Управляемый реактор с трехстержневым магнитопроводом
Владельцы патента RU 2518149:
Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" (ОАО "НТЦ "ФСК ЕЭС") (RU)
Открытое акционерное общество "Айдис групп" (ОАО "Айдис групп") (RU)
Открытое акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" (ОАО "ФСК ЕЭС") (RU)
Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано, например, в качестве шунтирующего реактора в статических компенсаторах реактивной мощности линий электропередачи. Техническим результатом изобретения является снижение уровня генерируемых гармоник без увеличения установленной мощности и инерционности реактора. Стержни трехстержневого магнитопровода (1) состоят из двух последовательных элементов (2) и (3), а каждый элемент разделен на две параллельные части (4) и (5). Часть (4) выполнена с зазором, а часть (5) - без зазора. Фаза сетевой обмотки состоит из двух секций (6), а фаза управляющей обмотки - из двух секций (7) и (8). Секции (7) и (8) охватывают части (5), не имеющие зазора. Каждая секция (6) охватывает один из элементов стержня (2) или (3) целиком. Секции (6) каждой фазы соединены параллельно, секции (7) разных фаз - в звезду, секции (8) разных фаз - в эквивалентный треугольник. К соединенным в звезду секциям (7) и к соединенным в треугольник секциям (8) подключены трехфазные управляющие ключи. Управляющие ключи могут быть выполнены на тиристорах и собраны по схеме звезда или треугольник. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.
Область техники
Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано, например, в качестве шунтирующего реактора в статических компенсаторах реактивной мощности линий электропередачи.
Уровень техники
Регулирование напряжения на линии электропередачи осуществляют за счет компенсации ее реактивной мощности, для чего шунтируют линию управляемыми реакторами, функционирующими в качестве регуляторов реактивного тока.
Известен управляемый реактор, магнитопровод которого выполнен в виде двух стержней, на каждом из которых размещены первичная и вторичная обмотки, причем первичные обмотки соединены параллельно, а вторичные последовательно [US 4837497]. Для регулирования индуктивного сопротивления на первичной стороне включен двунаправленный ключ на тиристорах с фазовым управлением. Реактор обеспечивает плавное регулирование тока через первичную обмотку при низком уровне гармоник с порядковыми номерами 5, 7, 11, 13. Однако параметры ключа должны соответствовать напряжению первичной обмотки, что при напряжении более 100 кВ приводит к необходимости использовать большое число последовательно соединенных мощных тиристоров, существенно недогруженных по току.
Известен выбранный в качестве прототипа управляемый реактор, содержащий в каждой фазе магнитопровод, стержнь которого разделен на продольные части, одна из которых выполнена с зазором. На стержне магнитопровода размещены сетевая обмотка и управляющая обмотка. Управляющая обмотка охватывает часть стержня без зазора, а сетевая обмотка охватывает весь стержень. К управляющей обмотке подключен тиристорный ключ [RU 2297062].
Для компенсации гармоник, генерируемых при фазовом управлении тиристорным ключом, в прототипе применен многозвенный фильтр с использованием компенсационной обмотки, объединенной с дополнительной последовательной обмоткой, что существенно увеличивает установленную мощность реактора и его инерционность.
Сущность изобретения
Техническим результатом изобретения является снижение уровня генерируемых гармоник без увеличения установленной мощности и инерционности реактора.
Предметом изобретения является трехфазный управляемый реактор, содержащий трехстержневой магнитопровод, каждый стержень которого выполнен из двух последовательных элементов, на которых размещены секции фаз сетевой и управляющей обмоток, при этом каждый последовательный элемент стержня разделен на две параллельные части, одна из которых выполнена с зазором, секции фаз сетевой обмотки охватывают элемент стержня целиком и соединены параллельно, секции фаз управляющей обмотки охватывают не имеющую зазора часть каждого элемента стержня, три секции разных фаз управляющих обмоток соединены в звезду и подключены к первому трехфазному ключу управления, а три другие - в эквивалентный треугольник и подключены к второму трехфазному ключу управления.
Развитие изобретения предусматривает использование различных схем соединения трехфазных ключей управления: оба ключа могут быть собраны по схеме звезда или треугольник, первый ключ может быть собран по схеме звезда, а второй - по схеме треугольник.
Это позволяет выбрать для реализации ключей тиристоры с параметрами, подходящими в частных случаях.
Осуществление изобретения с учетом его развития
Фиг.1 иллюстрирует конструкцию магнитопровода трехфазного реактора, а фиг.2 - его электрическую схему.
