Диплом (Анализ режимов работы участка ВЛ 220 кВ ПС Комсомольская — ПС Ванино с применением средств компенсации реактивной мощности), страница 8

диплом (Анализ режимов работы участка ВЛ 220 кВ ПС Комсомольская — ПС Ванино с применением средств компенсации реактивной мощности), страница 8

Файл «диплом» внутри архива находится в следующих папках: Анализ режимов работы участка ВЛ 220 кВ ПС Комсомольская — ПС Ванино с применением средств компенсации реактивной мощности, Мельников. Документ из архива «Анализ режимов работы участка ВЛ 220 кВ ПС Комсомольская — ПС Ванино с применением средств компенсации реактивной мощности», который расположен в категории «готовые вкр 2016 года и ранее». Всё это находится в предмете «дипломы и вкр» из восьмого семестра, которые можно найти в файловом архиве ДВГУПС. Не смотря на прямую связь этого архива с ДВГУПС, его также можно найти и в других разделах. .

Онлайн просмотр документа «диплом»

Текст 8 страницы из документа «диплом»

В системообразующих электрических сетях и межсистемных электрических связях режимы работы по реактивной мощности зависят от согласования характеристик трех основных элементов энергосистемы: электрическая станция, линия электропередачи и потребитель. Линию электропередачи можно рассматривать как цепь с распределенными параметрами, в виде множества соединенных последовательно активных, индуктивных и соединенных параллельно емкостных элементов или в виде эквивалентной П-образной схемы с сосредоточенными параметрами. Как было сказано выше передача активной мощности до натурального значения сопровождается генерацией линией реактивной мощности, а свыше натуральной – ее потреблением. Подключение электрической станции к линии электропередачи требует от генераторов потребления этой реактивной мощности (в режимах минимальной нагрузки и холостого хода), что невозможно осуществить из-за нагревов лобовых частей статоров. Поэтому зарядную мощность линий компенсируют реакторами.

Номинальный косинус синхронных генераторов средней мощности определяется величиной cosφ = 0,85, а уменьшение нагрузки генераторов сопровождается увеличением их напряжений. В идеальном случае с точки зрения минимальных потерь электроэнергии в системе: «электростанция – линия электропередачи – потребитель» необходимо создать такие условия, чтобы генераторы станции работали с номинальным cosφ, переток дополнительной по линии реактивной мощности отсутствовал.

Учитывая стоимость строительства воздушных линий и перспективу роста нагрузки, возрастает актуальность максимального использования линий электропередачи путем повышения их пропускной способности за счет применения новых технических средств компенсации реактивной мощности. Переход от нерегулируемых шунтирующих реакторов (ШР) к управляемым шунтирующим реакторам (УШР), а далее к статическим тиристорным компенсаторам (СТК) даёт возможность существенно увеличить передаваемую по линии мощность сверх натурального значения натуральной мощности. До сих пор основными средствами компенсации реактивной мощности в электрических сетях 110–750 кВ, рисунок 8.2, являлись:

1) Нерегулируемые масляные ШР, которые, как правило, устанавливаются на линии электропередач и выполняют несколько функций (компенсация зарядной мощности незагруженных линий, снижение перенапряжений). Однако, ограниченный коммутационный ресурс выключателей и большая мощность коммутируемой ступени снижают эффективность применения ШР при изменениях передаваемой мощности по линии электропередачи;

2) Синхронные компенсаторы (СК) мощностью 50, 100 и 160 МВАр, подключаемые к третичным обмоткам автотрансформаторов 220, 330 и 500 кВ.

Рисунок 8.2 – Пример подстанции с устройствами компенсации

Большинство находящихся в эксплуатации синхронных компенсаторов выработали ресурс и требуют замены. Кроме того, СК имеют ограниченный до 40% диапазон на потребление реактивной мощности, а также высокие эксплуатационные затраты. Учитывая новейшие достижения в области статических компенсирующих устройств, модернизация схемы компенсации реактивной мощности на ПС состоит в замене СК на СТК, а линейных нерегулируемых ШР на управляемые УШР, рисунок 8.3.

Такой подход обеспечит оптимальные уровни напряжений на шинах ВН, СН и НН подстанций и на линиях в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах. Как следует из рисунка 8.3, СТК состоит из трех основных частей – модулей: конденсаторной батареи КБ, коммутируемой выключателем или тиристорным вентилем, компенсирующих реакторов ШР, мощность которых изменяется с высоким быстродействием за счет фазового управления тиристорных вентилей ТК.

