отношению к этим потерям
существенно меньше (на 30%), чем стоимость авто- 470 кВт в номинальном режиме. В сумме с потерями в
трансформатора с неуправляемым реактором, что и стали 87,5 кВт (потерями х.х.) эксплуатационные (реаль-
предопределило решение о его установке на подстан- ные) среднесуточные потери составляют около 275 кВт
ции «Чита». Кроме стоимостных показателей, допол- — порядка 56% по отношению к потерям при номиналь-
нительным весьма важным преимуществом при ис- ной мощности 558 кВт, они почти в 3раза меньше потерь
пользовании реактора РТУ-100000/220 с автоматиче- в автотрансформаторе и неуправляемых реакторах.
ским плавным регулированием мощности вместо ав- Следует остановиться на некоторых особенностях
тотрансформатора с неуправляемым реактором и применения реактора РТУ-100000/220 на подстанции
многократно коммутируемым выключателем является «Чита». Основное назначение реактора — регулирова-
экономия потерь. Нагрузочные потери (потери к.з.) ние реактивной мощности и стабилизация напряжения.
автотрансформатора составляют 315 кВт, его потери До его установки в системе Читаэнерго из средств регу-
холостого хода 65 кВт, потери в трех однофазных не- лирования реактивной мощности было два неуправляе-
управляемых реакторах 3 х 125 кВт — 375 кВт, в сумме мых шунтирующих реактора мощностью по 100 МВА,
28
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
установленных на шинах ТЭЦ-1 и Харанорской ГРЭС. малое быстродействие. В действительности, это дале-
При этом, реактор на шинах ТЭЦ-1 в летний период ком- ко не так.
мутируется выключателем не менее двух раз в сутки. Ис- При снятии регулировочной характеристики на каж-
пользование управляемого реактора, позволяющего не- дой ступени мощности регистрировался гармонический
ограниченное количество раз изменять свою мощность состав тока реактора. В соответствии с теорией, в номи-
в пределах регулировочного диапазона, позволяет из- нальном режиме и в режиме холостого хода искажения
бежать указанных коммутаций, соответствующих резких тока реактора минимальны, менее 1% номинального то-
изменений напряжения 220 кВ и ежегодных двухразовых ка (они находятся на уровне максимальной чувствитель-
ремонтов (ревизий) выключателя присоединения. Реак- ности регистрирующей аппаратуры), а максимальные
тор РТУ-100000/220 в системе оказался необходим так- искажения возникают при 70-80% мощности реактора.
же из-за того, что вводимая на подстанции «Чита-500» Подключение конденсаторной батареи (УКФ) к компен-
новая воздушная линия ВЛ-220 в габаритах 500 кВ не сационной обмотке существенно (примерно вдвое) сни-
может опробоваться (включаться на холостой ход или в жает искажения тока реактора, при ее включении макси-
режимах АПВ) без установки указанного реактора на мум тока искажения становится равным около 2,5% при
подстанции. 70-80% мощности реактора, а при другой мощности ис-
При выборе места установки управляемого реактора кажения существенно меньше. Как видно, нелинейные
РТУ-180000/330 на подстанции «Барановичи» Брест- искажения УШР достаточно малы.
