ДГР, регулируемые без напряжения
Рис. 55. Схема ДГР. регулируемого без напряжения пересоединением зажимов.
Известны реакторы, регулируемые пересоединением зажимов ответвлений обмотки, изготовленные и эксплуатируемые в Харьковэнерго [126]. Обмотка этого ДГР (рис. 55), кроме основного А, имеет девять ответвлений, выведенных через проходные изоляторы на крышку бака, одно из которых заземляется с помощью гибкой шины.
Эксплуатация реактора вследствие очевидных неудобств затруднена, поэтому они могут использоваться только в качестве базовых.
Из реакторов, регулируемых ступенчато без напряжения с помощью устройства переключения без напряжения (ПБН), в нашей стране наиболее распространены заземляющие реакторы однофазные масляные (ЗРОМ) или реакторы заземляющие дугогасящие ступенчатые однофазные масляные (РЗДСОМ) [17], составляющие 80 % эксплуатируемых ДГР. Реакторы выпускаются серийно ПО «Электрозавод» (Москва) для высоковольтных сетей напряжением до 35 кВ включительно с основными параметрами, указанными в табл. 2. Принципиальная электрическая схема и стилизованный разрез ЗРОМ (РЗДСОМ) приведены на рис. 56.
Основная и регулировочная обмотки разделены на две половины, расположенные на двухстержневом магнитопроводе. Устройство ПБН барабанного типа обеспечивает пять ступеней переключения при глубине регулирования равной двум. Управление устройством ПБН выполняется на отключенном от сети реакторе вручную с помощью рукоятки, выведенной на крышу бака. Современным эксплуатационным требованиям реактор не соответствует. Отношение производной тока по регулируемой параметру к величине тока превышает 0,1, на четвертой ступени коэффициент расстройки доходит до 0,115 (v = 0,115).
Таблица 2. Основные напряжения, мощности и предельные токи реакторов со ступенчатым регулированием.
Реактор имеет практически линейную вольт-амперную характеристику при увеличении напряжения до 1,1 U. Высшие гармоники в токе реактора отсутствуют (K = 0). Активные потери реактора не превышают 2,5 % номинальной мощности (р = 0,025). Для реакторов с максимальным током более 50 А остаточный ток превышает 5 А. Технология изготовления ЭРОМ и РЗДСОМ разработана сравнительно давно и полностью отвечает требованиям серийного производства.
Рис. 56. Принципиальная схема (а) и стилизованный разрез (б) реактора типа ЗРОМ (РЗДСОМ).
ДГР с регулируемым зазором магнитопровода.
В энергосистемах нашей страны такие реакторы (устаревшее название — плунжерные) представлены несколькими модификациями. По конструированию
и инженерной методике расчета этих реакторов имеется достаточно работ [7, 83].
Таблица 3. Основные напряжения, мощности я предельные токи реакторов с регулируемым зазором магнитопровода
* Данные относятся к реакторам типа ZTC.
Известны ДГР серийного выпуска зарубежных фирм AEG, ВВС, TRAFO —UNION, ELIN, EGV (Чехословакия) и отечественные типа РЗДПОМ производства ПО «Электрозавод». В энергосистемах Украинской ССР установлены более 200 плавнорегулируемых реакторов, изготовленных местными энергоремонтными предприятиями.
В табл. 3 приведены основные параметры реакторов РЗДПОМ* и ZTC (Чехословакия), а на рис. 57 — принципиальная схема реактора типа ZTC и его стилизованный разрез.
* Головчан В. Д., Бурак Н. В., Гильман С. Д. Заземляющие реакторы с плавным регулированием индуктивности—Электротехника, 1980, № 1, с. 21—24.
Магнитная система выполнена в виде двух цилиндрических сердечников, между которыми находится изменяемый зазор; магнитный поток замыкается по сердечникам зазору и П-образным перемычкам (ярмам), симметрично расположенным вокруг сердечника. Реактор имеет основную обмотку без ответвлений, измерительную (сигнальную) обмотку на напряжение 100 В и дополнительную силовую обмотку, рассчитанную на 20 % мощности, потребляемой в течение 1 мин. Эта дополнительная обмотка предназначена для кратковременного наложения активного тока с целью выявления присоединения с замыканием на землю. У реакторов типа РЗДПОМ такая обмотка не предусмотрена.