Модульное построение СТК позволяет осуществить их внедрение поэтапно. В слабо загруженных сетях на первом этапе достаточно включить в работу реакторную часть СТК в виде отдельных вакуумно-реакторных групп, коммутируемых вакуумными выключателями с высоким ресурсом, или в виде тиристорно-реакторных групп. По мере роста загрузки линий, когда от источника реактивной мощности требуется её генерация, дополнительно к реакторным группам подключаются конденсаторы, а для быстродействующего регулирования мощности реакторов – тиристорные вентили, что образует полную схему СТК из [7].

Рисунок 8.3 – Схема подстанции с устройствами компенсации реактивной мощности

Основные достоинства СТК заключаются в том, что составляющие его эле менты в отличие от синхронных машин являются статическими устройствами. Их эксплуатация проще. Проще обеспечить и достаточно быстрое изменение реактивной мощности, и требуемый диапазон регулирования. При наличии надежных коммутационных устройств, схема СТК гибка и надежна. Но если коммутационные устройства не допускают ступенчатого регулирования СТК, то установленная мощность реактивных элементов относительно велика, и трудно использовать кратковременную перегрузочную способность составных элементов – СТК. Поэтому применение СТК требует технико-экономического обоснования, из [9].

Из выше сказанного можно сделать вывод, что для компенсации, избыточной и быстро изменяющей значение реактивной мощности необходимо применять регулируемый шунтирующий реактор.

Одним из основных электрическим аппаратом управления режимами электропередач является электрический реактор энергетического назначения. Реакторы – это статические электромагнитные аппараты, работа которых основывается на явлении электромагнитной индукции. Они содержат обмотку (обмотки), в которой индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Для усиления и локализации магнитного поля реакторы могут быть снабжены магнитной системой с магнитопроводом, который обычно исполняют в виде стального сердечника из электротехнической стали. В электрических цепях используют собственную индуктивность рабочих обмоток реактора.

По форме вольтамперной характеристики различают реакторы: с линейной (практически линейной) характеристикой; с нелинейной характеристикой – насыщающиеся реакторы; с семейством линейных или нелинейных характеристик – управляемые реакторы.

Управляемым реактором называется статическое индуктивное устройство, обеспечивающее автоматическое изменение своего индуктивного сопротивления в соответствии с заданной программой. Для обеспечения изменения индуктивного сопротивления в этих условиях управляемый реакторы (УР) содержит две коаксиальные катушки с некоторым зазором между ними. Одна из них включается непосредственно в высоковольтную сеть (сетевая катушка или обмотка РО), а другая (более низкого напряжения) замыкается коммутирующим ключом (катушка или обмотка управления ОУ).

Активная часть реактора содержит одну или несколько обмоток и магнитопровод, выполненный из электротехнической стали. В реакторе могут быть следующие обмотки:

1) рабочая обмотка или сетевая обмотка (РО). Она предназначена для включения в электрическую цепь, в которой используется индуктивность реактора;

2) обмотка управления (ОУ). Она предназначена для создания управляющего магнитного поля. В большинстве случаев это постоянное магнитное поле или поле, имеющее значительную постоянную составляющую;

3) компенсационная обмотка (КО). Это вспомогательная обмотка, предназначенная для компенсации части магнитного потока устройства, например, компенсация высшей гармоники в индукции магнитного поля;

4) фазосдвигающая обмотка (ФО). Это вспомогательная обмотка, предназначенная для обеспечения сдвига по фазе векторов МДС стержней магнитопровода.

Реактивная мощность, потребляемая реактором, плавно регулируется за счет изменения насыщения (магнитного сопротивления) его магнитопровода.

Реакторы разделяются по различным критериям, таким как: по способу регулирования индуктивного сопротивления рабочей обмотки реактора, то есть по способу регулирования его реактивной мощностью; по типу конструкции магнитопровода; по различным проявлениям гармоник насыщения переменного магнитного поля; по виду совмещаемых функций.

По способу регулирования реактивной мощности реактора различают:

1) управляемый реактор. Это реактор, у которого индуктивное сопротивление обмотки регулируется за счет изменения насыщения сердечника посредством изменения постоянной составляющей магнитного потока. Реактор содержит обмотку управления;

2) насыщающийся реактор (НР). Это реактор, магнитопровод которого само-насыщается переменным магнитным полем при номинальном напряжении обмотки, и рассчитан на работу в этом режиме. Постоянное магнитное поле подмагничивания и соответственно обмотка управления в НР отсутствуют;

3) магнитно-вентильный реактор. Это реактор, у которого индуктивное сопротивление рабочей обмотки меняется за счет выпрямления с помощью тиристоров тока, протекающего по части ее витков.

