Статьи

Преимущества современных УШР отечественного производства

П.Ю. Булыкин, К.С. Кошелев, А.В. Родыгин

А.В. Антонов, А.М. Матинян

Преимущества современных УШР отечественного производства

Ключевые слова: УШР, надежность, гармоники, быстродействие.

Аннотация: Обеспечение надежности электроснабжения в электрических сетях по-прежнему является одним из основных приоритетов электросетевых компаний. Широко применяемые в электрических сетях управляемые шунтирующие реакторы (УШР) разработаны более 20 лет назад, однако проведенные ОАО «Айдис групп» и АО «НТЦ ФСК ЕЭС» научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы позволили повысить эффективность данного оборудования за счет применения инновационных решений, как в конструкции устройства, так и в алгоритмах управления. Данная статья освещает прикладные достижения данных компаний в модернизации универсального отечественного УШР, позволяющими обеспечить надежность работы электрических сетей 110-500 кВ в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах.

В 2012 году был разработан технический проект УШРТ новой конструкции, не требующей использования фильтров высших гармоник и обеспечивающей улучшенный гармонический состав потребляемого из сети тока реактора за счет использования расщепленных вентильных обмоток (рисунок 1), соединенных в «звезду» и «треугольник», что дает ряд преимуществ по сравнению с устаревшими типами УШР.

Рисунок 1 – Принципиальная схема УШРТ с расщепленными ВО

Во-первых, УШРТ оказывает меньшее воздействие на сеть в части высших гармоник. Суммарный коэффициент гармонических искажений УШРТ составляет 1,8% [1] против 3,5% в управляемом реакторе с подмагничиванием постоянным током (УШРП) [2]. Кроме того, высшие гармоники в УШРТ начинаются с 11-ой (в отличие от устаревших УШРП), где спектр гармоник шире и начинается с 5-ой), что снижает вероятность возбуждения резонанса на высших гармониках в сети. Данная проблема наиболее актуальна в сетях 330 и 500 кВ, где УШР применяют без фильтро-компенсирующих устройств. Применение УШРТ с расщепленными вентильными обмотками, соединенными в группы «звезда» и «треугольник», снижает уровень гармонических искажений тока сетевой обмотки (СО) реактора до уровня, не требующего применения дополнительных мер ослабления высших гармоник тока, что подтверждено результатами сетевых испытаний (рис.2-4.) УШРТ на ПС 330 кВ Старорусская.

Рисунок 2 – Спектр тока СО УШРТ в режиме с максимальным THDi

Рисунок 3 – Спектр напряжение СО УШРТ в режиме с максимальным THDi

Рисунок 4 – Спектр напряжение СО УШРТ на холостом ходу реактора

Во-вторых, изменение мощности УШРТ от 5 до 100% составляет менее 30 мс. (против 0,3-3 с в зависимости от мощности преобразователя УШРП), что подтверждено сетевыми испытаниями УШРТ (рис. 5). Указанное высокое быстродействие делает данный реактор незаменимым для обеспечения устойчивости:

  • Сконцентрированной двигательной нагрузки в «слабых» электрических сетях (например, на нефтяных промыслах) за счет быстрой расфорсировки реактора при провалах напряжения;
  • Энергосистем связанных слабой межсистемной связью за счет демпфирования колебаний передаваемой по ней мощности после КЗ и предотвращения лавины напряжения.

Рисунок 5 – Набор мощности УШРТ на ПС 330 кВ Старорусская при изменении уставки напряжения

В-третьих, при подключении УШРТ к линии 330-500 кВ «за» выключателем (рис.6.) обеспечиваются ряд дополнительные преимуществ, таких как повышение вероятности успешного ОАПВ линии и успешного опробования линии напряжением.

Рисунок 6 - Типы подключения УШРТ к сети

Линейные УШРТ на ВЛ 330-500 кВ длиной более 230 км позволяет сократить время паузы ОАПВ линии (рис. 7) за счет использования инновационного решения по гашению тока подпитки дуги [3], что позволяет повысить динамическую устойчивость энергосистемы и надежность работы энергосистемы и снизить объем дозировку воздействия противоаварийной автоматики энергосистем.

