Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы.	148
2.6. Регулируемый фазосдвигающий трансформатор

Во многих случаях в электрических сетях приходится разрешать проблему распределения потоков мощности по параллельным линиям с различными индуктивными сопротивлениями, определяемыми либо различной протяженностью линий с одинаковыми параметрами (рис.2.31), либо различием параметров линий, либо обеими причинами вместе. Так, например, при параллельном соединении линий электропередачи 220 и 500 кВ линия с более низким напряжением принимает на себя большие

1

2

а

бб

1

Ха

2

I)Хб

Xб>Ха

Iб<Iа

IaXa=IбXб		IXб	IXa
U1	U2	U1.б	U1.a U2

αIa=Iб=I

αб>αa

	1	Ха
II)	1	Хб

Рис.2.31. Параллельные линии с различными индуктивными сопротивлениями: I - при наличии связи по обеим концам линий; II - при наличии связи на одном конце: однолинейные схемы линий и соответствующие векторные диаграммы напряжений.

нагрузки, т.к. напараллельной линии500 кВпроисходит двойная трансформация напряжения и, следовательно, включается дополнительное индуктивное сопротивление. Если бы такие линии работали независимо (случай II), то при одина-

Центр подготовки кадров энергетики	www.cpk-energo.ru
Санкт-Петербург	[phone]

Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы.

149

ковом токе (приведенном к одному напряжению) сдвиги фаз напряжений по концам линий были бы различны (ψв>ψа). В случае примыкания обеих линий к одинаковым пунктам системы (случай I) различие сдвига фаз компенсируется различием тока в линии (Iа>Iв). Выровнить сдвиги фаз напряжений и соответственно токи в параллельных линиях можно с помощью фазосдвигающих трансформаторов. В электрических сетях применяются различного типа фазосдвигающие трансформаторы. Ниже рассматривается регулируемый фазосдвигающийтрансформатор, электрическая схемакоторогоаналогичнаУШРТ.

Сетевые обмотки такого трансформатора включаются в рассечку линии с меньшим индуктивным сопротивлением (см.рис.2.32) и работают под потенциалом фаз линии без соединения между собой.

1

2

3

С5	С7	СО
		ОУ
			КО1	КО2
L5	КО	ТБ
	L7
				КО3

Рис.2.32. Схема включения фазосдвигающего трансформатора (ФСТ): СО – сетевая обмотка ФСТ; КО – компенсационная обмотка; ОУ – обмотка управления; С5-L5, С7-L7 – фильтры пятой и седьмой гармоник; ТБ – тиристорный блок

Обмотки управления фазосдвигающего трансформатора соединяются в звезду с заземленной нейтралью, т.е. работают независимо. Они замыкаются тиристорными блоками. Компенсационная обмотка предназначена для подавления высших гармонических в токе трансформатора, создаваемых при работе тиристоров.

Такой трансформатор представляет собой регулируемое индуктивное сопротивление, включенное в рассечку линии. Вектор падения напряжения на нем от активного тока нагрузки перпендикулярен вектору фазового напряжения линии (см.рис.2.31).

В режиме короткого замыкания ОУ (полностью проводящие тиристорные блоки) напряжение первичной обмотки трансформатора минимально и определяется напряжением короткого замыкания трансформатора. Чем меньше на-

Центр подготовки кадров энергетики	www.cpk-energo.ru
Санкт-Петербург	[phone]

Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы.

150

пряжение короткого замыкания, тем меньше минимальное фазосдвигающее напряжение.

При запертых тиристорах напряжение на обмотке управления соответствует номинальному напряжению. Соответственно на сетевой обмотке поддерживается номинальное напряжение, и трансформатор представляет собой индуктивную катушку с довольно большим сопротивлением и соответственно с повышенным падением напряжения. Для уменьшения индуктивного сопротивления трансформатора при запертых тиристорах необходимо обеспечить разрыв основного стержня магнитопровода. Длина воздушного промежутка магнитопровода приблизительно равна длине окна магнитопровода, уменьшенной в отношении минимального и номинального напряжения трансформатора (см.ниже).

Номинальное напряжение трансформатора ограничивается допустимым перепадом напряжения на нем. Так если напряжение на входе и выходе ФСТ обозначить U1 и U2 соответственно, то номинальное напряжение трансфор-

матора определится соотношением
U1 = U 22 +UТ2.НОМ ,				(2.132)
откуда
		2
UТ.НОМ =U1	U 2		.	(2.133)
	1 −
	U1	ДОП

При ограничении U1/U2=1,05

UТ.НОМ = 0,32U1 ,

т.е. номинальное напряжение фазосдвигающего трансформатора при этом составляет примерно треть напряжения сети. В этом случае максимальный угол сдвига ψ, который может обеспечить ФСТ, определяется соотношением

tgψmax = UТU.НОМ = 0,32 1,05 = 0,336 ,

2

откуда ψmax=18,60. Минимальный угол сдвига

tgψmin =	UТ.к.з%		UТ.НОМ	0,336	UТ.НОМ %	.	(2.134)
			U 2		100%
100%

Центр подготовки кадров энергетики	www.cpk-energo.ru
Санкт-Петербург	[phone]

Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы.

151

Например, при UТ.К.З=10%

tgψmin = 0,0336

ψmin =1,92o .