энерго в Белорусской энергосистеме было проделано Важно подчеркнуть, что для эксплуатации имеет зна-
специальное исследование [Л]. Для комплексной оцен- чение процентное искажение напряжения сети в точке
ки технико-экономической эффективности проведено подсоединения реактора, а вовсе не величина тока иска-
большое число расчетов, при этом критерием выбора жения реактора (часто эти совершенно различные вели-
было снижение напряжения сети для наиболее тяжелого чины ошибочно автоматически отождествляются). Про-
режима, в котором уровни напряжения в точках сети дос- центы искажения напряжения определяются далеко не
тигают наибольших возможных значений, и снижение по- УШР, в существенно большей степени они зависят от ха-
терь мощности в сетях. Установка управляемого реакто- рактера потребителей сети, от соотношения сопротив-
ра имеет ряд технических и экономических преимуществ лений реактора и сети. Измерения в сети и расчеты по-
по сравнению с альтернативными вариантами компенса- казывают, что, как правило, дополнительное искажение
ции реактивной мощности. Из-за опасности нарушения напряжения сети при включении реактора в процентах
устойчивости работы синхронных генераторов их об- много ниже процентов искажения тока реактора. В част-
ласть допустимых режимов с потреблением реактивной ности, при испытаниях реактора РТУ-100000/220 напря-
мощности резко снижена, а иногда и полностью исключе- жение в точке подключения имело очень низкий допол-
на. Установка асинхронизированных синхронных генера- нительный процент искажений напряжения высшими
торов связана с большими потерями мощности. Приме- гармониками (ниже 1%) как для случая, когда к реактору
нение шунтирующих реакторов фирм АВВ, «Alstom» было подключено УКФ, так и при его отключении. Анало-
и «Siemens» со ступенчатым регулированием мощности гичное положение было и при испытаниях в условиях
имеет недостатки: сниженный диапазон регулирования эксплуатации реактора РТУ-25000/110-У1, когда даже
(от 45-55% мощности до номинальной) и использование при максимальном токе искажения реактора дополни-
устройств РПН в интенсивном режиме, что приводит к их тельного увеличения высших гармоник в напряжении се-
ускоренному износу. В [Л] отмечается также, что в связи ти зафиксировать не удалось [Л].
с рядом преимуществ управляемых подмагничиванием Следует привести также следующие соображения
реакторов было принято нецелесообразным применять общего порядка. Устройства плавного регулирования
устройства компенсации реактивной мощности с мощ- реактивной мощности всех типов (статические компен-
ными тиристорными преобразователями. саторы СТК, тиристорно-реакторные группы ТРГ, управ-
Приобретенный опыт эксплуатация УШР РТУ- ляемые шунтирующие реакторы трансформаторного ти-
100000/220-У1 на подстанции «Чита» и РТУ-180000/330 па УШРТ) используют тиристорные преобразователи,
на подстанции «Барановичи» оказался в противоречии с мощность которых равна полной мощности установки, а
распространенным мнением ряда специалистов-энер- их перегрузка недопустима. В реакторах, управляемых
гетиков о том, что управляемые реакторы нерациональ- подмагничиванием, типа РТУ мощность преобразовате-
но располагать вблизи электростанций, которые могут ля мала (порядка 1%). Теоретические расчеты и уже на-
регулировать напряжение изменением возбуждения ге- копленный опыт эксплуатации показали, что реакторы
нераторов. Оказалось, что УШР весьма эффективны и в типа РТУ, так же как и все управляемые подмагничивани-
этом случае, так как они позволяют заметно облегчить ем реакторы, аналогично другому обычному трансфор-
работу генераторов (часто имеющих запредельный срок маторному оборудованию, способны кратковременно
эксплуатации), благоприятно влияя на режим выработки подвергаться значительным перегрузкам (по напряже-
и потребления реактивной мощности, а одна из причин нию, току, мощности). Это возникает в нормированных
негативного мнения, по-видимому, междуведомствен- режимах перегрузки до 110-130% номинальной мощно-
ные противоречия между энергетиками-специалистами сти и в режиме кратковременного увеличения мощности
по электрическим сетям и по генераторам. до 200%. Перегрузки по току и мощности возникают в
Среди специалистов иногда обнаруживается оши- эксплуатации реакторов также при набросах напряже-
бочное предубеждение в том, что УШР имеют два ор- ния в одной из фаз при однофазных коротких замыкани-
