Введение к работе
Актуальность работы. Одной из основных проблем энергосбережения является поддержание оптимальных уровней напряжений в узлах электрических сетей и возможность его регулирования в широких пределах. Актуальность данной проблемы для нашей страны дополнительно обусловлена тем фактом, что существующие линии электропередач имеют значительную длину по сравнению с европейскими, а плотность тока в них составляет j = 1 А/мм2, что более чем в два раза выше, чем в Европе ( во Франции - j = 0,4 А/мм2). Решение этой проблемы позволяет существенно повысить качество электроэнергии, обеспечив тем самым нормальное функционирование, срок службы и' производительность большого класса потребителей электроэнергии.
В настоящее время большинство мощных силовых трансформаторов на напряжение 35 кВ и выше выпускаются с механическими переключающими устройствами для регулирования напряжения под нагрузкой ( РПН ). Существующие механические переключающие устройства для РПН силовых трансформаторов имеют ограниченное число переключений до очередной ревизии контактов контактора или их смены в силу электроизноса при переключениях под нагрузкой. Повышение требований к качеству электроэнергии, рост цен на энергоносители выдвигает перед электроэнергетикой актуальную задачу разработки и создания переключающих устройств с большим ресурсом переключений, обеспечивающих точность регулирования tta уровне 1.5 - 2 % и имеющих высокие технико-экономические показатели.
Цель работы. Разработка и исследование тиристорно-контактных установок со вспомогательными трансформаторами для широкодиапазонного регулирования под нагрузкой силовых трансформаторов (ТКУРПН) мощностью 20-80 МВА и выше.
В диссертации поставлены и решаются следующие задачи:
анализ существующих структурных и схемных решений устройств для регулирования напряжения и разработка новых ТКУРПН со вспомогательными трансформаторами в структуре регулирующего органа;
разработка математической модели ТКУРПН для исследования электромагнитных процессов в стационарных и динамических режимах работы;
теоретическое и экспериментальное исследование коммутационных процессов в исполнительном органе ТКУРПН ; ч
разработка алгоритмов переключения и определение зон коммутации, обеспечивающих надежную работу силовых элементов ТКУРПН;
разработка инженерной методики расчета элементов регулирующего органа ТКУРПН; „
разработка и экспериментальное исследование действующих макетов и опытно-промышленных образцов ТКУРПН.
Методы исследований. Исследование электромагнитных, в том числе и коммутационных, процессов в ТКУРПгі выполнено на основе метода режимных расчетов нелинейных электромеханических устройств. Разработана математическая модель
ТКУРПН в матричной форме записи; реализован метод переменной структуры дифференциальных уравнений, существенно сокращающий порядок матриц в различных режимах работы ТКУРПН; использован метод численного интегрирования Рунге-Кутта в модификации Мерсона, обеспечивающий эффективность вычислительного процесса за счет автоматического выбора шага интегрирования, максимального для заданной точности вычислений.
Достоверность научных положений подтверждена результатами экспериментальных исследований на действующем макете и опытно-промышленных образцах ТКУРПН.-
Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты:
модифицирован метод режимных расчетов преобразовательных установок с переменной структурой и на базе этого разработана математическая модель электромагнитных процессов в стационарных и переходных режимах работы ТКУРПН; .
разработан программный комплекс для исследования электромагнитных процессов в электромеханических преобразовательных устройствах с переменной структурой.
исследованы коммутационные процессы в ТКУРПН при работе на активную, активно-индуктивную и активно-емкостную нагрузку, определены перегрузки элементов регулирующего органа в динамических режимах работы.
Практическая ценность:
выполнен ряд задач в соответствии с комплексной научно-технической программой Госкоммитета РФ по делам науки и высшей школы ЭНКП2000;
разработаны новые-схемотехнические решения ТКУРПН для силовых трансформа- . торов мощностью 20-80 МВ-А и выше, позволяющие исключить электроизнос и снизить в 2 раза токовую нагрузку на контакты избирателя, повысить в 2 раза точность регулирования напряжения;
разработаны оптимальные алгоритмы переключения тиристорных ключей устройства, исключающие перегрузку элементов регулирующего органа в стационарных и динамических режимах ТКУРПН;
предложена микропроцессорная система управления ТКУРПН, реализующая данные алгоритмы работы;
разработана методика инженерного расчета элементов регулирующего органа ТКУРПН;
определена экономически целесообразная область использования ТКУРПН.
Внедрен»* результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при разработке опытно-промышленных образцов ТКУРПН. Разработан комплект технической документации, проведены наладка и испытания двух опытно-промышленных образцов ТКУРПН для РПН тяговых трансформаторов ТДТНГЭ-20000/110 мощностью 20 MB А Установки внедрены на Нижегородской железной дороге.
Апробация работы. Основные теоретические положения И результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Всесоюзной научно-технической конференции " Проблемы преобразовательной техники" (г. Киев, 1967 г.),
Ill Всесоюзной научно-технической- конференции "Проблемы экономии и повышения эффективности использования электроэнергии в системах электроснабжения промышленности и транспорта" (г. Днепропетровск, 1990г. ), научно-технических конференциях "Актуальные проблемы электроэнергетики " (Г.Н.Новгород, 1985, 1988, 1993г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, 4 научно-исследовательских отчета, получено 2 авторских свидетельства СССР.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений; содержит 123 стр. основного машинописного текста, 55 стр. иллюстраций, 5 таблиц, 8 стр.'списка использованной литературы из 53 наименований, 48 стр. приложений.