Рис. 57. Схема (а) и стилизованный разрез (б) реактора типа ZTC о изменяемым зазором магнитопровода (ЧССР),
Немагнитный зазор регулируется электроприводом с соответствующей кинематической схемой. Управление приводом осуществляется дистанционно вручную или автоматически при номинальном напряжении реактора. В схеме электропривода предусмотрена блокировка, ограничивающая диапазон регулирования, и указатель значения тока реактора. Изготовление электропривода выходит за рамки традиционной технологии реакторостроения, требует создания специального производства и повышает стоимость реактора в целом. Наличие регулируемого зазора и электромеханического привода значительно снижает надежность работы реактора.
В эксплуатации известны случаи заклинивания подвижных сердечников (особенно у реакторов, изготовленных энергоремонтными предприятиями), которые приводили к аварийному выходу ДГР из строя. Большие динамические усилия в зазоре вызывают вибрации, отрицательно сказывающиеся на работе электропривода.
Глубина регулирования тока у ZTC-10 и РЗДПОМ-5. Отношение производной тока по регулируемому параметру (зазору) к величине тока на всех участках регулировочной характеристики значительно меньше 0,1. Это позволяет настраивать компенсацию с высокой точностью (v ≤ 0,01), определяемой характеристиками автоматического регулятора. Активные потери реактора не превышают допустимых значений (р ≤ 0,025). Высшие гармоники в токе реактора отсутствуют (kг=0). Суммарный остаточный ток для всех номинальных мощностей реакторов не превосходит допустимой величины 5 А. Время регулирования диапазона номинального тока составит 0,5—2 мин. Вольт-амперная характеристика реактора линейная.
ДГР с подмагничиванием магнитопровода. Эти плавно-регулируемые реакторы (другое название управляемые) имеют сравнительно глубоко разработанную теорию. Хотя серийный их выпуск не освоен, в энергосистемах эксплуатируются опытные образцы реакторов с продольным, поперечным и комбинированным продольно-поперечным подмагничиванием [24].
Интерес разработчиков к данной конструкции ДГР объясняется прежде всего надежностью и простотой регулирования. Другим важным свойством реакторов с подмагничиванием является их сравнительно высокое быстродействие, что позволяет повысить эффективность систем компенсации в режиме замыкания на землю.
На рис. 58, а, б представлены принципиальная электрическая схема и стилизованный разрез управляемого реактора с продольным подмагничиванием магнитопровода, который имеет основную и сигнальную обмотки, а также обмотку управления, подключаемую к источнику Постоянного регулируемого тока.
С целью снижения уровня высших гармоник в токе реактора магнитную систему продольно подмагничиваемых реакторов выполняют многостержневой [23, 123], что значительно удорожает конструкцию.
У реакторов с поперечным подмагничиванием управляющая обмотка разделена на секции, располагаемые на вставках стержней магнитопровода. Магнитный поток обмотки управления ориентирован перпендикулярно магнитному потоку основной обмотки, чем достигается значительное снижение уровня высших гармоник.
Изготовление таких реакторов технологически более сложно и, соответственно, дороже.
Реактор с комбинированным продольно-поперечным подмагничиванием, сочетающий преимущества обоих способов, описан в работе [124]. В качестве регулирующего устройства используется фазоуправляемый выпрямитель необходимой мощности. Регулирование может осуществляться дистанционно и автоматически при номинальном напряжении.
Рис. 58. Схема (а) и стилизованный разрез (б) управляемого реактора с продольным подмагничиванием магнитопровода.
Глубина регулирования тока в основной обмотке зависит от способа подмагничивания и составляет обычно 2—6. Отношение производной тока по регулируемому параметру к величине тока на всех участках регулировочной характеристики меньше 0,1.