ганических недостатка — несинусоидальность тока и ях в сети, что связано с тем, что в переходных режимах
29
3/2006
УШР является практически линейным реактором с пред- или иных типов регулируемых устройств реактивной
шествующим набросу напряжения индуктивностью и мощности оказываются многие дополнительные обсто-
увеличение его тока пропорционально увеличению на- ятельства. К ним относятся мощность и стоимость пре-
пряжения. Такое качество УШР очень важно для эксплу- образователей, наличие в них существенных потерь, не-
атации. Характерно, что альтернативное электротехни- обходимость применения водяного охлаждения, более
ческое оборудование регулирования реактивной мощ- квалифицированного обслуживающего персонала на
ности (СТК, ТРГ, УШРТ, СТАТКОМы — новые перспектив- подстанции. При этом, УШР типа РТУ имеют несомнен-
ные устройства с использованием закрываемых тири- ные преимущества перед другими альтернативными
сторов, научная разработка которых в РФ только начина- устройствами СТК, ТРГ, УШРТ, так как они, по существу,
ется) требует либо защиты от перегрузок и набросов на- являются более простым трансформаторным оборудо-
пряжения (то есть немедленного отключения), либо су- ванием с пониженными стоимостью и потерями, тради-
щественного (порядка удвоения) увеличения его основ- ционной системой охлаждения и традиционными требо-
ных номинальных параметров (то есть существенного ваниями к квалификации обслуживающего персонала на
увеличения стоимости). И то, и другое для эксплуатации подстанции. К тому же благоприятным обстоятельст-
крайне нежелательно. вом, существенным образом отличающим УШР от аль-
В тиристорных вентилях имеются два состояния — тернативных вариантов, является накопленный опыт
проводящее и не проводящее. В «магнитном вентиле» — эксплуатации УШР во многих регионах (шунтирующий
УШР из-за резко нелинейной характеристики стали так- УШР мощностью 25 МВА на подстанции 110 кВ «Кудым-
же имеются два состояния, когда в одном из них обмот- кар» — 6 лет, УШР мощностью 1,5 МВА, включенный па-
ка с ненасыщенным ферромагнитным стержнем имеет раллельно конденсаторной батарее, на металлургиче-
очень большую индуктивность, а в другом, при насыще- ском заводе в г. Электростали — 8 лет, более 100 дугога-
нии стали стержня (при индукции, существенно превы- сящих УР — до 15 лет).
шающей индукцию насыщения стали) — весьма неболь- Ранее уже упоминалось, что по потерям нерегулируе-
шую индуктивность. Вентильные свойства всех плавно мые (неуправляемые) реакторы не имеют преимуществ
регулируемых устройств и являются главной причиной перед УШР, если учитывать конкретные коэффициенты
возникновения нелинейных искажений тока, из-за чего в суточной их нагрузки. Потери регулируемых устройств
случае необходимости применяют электрические можно сравнивать по потерям при номинальном режиме.
фильтры. Как показали теоретические расчеты и расче- В УШР эти потери составляют 0,5-0,7% от номинальной
ты математических моделей, в управляемых подмагни- мощности (меньшие значения — для УШР большей мощ-
чиванием реакторах нелинейные искажения при прочих ности). В УШРТ эти потери больше примерно в 1,5-2 раза
равных условиях несколько меньше, чем в других уст- из-за больших потерь в самом трансформаторе с реак-
ройствах, так как в электромагнитной части между об- тансом к.з. 100% и из-за потерь в преобразователе по-
мотками имеются благоприятные дополнительные маг- рядка 0,2-0,3%. Для СТК и ТРГ потери больше потерь в
нитные связи. Поэтому мощность фильтров у них оказы- УШР также примерно в 2 раза, так как эти потери возни-
вается ниже. кают и в преобразователе, и в подсоединенных к ним не-
Все устройства регулируемой реактивной мощности управляемых реакторах, и в повышающем трансформа-
имеют много общего. В частности, все они в известной торе, постоянно подключенном к сети. В СТАТКОМах по-
мере используют вентильный эффект, то есть использу- тери больше, чем в УШР примерно в 3 раза также из-за
ют электронные или магнитные вентили. Поэтому многие потерь в повышающем трансформаторе и другом обору-
технические вопросы в них решаются сходным образом. довании, но прежде всего из-за существенных потерь в
Однако существуют и отличия, говорящие о приему- самих полупроводниковых приборах — полностью упра-
ществах УШР. Например, в СТК, ТРГ и СТАТКОМе высоко- вляемых тиристорах (около 2%).