По типу конструкции магнитопровода:

1) реактор трансформаторного типа. Его магнитная система является стержневой и подобна магнитопроводу силового трансформатора. Переменное магнитное поле реактора является пульсирующим, то есть изменяющимся по периодическому закону только по временной координате.

2) реактор электромашинного типа. Его магнитная система является кольцевой, то есть выполняется по типу магнитопровода электрической машины переменного тока с неявновыраженными полюсами. Отличие состоит в том, что внутренний сердечник, называемый по аналогии ротором, неподвижен и вставляется в расточку статора с минимальным технологическим зазором. Переменное магнитное поле реактора является вращающимся, то есть изменяющимся по периодическому закону не только по временной координате, но и вдоль пространственной координаты.

По режимам намагничивания, характеризующимися различными проявлениями гармоник высшего переменного магнитного поля. Гармоники насыщения обусловлены нелинейностью кривой намагничивания материала магнитопровода, их амплитуды зависят, от степени насыщения электротехнической стали. При отсутствии подмагничивания магнитопровода постоянным полем в переменном магнитном поле проявляются только высшие гармоники насыщения нечетного спектра, а при подмагничивании магнитопровода в магнитном поле возникают, в общем случае, еще и высшие гармоники насыщения четного спектра. При соблюдении определенных условий четные гармоники могут отсутствовать и при подмагничивании магнитопровода постоянным полем.

Реакторы так же различают по виду совмещаемых функций:

1) совмещенный реактор. Это реактор с совмещением функций двух или нескольких отдельных обмоток (РО, ОУ, КО или ФО) в одной совмещенной обмотке (СО);

2) совмещенный управляемый реактор-трансформатор (УРТ, трансреак-тор). Совмещенный УРТ выполняет функции отдельных управляемого реактора и силового трансформатора. Это устройство имеет общую магнитную систему и может иметь две совмещенные обмотки;

3) совмещенный реактор-конденсатор (реаконд). Он выполняет функции отдельных реактора и батареи конденсаторов параллельного или последовательного включения;

4) магнитно-вентильный реактор. Совмещенное устройство выполняет функции отдельных управляемого реактора и источника постоянного тока (за счет включения тиристоров в одну из обмоток реактора).

Из выше перечисленных возможных вариантов регулирования реактивной мощности, конструкции магнитопровода, режимам проявления гармоник и совмещением функций для линий сверхвысокого напряжения являются управляемый реактор и насыщающийся реактор, с магнитопроводом трансформаторного типа, как можно меньшим проявлением гармоник, и совмещением рабочей обмотки, обмотки управления и компенсационной обмотки в одной совмещенной обмотке.

В тоже время, в насыщающимся реакторе нет возможности регулирования индуктивного сопротивления, изменение индуктивного в нём происходит под действием внешнего изменяющегося напряжения.

Которое зависит от характера нагрузки. Основной функцией насыщающегося реактора является стабилизация напряжения в системах электроснабжения с резкопеременным характером нагрузки, одиночных электроприемников. Поэтому применяем управляемый шунтирующий реактор, который с заданной программой поддерживает необходимый уровень напряжения, потребления избыточной реактивной мощности. Эта программа, может быть, построена для оптимизированного регулирования напряжения системы, в разных её узлах, либо для поддержания оптимального уровня напряжения для единичной нагрузки. Описание и принцип работы УШР представлены в ПРИЛОЖЕНИИ В.

8.4 Расчёт режимов участков сети с максимальной и минимальной нагрузкой с применением реактора типа РТУ

8.4.1 Расчёт мощности шунтирующих реакторов

Необходимую мощность шунтирующего реактора, определим по зарядной мощности (МВАр), натуральной мощности линии (МВт) и по активной мощности (МВт) понизительных станций в режиме максимальной нагрузки, для линии «Комсомольская – Селихино», из [2].

где — зарядная мощность линии, МВАр; P – активная мощность ПС «Комсомольская» в режиме минимальных нагрузок, МВт; — натуральная мощность линии.

где — номинальное напряжение сети, кВ; — вольное сопротивление линии, Ом.

Согласно [1] волновое сопротивление линии в формуле (8.6) представлено только действительной частью, получаем:

Ёмкостная компенсация

Широко применяется на тяговых подстанциях переменного тока c целью повышения эффективности работы электрооборудования, снижения потерь электроэнергии, что, в частности, позволяет повысить пропускную способность железнодорожного транспорта.

Ёмкостная компенсация реактивной мощности осуществляется с помощью конденсаторных установок. Ввиду того, что напряжение в тяговой сети меняется со временем, необходимо применять регулируемые конденсаторные установки.

