Введение к работе
Актуальность работы
Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы, используемые для плавного регулирования реактивной мощности и поддержания заданного уровня напряжения, нашли широкое применение в ЕЭС России и за рубежом.
Технология регулирования реактивного сопротивления может быть развита
и для решения задачи ограничения токов короткого замыкания. При этом на смену
распространённым в настоящее время неуправляемым токоограничивающим
реакторам (ТОР) могут прийти ТОР с подмагничиванием, успешно
эксплуатируемые в ряде стран мира (Германия, Китай, США), но отсутствующие в энергосистеме России.
Установка токоограничивающих реакторов с подмагничиванием позволяет добиться ограничения токов короткого замыкания (КЗ) и уменьшить потерю напряжения при передаче электрической энергии потребителю. Кроме того, меньшее индуктивное сопротивление ТОР с подмагничиванием, по сравнению с неуправляемым ТОР, в нормальных и послеаварийных режимах работы обеспечивает оптимальное потокораспределение активной мощности по ЛЭП, исключая токовую перегрузку электросетевого оборудования.
Известно, что ТОР в значительной степени оказывают влияние на переходные процессы при коротких замыканиях, приводя к превышению допустимых значений переходных восстанавливающихся напряжений (ПВН) на контактах выключателей при коммутациях токов КЗ, что в свою очередь, может приводить к выходу из строя выключателей. Особенности конструкции и принципа действия токоограничивающих реакторов с подмагничиванием необходимо учитывать при настройке релейной защиты и при проверке работоспособности установленного или устанавливаемого коммутационного оборудования.
Сказанное выше определяет актуальность проводимых в настоящей работе исследований, направленных на определение условий применения ТОР с подмагничиванием в электрических сетях высокого напряжения.
Цель и задачи диссертации
Целью диссертационной работы является разработка методики
имитационного моделирования токоограничивающих реакторов с
подмагничиванием и исследование нормальных и аварийных процессов их работы в составе электроэнергетических систем.
Для достижения цели работы необходимо решение следующих задач:
1. Разработка методики расчёта параметров конструкции
токоограничивающего реактора с подмагничиванием для определения основных размеров магнитной системы и обмоток;
-
Определение требований к математическим моделям неуправляемого токоограничивающего реактора и токоограничивающего реактора с подмагничиванием, используемых для исследования переходных восстанавливающихся напряжений на контактах выключателей при отключении коротких замыканий;
-
Создание математической модели токоограничивающего реактора с подмагничиванием на основе данных о параметрах его конструкции и выполнение расчётов переходных процессов в нормальных режимах работы и в режиме ограничения тока КЗ;
-
Исследование переходных процессов при коротких замыканиях в электрических сетях с неуправляемыми токоограничивающими реакторами и токоограничивающими реакторами с подмагничиванием;
-
Обоснование эффективности и целесообразности применения токоограничивающих реакторов с подмагничиванием в электрических сетях высокого напряжения.
Достоверность научных положений
Обоснованность и достоверность научных результатов обеспечивается применением классической теории электромагнетизма для описания исследуемых процессов и свойств применяемых материалов. Решение систем алгебраических и дифференциальных уравнений проводилось с использованием методов численного интегрирования.
Методика исследований
Теоретические исследования базируются на основных положениях теории
электрических цепей. В основе разработанных математических моделей
токоограничивающего реактора с подмагничиванием лежит система
алгебраических и дифференциальных уравнений, интегрирование которых производилось численными методами.
Научная новизна работы
-
Создана математическая модель токоограничивающего реактора с подмагничиванием;
-
Предложена методика определения основных размеров магнитной системы и обмоток токоограничивающего реактора с подмагничиванием;
-
Обоснована эффективность и целесообразность применения токоограничивающих реакторов с подмагничиванием в электрических сетях высокого напряжения с кабельными линиями.
Теоретическая и практическая ценность результатов работы
1. Разработана методика расчёта параметров конструкции
токоограничивающего реактора с подмагничиванием по заданным величинам
индуктивного сопротивления устройства в нормальном режиме работы, номинальных токов обмоток и потерь активной мощности;
-
Создана математическая модель токоограничивающего реактора с подмагничиванием, учитывающая особенности поведения устройства в составе электроэнергетической системы в нормальных режимах работы и в режиме ограничения тока КЗ;
-
Выполнено имитационное моделирование неуправляемого токоограничивающего и токоограничивающего с подмагничиванием реакторов для исследования переходных восстанавливающихся напряжений на контактах выключателей при отключении коротких замыканий;
-
Определены требования по учёту распределённости параметров обмоток в математических моделях неуправляемого токоограничивающего реактора и токоограничивающего реактора с подмагничиванием, используемых для исследования переходных восстанавливающихся напряжений на контактах выключателей при отключении коротких замыканий;
-
Доказана эффективность применения токоограничивающих реакторов с подмагничиванием в электрических сетях высокого напряжения с кабельными линиями.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и
обсуждались на следующих конференциях: Научно-практическая конференция
«Energy2012. Повышение эффективности энергетического оборудования»
(г. Санкт-Петербург, РФ, 2012); Международная конференция «Интеллектуальная электроэнергетика, автоматика, высоковольтное управляемое и коммутационное оборудование» (г. Москва, РФ, 2013); Выставка-форум «Современные тенденции распределительного сетевого комплекса» (п. Терволово Гатчинского района Ленинградской области, РФ, 2016).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 работы опубликовано в изданиях из перечня рецензируемых научных журналов для публикации основных научных результатов диссертаций (ВАК).
Объем и структура диссертации