вольтных обмоток нет (преобразователь на полную мощ- Вопросы быстродействия УР представляют предмет
ность существенно выгоднее и проще делать на низком пристального внимания для специалистов, так как оши-
напряжении, а не на напряжении сети 110-500 кВ), то бочно считается, что эти реакторы очень инерционны. В
есть требуются дополнительные повышающие транс- результате испытаний получено, что без форсировки,
форматоры. Наличие УШР высоковольтных обмоток, не- при мощности преобразователя всего около 0,2% от но-
посредственно подключаемых к сети, а не через транс- минальной мощности реактора (а это мощность, необхо-
форматор, весьма благоприятно. Оно приводит к облег- димая для поддержания номинальной мощности реакто-
чению решения многих вопросов обеспечения режимов ра) время набора мощности от холостого хода до номи-
в сети. Например, регулирование мощности непосред- нальной составляет 5с. Но это фактически только неко-
ственно на шинах высокого напряжения более эффек- торый отвлеченный параметр, величина которого, опре-
тивно, чем через повышающий трансформатор. деленная экспериментально, хорошо совпала с теорети-
Неблагоприятные для УШР отличия (например, ческим расчетом. При использовании полной мощности
меньшее быстродействие) при необходимости могут преобразователя (для обеспечения режимов с форси-
быть преодолены несколькими разработанными схем- ровкой подмагничивания), которая составляет около 1%
ными и конструктивными техническими решениями, уже мощности реактора, время набора мощности по осцил-
прошедшими проверку при испытаниях на заводе и в лограмме переходного процесса составляет 0,4с.
эксплуатации. Быстродействие реактора может быть существенно
При отмеченной схожести принципиальных электро- увеличено (когда это диктуется обоснованными требова-
магнитных процессов определяющими применение тех ниями эксплуатации, а это требуется далеко не всегда)
30
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
при увеличении мощности преобразователя, питающего ски мгновенно включался на полную мощность при воз-
обмотки подмагничивания. Фактически УШР становится никновении в сети перенапряжения (для разгрузки
безынерционным при мощности преобразователя, рав- ОПН). И это при том, что еще не существует сверхбыст-
ной примерно 25% мощности реактора, но это достаточ- родействующего устройства реагирования и передачи
но большая мощность, хотя она и не равна 100%, как в команды на включение УШР (в процессе действия пере-
альтернативных вариантах — СТК, ТРГ, УШТР. К тому же, напряжения!). Необходимо подчеркнуть, что разработ-
увеличенная мощность источника подмагничивания чикам в целях возможности продвижения вперед вне-
должна использоваться не постоянно, как в альтернатив- дрения УШР пришлось искать и находить технические
ных устройствах, а кратковременно (десятые доли секун- решения для практического решения всех возникающих
ды), только в переходных режимах форсировки. (точнее, ставившихся «наукой») сложнейших проблем. И
Для удовлетворения реальных требований эксплуа- такие проблемы в современных УШР практически реше-
тации оказывается вполне достаточной мощность пре- ны, конечно, с некоторым усложнением электрической
образователя на уровне 1% мощности реактора. схемы и конструкции реактора, системы автоматическо-
Для реактора РТУ-100000/220 так же, как и для всех го регулирования и алгоритмов ее работы, увеличением
других эксплуатируемых реакторов, полученных пара- комплектующих реактор устройств.
метров быстродействия для его нормальной эксплуата- Однако ситуация в сетях с внедрением СТК, ТРГ,
ции вполне достаточно, поскольку его основным назна- УШРТ, СТАТКОМ за прошедшие годы практически не из-
чением на подстанции является стабилизация напряже- менилась, до сих пор этого внедрения фактически нет.