Рисунок 7 – Зависимость длительности ОАПВ от параметров сети

За счет высокого быстродействия УШРТ позволяет предотвратить развитие режима недопустимого повышения напряжения, возникающего на ЛЭП со степенью компенсации зарядной мощности близкой к 100% (большинство линий) после погасания дуги в цикле ОАПВ линии [4].

Фазоимпульсное управление УШРТ позволяет обеспечить включение линии без апериодической составляющей (на ЛЭП со степенью компенсации зарядной мощности близкой к 100%), что позволяет устранить причину повреждения линейного выключателя в нормированном цикле «включение-отключение» без применения специальных дополнительных мер таких как управляемая коммутация или предвключенные резисторы, необходимых в случае применения УШРП. Таким образом, применение УШРТ для включения линии на холостой ход более предпочтительно, чем применение УШРП [5].

Применение УШРТ на линиях не требует изменения существующих методик настройки защит линии, что установлено совместными исследованиями разработчиков УШРТ и производителем РЗА и верифицировано с помощью передовых технологий по моделированию в режиме реального времени на комплексе RTDS [6].

В настоящее время изготовлено оборудование УШРТ с расщепленными вентильными обмотками на классы напряжения 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ и 500 кВ, а в эксплуатацию в электрических сетях России введено 5 реакторов, в том числе на таком ответственном объекте, как приемная сторона Крымского энергомоста – ПС 220 кВ Кафа [7].

Заключение. Проведенный с 2012 года комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию линейки отечественных быстродействующих управляемых шунтирующих реакторов позволил создать универсальное решение для обеспечения надежности работы электрических сетей 110-500 кВ в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах работ. Правильность заложенных технических решений подтвердилась результатами сетевых испытаний и опытом эксплуатации внедренных пилотных образцов. Таким образом в 2018 году в России налажено производство отечественных современных УШР, приходящих на смену широко применявшимся ранее реакторам первого поколения, выпускавшихся на Запорожском трансформаторном заводе.

Литература:

  1. Матинян, А.М. Гармонический состав токов сетевых обмоток в УШРТ 500 кВ с расщепленными вентильными обмотками [Текст] / А.М. Матинян, М.В. Пешков, В.Н. Карпов, Н.А. Алексеев // Электрические станции. – 2016. – № 4. – С. 45 – 48.
  2. Дмитриев, М.В. Управляемые шунтирующие реакторы [Текст] / М.В. Дмитриев, А.С. Карпов, Е.Б. Шескин [и др.], под редакцией Г.А. Евдокунина. – СПб.: Родная Ладога. – 2013. – 280 с.
  3. Матинян, А.М. Применение УШРТ с расщепленными обмотками для сокращения времени цикла ОАПВ линий 500 кВ / А.М. Матинян, М.В. Пешков, В.Н. Карпов, Н.А. Алексеев // Электрические станции. – 2016. – № 8. – С. 39 – 45.
  4. Матинян, А.М. Особенности УШРТ, обеспечивающие предотвращение резонанса напряжений в цикле ОАПВ линии / А.М. Матинян, М.В. Пешков, В.Н. Карпов, Н.А. Алексеев // Электрические станции. – 2016. – № 11. – С. 36 – 40.
  5. Матинян, А.М. Особенности УШРТ, способствующие безопасному опробованию ЛЭП 500 кВ / А.М. Матинян, М.В. Пешков, В.Н. Карпов, Н.А. Алексеев, З.Е. Пугаченко // Электрические станции. – 2017. – № 1. – С. 33 – 37.
  6. Матинян, А.М. Проверка работоспособности адаптивного ОАПВ и ТАПВ линии, оснащенной линейным УШРТ, методом HIL-тестирования на RTDS / А.М. Матинян, М.Д. Ильин, Н.А. Дони, И.А. Кошельков, А.А. Шурупо// Релейная защита и автоматизация. – 2017. – № 2. – С. 20 – 27.
  7. Матинян, А.М. Быстродействующие управляемые шунтирующие реакторы для применения в ЕНЭС России и за рубежом / А.М. Матинян, М.В. Пешков, В.Н. Карпов, Н.А. Алексеев, В.А. Падалко, А.В. Антонов, П.Ю. Булыкин // Энергия единой сети. – 2017 – № 3. – С. 38 – 44.
Вернуться в список статей