Точность настройки компенсации в нормальном режиме высокая (v<0,01). Однако при замыкании на землю вследствие наличия нелинейности вольт-амперных характеристик при определенных уровнях тока подмагничивания ошибка в настройке компенсации может превысить 5%. Для устранения этого недостатка применяют специальную автоматическую коррекцию настройки в режиме однофазного замыкания. Активные потери в цепи основного тока в зависимости от конструкции и способа подмагничивания составляют 2,8—8 % номинальной мощности реактора [75].
Принципиальной особенностью управляемых реакторов является наличие в основном токе высших гармоник (главным образом, нечетных), уровень которых составляет 2—10% (kг=0,02:0,1). Поэтому требование к величине суммарного остаточного тока выполнимо только для управляемых реакторов с максимальным током 50—70 А.
Время регулирования полного диапазона номинального тока составляет 0,9—5 с, причем зависит от направления регулирования [32]. При уменьшении номинального тока оно увеличивается, что ухудшает характеристики системы настройки компенсации.
Следует отметить, что быстродействие реактора можно значительно увеличить применением специальной форсировки [24], однако реализация этого способа управления требует значительного усложнения автоматического регулятора, реализующего сложный закон управления током подмагничивания.
К недостаткам управляемых реакторов относится наличие постоянного расхода электроэнергии на подмагничивание. Принципиально подмагничивание можно включать только в режиме замыкания на землю, отказавшись от предварительной настройки компенсации, вопреки требованию ПТЭ. В этом случае ухудшаются условия ликвидации кратковременных (менее 0,01 с) замыканий на землю, так называемых «клевков», что свойственно предварительно точно настроенным реакторам.
ДГР с фазоуправляемым коммутатором.
Способ регулирования переменного тока изменением момента (фазы, угла) включения индуктивности в цепь в каждом полупериоде приложенного напряжения известен сравнительно давно [6], однако реализация его в электроэнергетических установках стала возможной с появлением силовых тиристоров соответствующей мощности [85, 89].
В работе [85] описана опытная установка компенсации емкостного тока карьерной сети, состоящая из нерегулируемого реактора типа ЗРОМ и включенного последовательно с ним тиристорного коммутатора. При изменении угла (фазы) включения тиристоров в диапазонах 90—180 и 270—360 эл. град, среднее значение тока реактора регулируется от максимального значения до нуля, т. е. глубина регулирования формально равна бесконечности. Отношение производной тока первой гармоники по регулируемому параметру к величине тока на всех участках регулировочной характеристики меньше 0,1. Точность настройки компенсации по первой гармонике высокая (0,01). Активные потери не превышают 2,5% номинальной мощности (р = 0,025), аналогично реактору типа ЗРОМ. В токе реактора велик уровень высших гармоник (kг = 0,15). Суммарный остаточный ток превышает величину 5 А для реакторов с номинальным током более 50 А. Быстродействие реактора определяется величиной порядка полпериода напряжения промышленной частоты, т. е. 0,01 с.
Рис. 59. Диаграммы мгновенных значений токов и напряжений при использовании обычных ДГР (а, б) и ДГР о фазоуправляемым коммутатором (в, г).
Рассмотренный аппарат удовлетворяет большинству предъявляемых требований, но его применение для компенсации емкостных токов может быть обосновано только после ответа на ряд принципиальных вопросов.
В случае применения реактора с фазоуправляемым коммутатором в месте однофазного замыкания в течение каждого полупериода компенсируется не мгновенное значение емкостного тока, как при использовании реакторов других типов, а среднее значение
где t2 — момент (фаза) включения коммутатора.
На рис. 59, а—г представлены кривые изменения мгновенных значений емкостного тока реактора и тока в месте замыкания, характеризующие работу обычных и ДГР с фазоуправляемым коммутатором. Насколько эффективно будет происходить гашение заземляющей дуги при использовании реактора с фазоуправляемым коммутатором, пока не ясно. Периодическая коммутация мощного реактора, очевидно, будет вызывать в сети помехи. Для окончательных выводов о целесообразности применения этих реакторов, по нашему мнению, необходимы дополнительные исследования.
Остается открытым вопрос о принципах измерения настройки компенсации как в нормальном режиме, так и при замыкании на землю. Очевидно, потребуется определенное усложнение автоматического регулятора из-за наличия квазистационарного переходного процесса в контуре нулевой последовательности сети.