Различают продольную, поперечную и продольно-поперечную ёмкостную компенсацию.

Содержание

Регулируемые установки поперечной ёмкостной компенсации [ править | править код ]

Поперечная компенсация (КУ) применяется для уменьшения реактивной составляющей тока в системе за счёт установки источника реактивной мощности в непосредственной близости от нагрузки [1] .

По способу регулирования рассматриваются следующие группы регулируемых КУ:

• регулируемые ‒ включение реакторов параллельно или последовательно с ёмкостью конденсаторов;
• ступенчатые регулируемые (дискретно регулируемые) ‒ включение-отключение отдельных ступеней конденсаторных батарей или изменение схемы соединения.

Регулируемые КУ с шунтирующими реакторами [ править | править код ]

Суммарная мощность КУ при параллельном включении регулируемого реактора LRP и конденсаторной батареи С с реактором LR (рис. 1, а) равна разности их мощностей. Если мощности равны, то КУ не вырабатывает реактивную мощность. При регулировании LRP, уменьшая его мощность, КУ увеличивает генерацию реактивной мощности в сети [2] .

Регулирование мощности реактора происходит с помощью явления насыщения стали, возникающего при продольном и поперечном подмагничивании магнитопровода реактора постоянным током.

В наше время применение реакторов с поперечным подмагничиванием является невыгодным из-за высокой стоимости и ряда недостатков.

Схема с реактором, регулируемая с помощью тиристоров (СТК, рис. 1, б) применяется почти во всех сетях 35 кВ и выше. Увеличивая угол регулирования тиристоров от 0 до π/2, изменяют величину тока, протекающего через реактор, от номинального значения до нуля. Достоинством является высокая надежность тиристорного управления. Недостатком ‒ наличие высших гармоник в токе, который потребляется реактором из сети. Поэтому в этой схеме обязательно должны быть фильтры, настроенные на нечётные гармоники (фильтры CF) [3] .

Вместо реактора может быть применён реактор-трансформатор для снижения напряжения на коммутируемых тиристорах (рис. 1, в). Также существует схема с включением конденсаторной батареи и СТК через понижающий трансформатор (автотрансформатор), позволяя работать тиристорам на пониженном напряжении (рис. 1, г).

Статический тиристорный компенсатор (СТК) с реакторной группой ТРГ, управляемый тиристорами, и мощными фильтрокомпенсирующими цепями ФКЦ (рис. 2) [4] . В данную схему входит:

• однофазная тиристорно-реакторная группа (ТРГ) ‒ плавно регулируемый потребитель реактивной мощности;
• фильтрокомпенсирующая цепь (ФКЦ) ‒ источник реактивной мощности и фильтр высших гармоник; ‒ снижает влияние резонансных явлений на оборудование СТК;
• система управления и защита СТК ‒ состоит из шкафа управления СТК со шкафом управления тиристорами и релейной защиты и шкафом охлаждения тиристоров.

В настоящее время применение СТК на российских железных дорогах невыгодно из-за больших капитальных затрат и долгой окупаемости. Поэтому необходимо упростить схему СТК и удешевить прежде всего тиристорно-реакторную группу регулирования.

Регулируемые ступенчатые установки [ править | править код ]

Состоят из нескольких секций. В зависимости от регулируемого параметра (напряжение, ток, реактивная мощность и т. д.) в них включается или отключается нужная секция (рис. 3, КУ1, КУ2, КУ3). Состоит из конденсаторной батареи С, реактора LR и главного выключателя Q1 с демпфирующей цепочкой Q2‒R. Сложность выполнения ступенчатых КУ заключается в необходимости защиты от переходных процессов при коммутации КУ из-за бросков токов и напряжений, вследствие чего этого снижается надёжность работы КУ. Поэтому главное при создании ступенчатых регулируемых КУ ‒ ограничение токов и напряжений при включении или отключения КУ [5] .

Переключаемые установки продольной ёмкостной компенсации [ править | править код ]

Установки продольной ёмкостной компенсации (УПК) применяются для уменьшения влияния индуктивной составляющей сопротивлений трансформаторов тяговых подстанций и тяговой сети на напряжение на токоприёмнике электровоза путем включения ёмкости последовательно с ними [6] .

В РФ УПК на тяговых подстанциях устанавливается в отсасывающую линию (рис. 4). В отсасывающей линии УПК участвует в повышении напряжения, устраняет эффект опережающей и отстающей фаз, достигается симметрия напряжения при равных токах в плечах питания, снижает класс напряжения применяемого оборудования и упрощает конструктивное выполнение установки [7] .