Если допустим больший перепад напряжения, например (U2/U1)ДОП=1,10

UТ.НОМ 0,46U1

tgψmax = 0,506;ψmax 26,8o

и приUТ.к.з. =10%

tgψmin = 0,051;ψmin = 2,9o.

Как видно, увеличение номинального напряжения ФСТ на 5% приводит к значительному увеличению максимального угла сдвига: с 18,60 до 26,80.

Ограничение номинального напряжения ФСТ весьма существенно для ограничения его влияния на ток в линии, определяемый нагрузкой. Поэтому далее будем исходить из 5-20% уровня перепада напряжения на ФСТ.

Параметры ФСТ можно выбрать исходя из двух крайних режимов его работы: при номинальном и при минимальном напряжениях, - предполагая, что в обоих случаях ток нагрузки и, соответственно, через ФСТ не меняется и равен номинальному току. Номинальный ток IНОМ удобно определить через натуральный ток линии IН, т.к. для линий СВН натуральный ток является оптимальным

I НОМ = k I Н .

Тогда индуктивное сопротивление ФСТ (при короткозамкнутой обмотке управления)

	X min =	U к.з.%		U НОМ	=	0,32		U к.з.%	Z В .	(2.135)
		100%		I НОМ		k		100%

Соответственно для той же линии 220 кВ при k=1 и Uк.з%=10%

X min = 0,32 0,1 400 =12,3 Ом

и при k=1,25

X min = 10,,2532 0,1 400 =10,24 Ом .

Центр подготовки кадров энергетики	www.cpk-energo.ru
Санкт-Петербург	[phone]

Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы.

152

Полученные значения ХНОМ и ХMIN ФСТ позволяют определить параметры ФСТ. Действительно, в номинальном режиме (при разомкнутой обмотке управления) параметры ФСТ могут быть рассчитаны по формулам, полученным для неуправляемых реакторов с зазорами в магнитопроводе

X НОМ	=	2π f μ0 N12	FЭК.1	=	0,32	Z В ,	(2.136)
		l3			k

где N1 - число витков сетевой обмотки, FЭК.1- эквивалентное сечение магнитного потока, сцепляющегося с сетевой обмоткой, l3 - суммарная длина зазо-

ров в стержне магнитопровода [14].

При короткозамкнутой обмотке управления индуктивное сопротивление ФСТ может быть рассчитано по формуле для управляемого реактора трансформаторного типа [14]

X MIN =	2π f μ		N 2	F	0,32		U		%	Z В	,	(2.137)
		0	1	ЭК.2 =	k			к.з.
			l0				100%

где Fэк.2 - эквивалентное сечение магнитного потока, сцепляющегося с сетевой обмоткой при короткозамкнутой обмотке управления, l0 - высота окна

магнитопровода (высота обмотки плюс изоляционные расстояния до ярем). Отношение ХНОМ / ХMIN позволяет определить необходимое отношение

длины зазоров l0 / l3

X НОМ = FЭК.1					l0		=	100% .			(2.138)
Х		МIN	F		l	3		U	к.з.	%
			ЭК.2
Следовательно необходимое отношение зазоров
l3		=	FЭК.1	U к.з% .							(2.139)
l	0		F	100%
			ЭК.2

Если FЭК.1≈FЭК.2 необходимая длина зазоров в стержне магнитопровода меньше высоты окна магнитопровода в соответствии с величиной Uк.з%: при Uк.з%=10% l3 = 0,1l0 , чтоможетбытьобеспеченобезбольших технологических

трудностей.

Необходимое число витков ФСТ может быть определено по формуле (2.137) для Хмин одновременно с оптимизацией конструкции ФСТ, а необходимая длина зазоров в основном стержне магнитопровода из формулы (2.136) для ХНОМ при известном числе витков N1.

Центр подготовки кадров энергетики	www.cpk-energo.ru
Санкт-Петербург	[phone]

Александров Г.Н., Лунин В.П. Управляемые реакторы.

153

Естественно, что при токе в линии, меньшем номинального, угол сдвига фазы напряжения будет меньше номинального, что и требуется по режиму передачиэлектроэнергии.

Управление ФСТ может быть обеспечено по заданному соотношению потоков мощности по параллельным линиям. Если поток мощности по линии с меньшим продольным сопротивлением увеличивается сверх заданного соотношения система управления уменьшает угол горения тиристоров в ФСТ и таким образом обеспечивает заданное соотношение токов в линиях.

Необходимо отметить, что индуктивное сопротивление ФСТ значительно меньше сопротивления нагрузки в любом режиме работы ФСТ. Однако, это сопротивление резко изменяется при неполных углах зажигания тиристоров, что приводит к появлению высших гармонических в токе линии. Чтобы подавить наибольшую третью гармоническую достаточно соединить компенсационные обмотки всех фаз в треугольник. Для подавления пятой и седьмой гармоник необходимо подключить к каждой фазе компенсационной обмотки фильтры, состоящие из последовательного соединения конденсатора и нерегулируемой индуктивности, настроенные на соответствующую частоту. При этом паузы тока в обмотке управления не будут повторяться в сетевой обмотке. Напротив, в сетевой обмотке ток будет практически синусоидальным, а паузы тока в обмотке управления приведут к изменению среднего сопротивления ФСТ: чем больше паузытокавОУ, тембольшесопротивлениеФСТ.

Центр подготовки кадров энергетики	www.cpk-energo.ru
Санкт-Петербург	[phone]