В настоящее время возрастают технические и экономические требования к ЛЭП, предназначенным для транспорта электроэнергии от крупных электростанций и для связи мощных энергосистем. На первый план выдвигаются задачи снижения удельных капиталовложений в строительство новых и реконструкцию существующих линий. Решение этих вопросов связано с максимальным использованием ЛЭП за счет увеличения их пропускной способности и управления передаваемой мощностью, особенно в аварийных и послеаварийных режимах работы энергосистем. Анализ характеристик ЛЭП, показывает, что замена нерегулируемых линейных шунтирующих реакторов LR1 и LR2 на управляемые (УШР) повышает эффективность использования ЛЭП в диапазоне передаваемых мощностей от холостого хода (XX) до натуральной мощности. Дело в том, что наличие постоянно подключенных шунтирующих реакторов позволяет передавать по линии лишь 40—50% натуральной мощности из-за недопустимых снижений уровней напряжений. С другой стороны, при суточных изменениях передаваемой мощности проблематичной становится частая коммутация обычных шунтирующих реакторов из-за ограниченного ресурса коммутационного оборудования высокого напряжения.
Управляемый шунтирующий реактор на основе тиристорно-реакторных групп (УШРТ)
На рис. 1,а показана схема управляемых шунтирующих реакторов на основе тиристорно-реакторных групп на основе секций тиристорно-реакторных групп (ТРГ). Она включает в себя группу
Рис. 1. Схемы управляемых шунтирующих реакторов
обычных однофазных трансформаторов или трехфазный трансформатор Т, вторичые обмотки которого с напряжением 10, 20, 35 кВ через постоянно включенный выключатель Qr соединены в треугольник, и несколько параллельных секций (модулей) ТРГ, состоящих из встречно-параллельно включенных тиристорных вентилей VS1 и реакторов LR1.
Импульсно-фазовое управление тиристорными вентилями позволяет изменять ток ТРГ от нуля до номинального значения (рис. 2). Ниже приведены максимальные значения гармоник тока в процентах номинального (непрерывного) тока ТРГ при его регулировании:
V | 3 | 5 | 7 | 9 | 11 | 13 | 15 | 17 |
/v | 13,8 | 5,05 | 2,59 | 1,57 | 1,05 | 0,75 | 0,57 | 0,45 |
Гармоники, кратные трем, исключаются из сетевого тока соединения трех фаз ТРГ в треугольник. Остальные гармоники при необходимости могут быть уменьшены с помощью параллельно подключаемых фильтров. Полное исключение высших гармоник тока, в том числе при пофазном изменении мощности и несимметрии фазных напряжений, достигается ступенчатым управлением секций ТРГ.
2. Токи и напряжения на элементах ТРГ
Последовательное соединение реактора и тиристорных вентилей обеспечивает изменение мощности без переходного процесса, а быстродействие ТРГ определяется дискретностью управления тиристорами и для трехфазного модуля с шестью вентилями равно 3,33 мс.
Учитывая высокое быстродействие ТРГ и возможность ее пофазного управления, рассмотрим применение управляемых шунтирующих реакторов на основе тиристорно-реакторных групп для снижения коммутационных перенапряжений и гашения дуги в паузе ОАПВ.
Учитывая сложность создания физической модели линий СВН с реальными параметрами оборудования, например с требуемыми значениями добротности индуктивных элементов, исследования переходных процессов проводились методами цифрового математического моделирования. С этой целью на основе известных алгоритмов расчета переходных процессов в линиях, основанных на допущении о распространении вдоль линии плоской волны, была разработана комплексная математическая модель рассматриваемой схемы.
Одной из наиболее тяжелых и частых коммутаций является включение ЛЭП на холостой ход. В исследованиях большое внимание уделялось влиянию особенностей построения управляемых шунтирующих реакторов на основе тиристорно-реакторных групп и принципов управления тиристорными вентилями ТРГ на характер переходных процессов.
Проведенный анализ коммутационных переходных процессов показывает:
- При наличии в схеме управляемых шунтирующих реакторов на основе тиристорно-реакторных групп емкостных элементов целесообразно осуществлять их подключение с задержкой после включения линии с реакторно-тиристорной частью для уменьшения перенапряжений. Задержка определяется длительностью переходного j процесса, равного 1,0 с. Секционный УШРТ, тиристорно-реакторные группы которого имеют ступенчатое управление, не содержит емкостных элементов, что делает его более подходящим для снижения коммутационных перенапряжений.
- Степень готовности тиристорных вентилей управляемых шунтирующих реакторов на основе тиристорно-реакторных групп является определяющей при использовании его в качестве шунтирующего реактора линии. Наиболее предпочтительной является система управления тиристорными вентилями, имеющая независимый от силового напряжения источник питания, что обеспечивает необходимый уровень перенапряжений в линии и на элементах ТРГ. Требуемое быстродействие подключения полной мощности управляемых шунтирующих реакторов на основе тиристорно-реакторных групп с помощью тиристорных вентилей должно быть менее 10 мс от начала нарастания напряжения в конце ЛЭП, что в большей степени обеспечивается независимой системой управления тиристорами.
- Включение длинной ЛЭП с УШРТ в конце линии при подключении ТРГ без задержки в момент начала нарастания напряжения в конце ЛЭП с последующим диодным режимом работы тиристорных вентилей ограничивает уровень перенапряжений в большей степени, чем обычный нерегулируемый ШР. Переходный процесс включения линии сопровождается двукратной перегрузкой тиристорных вентилей с затуханием процесса в течение 1,0 с, которая учитывается при выборе типа тиристоров. Кроме того, перегрузка тиристоров по току может быть существенно снижена плавным изменением в течение трех-четырех периодов промышленной частоты углов управления тиристоров за счет перевода ТРГ из Диодного режима в номинальный режим 90-градусного управления.
- Необходимость высокого быстродействия управляемых шунтирующих реакторов на основе тиристорно-реакторных групп определяется коммутационными процессами при включении ЛЭП и в меньшей степени ее отключением.