На данной схеме (рис. 4) показана только одна секция С (параллельно ей подключаются остальные секции). От одного ряда конденсаторов С через ограничительный резистор R и тиристорный ключ ТК напряжение поступает на низковольтные обмотки двух последовательно соединённых трансформаторов TVL. Высоковольтные обмотки этих трансформаторов включены встречно. При сквозном КЗ нарастает напряжение на конденсаторах.

При достижении напряжения уставки U_УСТ срабатывает тиристорный ключ VDT. Практически мгновенно (менее, чем за 1 мс) поджигается трехэлектродный разрядник (тригатрон) ТГ. Дуга на главных контактах тригатрона горит до момента, когда включается вакуумный контактор Q (примерно через 0,03 с) [8] .

Достоинствами УПК являются: повышение уровня и уменьшение колебания напряжения на токоприемники ЭПС, симметрия напряжения на шинах 27,5 кВ. Недостатками: более тяжёлые условия работы конденсаторов УПК, чем у КУ, так как по ним протекает ток КЗ тяговой сети, из-за этого необходимо наличие надёжной сверхбыстродействующей защиты, перегрузка конденсаторов УПК в аварийном, послеаварийном и вынужденном режимах.

Для лучшей компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения необходимо применять совместную работу КУ, УПК.

Производимая продукция:
низко- и высоковольтные системы компенсации и фильтрокомпенсации реактивной мощности

Электрические нагрузки как потребляют, так и генерируют реактивную мощность. Так как мощность, потребляемая из сети, изменяется на протяжении суток, соответственно изменяется баланс реактивной мощности в сети. Результатом являются неприемлемые изменения амплитуды напряжения.

Быстрые тиристорные компенсаторы имеют возможность в непрерывном режиме и практически мгновенно, в соответствии с запросами сети, вводить емкостную или индуктивную составляющую, регулируя, таким образом, напряжение в линии и поддерживая необходимый уровень генерации реактивной мощности. В дополнение к этому статические тиристорные компенсаторы снижают колебания активной мощности, вызванные изменениями напряжения. Статические тиристорные компенсаторы применяются как в распределительных, так и во внутризаводских сетях.

Статические тиристорные компенсаторы — очень эффективное средство для выравнивания колебаний напряжения при быстроизменяющейся нагрузке. Тиристорные компенсаторы реактивной мощности практически единственное экономически выгодное решение для удаленных от подстанции предприятий (нагрузок), где сеть достаточно слабая.

Номинальные параметры СТК и отличительные особенности:
— номинальное напряжение: от 6 до 220 кВ;
— номинальная мощность: от 1 до 360 МВАр;
— водяное или воздушное принудительное охлаждение тиристоров, воздушная изоляция;
— передача импульсов управления тиристоров в виде световых импульсов по волоконно-оптическим каналам;
— избыточные тиристоры в каждой фазе;
— резервирование ключевых компонентов;
— модульная конструкция для легкого обслуживания.
— срок окупаемости компенсатора составляет 1 – 1,5 года.

Установка статических тиристорных компенсаторов в необходимых точках сети позволяет увеличить пропускную способность линий электропередачи, снизить потери, улучшить синусоидальность кривой напряжения в различных режимах работы.

Основная схемная конфигурация СТК включает в себя конденсаторные батареи, настроенные как фильтры высших гармоник – фильтрокомпенсирующие цепи (ФКЦ), постоянно подключенные к сети или коммутируемые выключателями в соответствии с требованиями Заказчика, и включенные параллельно им в «треугольник» три фазы управляемых тиристорами реакторов — тиристорно-реакторная группа (ТРГ). Угол зажигания тиристоров может быстро изменяться таким образом, чтобы ток в реакторе отслеживал ток нагрузки или реактивную мощность в энергосистеме.

Номинальная мощность и схема СТК выбирается для каждого конкретного объекта в зависимости от параметров схемы электроснабжения, вида компенсируемой нагрузки и требований по качеству электроэнергии. Для каждого отдельного случая производится расчет требуемой мощности ТРГ и ФКЦ и определяется их состав.

Виды статических компенсаторов

Существует два основных типа статических тиристорных компенсаторов: тиристорно-управляемые реакторы и тиристорно-включаемые конденсаторы.
Схема TCR (тиристорно-управляемый реактор) наиболее часто используема. Она включает в себя постоянно включенные конденсаторные батареи с реакторами, на строенные на 3, 5, 7 или др. гармоники и генерирующие емкостную реактивную мощность (увеличение напряжения), а также управляемую тиристорами индуктивность (реактор), вводимый в работу полностью или частично для снижения емкостной части реактивной мощности. Постоянно включенные конденсаторы с реакторами образуют фильтры для снижения искажений питающей сети, создаваемых тиристорами, которые управляют реактором.