ния при изменении графика нагрузки в течение суток. При эксплуатации УШР серии РТУ существуют даже
Учитывая имеющееся некоторое настороженное от- «ножницы» между жесткими техническими требования-
ношение специалистов к быстродействию УШР, в насто- ми к ним научных организаций ФСК и практически впол-
ящее время разработчики и изготовители рассматрива- не удовлетворяющими эксплуатацию условиями приме-
емых реакторов типа РТУ и РУОМ всего диапазона мощ- нения УШР, фактически только с автоматическим регу-
ностей (от сотен кВА до сотен МВА) и всех классов на- лированием мощности без включения режимов форси-
пряжений (от 6 кВ до 500 кВ) предложили и освоили ори- ровки и расфорсировки (то есть без использования за-
гинальные новые технические решения (схемные и кон- ложенного в УШР высокого быстродействия и увеличен-
структивные) всех элементов комплексов реакторов, ко- ной для этого мощности преобразователя), без исполь-
торые могут при необходимости обеспечить быстродей- зования кратковременного режима мгновенного пере-
ствие вплоть до 0,1с [Л], а иногда и выше (например, для хода к удвоенной мощности, без включения конденса-
управляемых подмагничиванием дугогасящих реакто- торной батареи фильтра (то есть без использования
ров — порядка 0,01-0,02с). средства снижения тока искажения реактора — входя-
Плавное регулирование в электрических сетях (ге- щего в комплект УШР устройства УКФ).
нераторами, синхронными компенсаторами) сильно ог- В заключение необходимо отметить, что технические
раничено и для протяженных сетей не всегда эффектив- характеристики и экономические показатели реакторов
но. Ступенчатое регулирование напряжения сетей уст- РТУ не имеют аналогов в мировом электромашиностро-
ройствами РПН трансформаторов из-за ненадежности ении. По конструкции, условиям и простоте эксплуата-
этих устройств сильно ограничено или вообще запре- ции управляемые реакторы сопоставимы с обычным
щено. Число коммутаций высоковольтных выключате- трансформаторным и реакторным оборудованием, а по
лей также сильно ограничено. Электротехническая нау- функциональным возможностям являются автоматиче-
ка в течение многих десятилетий предлагает различные ски регулируемыми электротехническими комплексами,
устройства регулирования реактивной мощности (СТК, на новом уровне решающими многие вопросы управле-
ТРГ, УШР, УШРТ, СТАТКОМ), однако до их внедрения все ния и оптимизации режимов работы электрических се-
время остается очень далеко. Практически единствен- тей. Потери в реакторах в постоянном номинальном ре-
ными средствами воздействия остаются деление элек- жиме и расход материалов на изготовление реакторов
трических сетей, отключение потребителей и т.д. Поэто- не превышают 1,5-2-кратного значения этих же показа-
му появление в сетях УШР, основная задача которых ре- телей для обычных неуправляемых шунтирующих реак-
гулирование их реактивной мощности, представлялось торов. Стоимость УШР до двух раз ниже альтернативных
весьма желательным. вариантов (статических тиристорных компенсаторов,
Однако по мере приближения разработки управляе- реакторов трансформаторного типа), они не требуют
мых подмагничиванием реакторов УШР к их практиче- отапливаемого помещения и установки охлаждения
скому внедрению та же «наука» стала «нагружать» УШР деионизованной воды.
все новыми и новыми функциями, предъявлять к ним Результаты внедрения управляемых шунтирующих
строгие требования по быстродействию, гармоническо- реакторов в сетях 110-500 кВ показали, что в настоящее
му составу тока, необходимости обеспечивать специфи- время УШР выполняют все необходимые запросы экс-
ческие режимы сетей (например, режим ОАПВ) — все плуатации; созданы все условия для широкого внедре-
то, что хотелось бы иметь при работе в сетях предлагае- ния этих реакторов.
мых «наукой» в течение долгих лет далеких от практиче-
ского внедрения в условиях РФ электронных устройств ЛИТЕРАТУРА
регулирования реактивной мощности СТК, ТРГ, УШРТ, Управляемые подмагничиванием электрические
СТАТКОМ. Доходило до того, что предлагалось сделать реакторы. Сб. статей. Под ред. докт. техн. наук проф.
УШР с таким быстродействием, чтобы УШР автоматиче- Брянцева А.М. — М.: «Знак», 2004.
31