Схема TSC (тиристорно-включаемые конденсаторы) используется реже. В этой схеме реактор (индуктивность) включен постоянно, а регулирование реактивной мощности происходит быстрым включением/отключением ступеней конденсаторов. Конденсаторы обычно полностью включаются тиристором, соответственно, гармоники тока не генерируются. Момент включения конденсаторов выбирается из условия минимума разницы потенциалов в сети и на выводах конденсатора, момент отключения при переходе тока через 0. Соответственно, переходные процессы при коммутации конденсаторов сведены к минимуму.

Основные преимущества применения СТК заключаются в следующем:

Для линий электропередач:

— повышение статической и динамической устойчивости линии передачи;
— снижение отклонений напряжения при больших возмущениях в системе;
— стабилизация напряжения;
— ограничение внутренних перенапряжений;
— увеличение передаточной способности электропередачи из-за улучшения устойчивости при большой передаваемой мощности;
— фильтрация токов высших гармоник.

Для промышленных установок:
— снижение колебаний напряжения;
— повышение коэффициента мощности;
— снижение токов высших гармоник;
— снижение искажений напряжения.

Для дуговых сталеплавильных печей:
— существенное снижение возмущений в питающей сети;
— возможность подключения мощных печей к энергосистемам с низкой мощностью КЗ;
— повышение среднего коэффициента мощности;
— снижение токов высших гармоник, текущих в энергосистему;
— компенсация несимметрии токов фаз ДСП;
— повышение производительности печи;
— увеличение вводимой в печь мощности за счет стабилизации напряжения;
— снижение расхода электродов;
— предотвращения резонансных явлений за счет установки фиксированных фильтров высших гармоник.

Пример применения СТК для дуговой сталеплавильной печи:

Применение статического компенсатора реактивной мощности позволяет в течение миллисекунд компенсировать колебания реактивной мощности по каждой фазе индивидуально и обеспечить подачу уравновешенного и стабильного напряжения.
Помимо существенного снижения возмущений в питающей сети, снижения несимметрии токов фаз печи и предотвращения резонансных явлений за счет фильтрации высших гармоник, применение СТК способствует повышению среднего коэффициента мощности печи, снижению времени плавки и повышению производительности печи.
Увеличивая подаваемую на электропечь активную мощность, СТК может сократить время расплава до 30 %. Указанное время вычисляется по формуле:

где G – вес закладки, тонн;
W – удельное потребление энергии, кВт/тонн;
F – коэффициент использования, равный примерно 0,8;
P1 – мощность печи без СТК;
P2 – мощность печи с СТК.

Сокращение времени расплава для печи в результате увеличения активной мощности:

Рассмотрим, как изменятся основные показатели работы электродуговой сталеплавильной печи, после применения СТК:

Реакторная группа, коммутируемая тиристорами

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления комбинированными источниками реактивной мощности, построенными на основе статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности. Технический результат — улучшение характеристик и параметров реакторной группы, повышение дискретности уровней регулируемого тока, повышение качества электрической энергии при регулировании тока, упрощение устройства в целом за счет исключения из его состава фильтров высших гармоник, уменьшение установленной мощности входящего в состав реакторной группы оборудования. Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоящая из двух параллельно подключенных к выводам реакторной группы ветвей, каждая из которых содержит последовательное соединение реактора и двунаправленного тиристорного ключа, дополнена третьей параллельной ветвью, содержащей последовательное соединение реактора и двунаправленного тиристорного ключа, и в каждую из трех параллельных ветвей реакторной группы последовательно с реактором и двунаправленным тиристорным ключом введены дополнительные реактор и двунаправленный тиристорный ключ таким образом, что одни из выводов реактора и дополнительного реактора соединены с разноименными выводами реакторной группы, а общая точка соединения двунаправленного тиристорного ключа и дополнительного двунаправленного тиристорного ключа одной из ветвей соединена соответственно с аналогичными общими точками соединения двунаправленных тиристорных ключей и дополнительных двунаправленных тиристорных ключей оставшихся ветвей с помощью вспомогательных двунаправленных тиристорных ключей. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности, построенными на основе тиристорных преобразователей. Подобные устройства широко применяются в электроэнергетике, электроприводе, электротермии, электролизе, преобразовательной технике, для плавного регулирования реактивной мощности в электрической сети, как в режиме ее потребления, так и генерации в составе управляемых шунтирующих реакторов и комбинированных статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

Известен управляемый шунтирующий реактор, использующий стальной сердечник в качестве магнитопровода. Управление индуктивностью реактора осуществляется за счет воздействия на состояние магнитопровода сердечника с помощью изменения тока подмагничивания в дополнительной обмотке управляемого шунтирующего реактора и изменения положения рабочей точки сердечника на нелинейной кривой намагничивания его стали. Дополнительная обмотка подключается к регулятору тока, построенному на основе управляемых ключей. Система управления регулятором управляет состоянием управляемых ключей и тем самым регулирует величину тока подмагничивания управляемого шунтирующего реактора, изменяя его индуктивность (Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. статей. 2-е дополненное издание. Под ред. Д.т.н., проф. A.M. Брянцева. — М.: «Знак». 2010. 288 с. Ил.).

К недостаткам такого устройства относятся сложная конструкция управляемого шунтирующего реактора и цепей управления, наличие дополнительных потерь в стали сердечника и нелинейных искажений в кривой тока управляемого шунтирующего реактора, что требует применения дополнительных фильтров высших гармоник и приводит к усложнению схемы управляемого шунтирующего реактора.

Известна реакторная группа, коммутируемая тиристорами, использующая параллельно соединенные ветви, каждая из которых содержит реактор с последовательно подключенным к нему двунаправленным тиристорным ключом. Реализация фазового управления тиристорным ключом в каждой из параллельно соединенных ветвей позволяет осуществлять в ней плавное регулирование тока. Применение нескольких параллельно соединенных ветвей, каждая из которых состоит из реактора и двунаправленного тиристорного ключа, обеспечивает требуемую величину тока в реакторной группе и уменьшение в нем содержания высших гармоник. Количество параллельно соединенных ветвей, а также величины индуктивностей реакторов подбирают исходя из необходимости получения различных уровней регулируемого тока в реакторной группе. При этом регулирование токов реакторов в каждой из параллельно соединенных ветвей осуществляется с помощью фазового управления соответствующих тиристорных ключей. Система управления устройством синхронизирует моменты отпирания встречно-параллельно соединенных тиристоров в каждой из параллельных ветвей относительно приложенного к ним напряжения. («Основы современной энергетики. Ч. 2. Современная электроэнергетика» под ред. А.П. Бурмана и В.А. Строева. Из-во «МЭИ», 2003, 453 стр. с илл. Стр. 200, рис. 8.12).

Существенным недостатком данной реакторной группы, коммутируемой тиристорами, является невысокая дискретность уровней регулируемого тока, а также его несинусоидальная форма с присутствием в нем большого числа высших гармоник, вызванных процессом фазового регулирования токов в каждой из ветвей реакторной группы. Для подавления высших гармоник в токе необходимо применять дополнительные фильтры высших гармоник. Применение фильтров, с одной стороны, полностью не устраняет высшие гармоники в кривой тока и, с другой стороны, усложняет схему реакторной группы за счет введения в нее дополнительных устройств.

Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является улучшение характеристик и параметров реакторной группы, включающее повышение дискретности уровней регулируемого тока, повышение качества электрической энергии при регулировании тока за счет исключения из его состава высших гармонических составляющих, увеличение быстродействия регулирования уровня реактивной мощности, а также упрощение устройства в целом за счет исключения из его состава фильтров высших гармоник и уменьшение установленной мощности оборудования, входящего в состав реакторной группы.

Технический результат достигается тем, что реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоящая из двух параллельно подключенных к выводам реакторной группы ветвей, каждая из которых содержит последовательное соединение реактора и двунаправленного тиристорного ключа, дополнена третьей параллельной ветвью, содержащей последовательное соединение реактора и двунаправленного тиристорного ключа, и в каждую из трех параллельных ветвей реакторной группы последовательно с реактором и двунаправленным тиристорным ключом введены дополнительные реактор и двунаправленный тиристорный ключ таким образом, что одни из выводов реактора и дополнительного реактора соединены с разноименными выводами реакторной группы, а общая точка соединения двунаправленного тиристорного ключа и дополнительного двунаправленного тиристорного ключа одной из ветвей соединена соответственно с аналогичными общими точками соединения двунаправленных тиристорных ключей и дополнительных двунаправленных тиристорных ключей оставшихся ветвей с помощью вспомогательных двунаправленных тиристорных ключей.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема построения реакторной группы, коммутируемой тиристорами.

На фиг. 2 приведена таблица величин индуктивностей реакторной группы, получаемых при различных комбинациях включенных двунаправленных тиристорных ключей.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы приложенного к реакторной группе напряжения и ее токов при различной комбинации включенных двунаправленных тиристорных ключей.

Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоит из трех параллельно подключенных к ее выводам ветвей. Первая ветвь содержит последовательное соединение реактора 1, двунаправленного тиристорного ключа 2, двунаправленного тиристорного ключа 3 и реактора 4. Вторая ветвь содержит последовательное соединение реактора 5, двунаправленного тиристорного ключа 6, двунаправленного тиристорного ключа 7 и реактора 8. Третья ветвь содержит последовательное соединение реактора 9, двунаправленного тиристорного ключа 10, двунаправленного тиристорного ключа 11 и реактора 12. При этом не подключенные к двунаправленным тиристорным ключам 2, 6 и 10 выводы реакторов 1, 5 и 9 объединены вместе и подключены к одному из выводов реакторной группы. К другому выводу реакторной группы подключены выводы реакторов 4, 8, 12, не соединенные с двунаправленными тиристорными ключами 3, 7, 11. Между общей точкой соединения двунаправленных тиристорных ключей 6 и 7 и аналогичными общими точками соединения двунаправленных тиристорных ключей 2 и 3, а также двунаправленных тиристорных ключей 10 и 11 включены дополнительные двунаправленные тиристорные ключи 13 и 14 соответственно.

Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, работает следующим образом. Управление двунаправленными тиристорными ключами 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14 осуществляется в моменты максимума или минимума, приложенного к реакторной группе напряжения. При этом набор включаемых в указанные моменты двунаправленных тиристорных ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14 определяется системой управления в зависимости от требуемой величины индуктивности реакторной группы. Изменение набора включенных двунаправленных тиристорных ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14 приводит к изменению внутренней топологии схемы реакторной группы и соответственно величины ее результирующей индуктивности. При заданной конфигурации схемы реакторной группы возможно получить 47 различных значений величины ее индуктивности. За счет выбора значений индуктивностей реакторов 1, 4, 5, 8, 9, 12 в зависимости от комбинации включенных управляемых ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14 обеспечивается относительно равномерное изменение величины индуктивности реакторной группы.

На фиг. 2 представлена таблица относительных величин значений индуктивностей реакторной группы в зависимости от состояния включенных тиристорных ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14. Нормирование величин получаемых индуктивностей (L) и соответствующих им реактивных мощностей реакторной группы (Q) осуществляется относительно минимально возможной величины индуктивности реакторной группы L_eq, получаемой в схеме фиг. 1 при всех включенных тиристорных ключах 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14. Очевидно, что минимально возможной индуктивности L_eq соответствует максимальное значение реактивной мощности Q_макс, обеспечиваемое реакторной группой. При этом значения индуктивностей секций 3, 4, 7, 8, 11, 12 реакторов 2, 6, 10 в приведенном примере определяются соотношениями: L₃=1.89 L_eq, L₄=1.34 L_eq, L₇=0.66 L_eq, L₈=1,41 L_eq, L₁₁=7.56 L_eq и L₁₂=3.78 L_eq.

Наличие 47 ступеней изменения величины индуктивности и соответственно токов и реактивных мощностей реакторной группы, получаемых с помощью управления двунаправленными тиристорными ключами 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14, уже не требует применения фазового регулирования, вызывающего появление высших гармонических составляющих в кривой тока реакторной группы.

Реализация управления состоянием управляемых ключей в моменты максимума или минимума напряжения на реакторной группе позволяет обеспечить синусоидальную форму ее тока и полное отсутствие в нем высших гармонических составляющих. На фиг. 3 изображены кривые тока и напряжения реакторной группы при различных комбинациях включенных управляемых ключей 2, 3, 6, 7, 10, 11, 13, 14, представленных на фиг. 2.

Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоящая из двух параллельно подключенных к выводам реакторной группы ветвей, каждая из которых содержит последовательное соединение реактора и двунаправленного тиристорного ключа, отличающаяся тем, что в реакторную группу добавлена третья параллельная ветвь, содержащая последовательное соединение реактора и двунаправленного тиристорного ключа, и в каждую из трех параллельных ветвей реакторной группы последовательно с реактором и двунаправленным тиристорным ключом введены дополнительные реактор и двунаправленный тиристорный ключ таким образом, что одни из выводов реактора и дополнительного реактора соединены с разноименными выводами реакторной группы, а общая точка соединения двунаправленного тиристорного ключа и дополнительного двунаправленного тиристорного ключа одной из ветвей соединена соответственно с аналогичными общими точками соединения двунаправленных тиристорных ключей и дополнительных двунаправленных тиристорных ключей оставшихся ветвей с помощью вспомогательных двунаправленных тиристорных ключей.