На фиг.1 представлен магнитопровод трехфазного реактора. Фазные стержни магнитопровода выполнены из двух элементов 2 и 3 магнитной цепи, размещенных последовательно в магнитном потоке. Каждый элемент стержня разделен на две параллельные части 4 и 5. Часть 4 выполнена с зазором, а часть 5 - без зазора. На элементах 2 и 3 размещены секции фаз сетевых и управляющих обмоток. Фаза сетевой обмотки состоит из двух секций 6, а фаза управляющей - из секций 7 и 8. Секции 7 и 8 охватывают части 5 элементов 2 и 3 соответственно, не имеющие зазора. Каждая секция 6 охватывает элемент 2 или 3 целиком (т.е. обе его части 4 и 5).
На фиг.2 показано, что секции 6 каждой фазы соединены параллельно, секции 7 разных фаз - в звезду, секции 8 разных фаз - в эквивалентный треугольник. Все секции 6 имеют равное число витков. Отношение числа витков секции 7 к числу витков секции 8 определяется эквивалентным преобразованием звезды в треугольник и равно
Сетевые обмотки из параллельно соединенных секций 6 предназначены для подключения к трехфазной сети и могут быть собраны, например, по схеме звезда.
Реактор работает следующим образом.
Ток в каждой из параллельных секций 6 определяется величиной тока и числом витков, размещенных на том же элементе (2 или 3) секции (7 или 8) управляющей обмотки. В свою очередь, токи в секциях 7 и 8 регулируются фазой угла включения ключей 9 и 10 соответственно.
Если ключи 9 и 10 закрыты, ток в секциях 7 и 8 отсутствует и магнитный поток, формируемый напряжением на секциях сетевых 6 обмоток, проходит главным образом по частям 5 стержня, не имеющим зазора.
В случае если управляющий ключ 9 или 10 открыт и проводит ток, магнитный поток из части 5 соответствующего стержня переходит в часть 4 с немагнитным зазором. Это происходит за счет того, что намагничивающая сила, создаваемая током секции 7 или 8 управляющей обмотки в части 5 элемента 2 или 3 соответственно, уравновешивается намагничивающей силой, создаваемой током соответствующей секции 6 сетевой обмотки, а в части 4 того же элемента стержня намагничивающая сила секции 6 сетевой обмотки уравновешивается только магнитным сопротивлением, которое определяется величиной немагнитного зазора. Поэтому соотношение токов в секции 7 или 8 управляющей обмотки и в соответствующей секции 6 сетевой обмотки определяется отношением их числа витков, а величина тока - размером немагнитного зазора в части 5 того же элемента стержня.
Если ключи 9 и 10 находятся в открытом состоянии в течение всего периода переменного тока, магнитный поток из части 5 (без зазора) элемента 2 или 3 практически полностью вытесняется в часть 4 (с зазором), и вся намагничивающая сила прикладывается к немагнитному зазору.
В этом режиме падение напряжения на управляющих ключах близко к нулю в течение всего периода, поэтому магнитный поток в стержнях магнитопровода определяется напряжением сети и имеет форму основной гармоники. Соответственно такую форму имеют намагничивающие силы, создаваемые токами сетевой и управляющей обмоток, и поэтому токи в сетевых обмотках реактора имеют только основную гармонику и в них отсутствуют составляющие высших гармоник.
Если управляющие ключи включаются в фазе периода переменного тока, отличной от нуля, и проводят ток неполную часть периода, магнитный поток элемента из части 5 вытесняется в часть 4 с немагнитным зазором только на интервале открытого состояния соответствующего управляющего ключа, а на интервале его закрытого состояния магнитный поток стержня остается только в части 5. Соответственно, длительность тока в управляющей обмотке, его форма и величина основной гармоники определяется соотношением длительности проводящего и непроводящего состояний управляющего ключа, и чем меньше длительность проводящего состояния, тем меньше величина основной гармоники.
Если управляющий ключ проводит ток неполную часть периода, форма тока в нем отлична от синусоидальной формы, и соответственно в токах управляющих и сетевых обмоток присутствуют высшие гармоники. Величина их зависит от фазы включения управляющего ключа и может существенно превышать допустимый уровень в 3%. Наибольшую величину имеют пятая и седьмая гармоники, уровень которых к номинальному значению основной гармоники может достигать 7%.
В каждой из параллельных секций 6 токи имеют пятую и седьмую гармоники, причем амплитуды этих гармоник в параллельно соединенных секциях 6 одинаковые, а направления противоположные. При векторном сложении они компенсируют друг друга и не попадают в общий ток сетевой обмотки реактора.
Такой эффект достигается за счет того, что токи в разных параллельных секциях 6 сетевых обмоток определяются состоянием ключей 9 и 10, подключенных к секциям 7 и 8 управляющих обмоток, соединенным по разным схемам: в звезду и в эквивалентный треугольник.
При одинаковых формах токов в обмотках 7 и 8, задаваемых фазой включения управляющих ключей 9 и 10, в сетевых токах реактора пятая и седьмая гармоники отсутствуют полностью при симметрии геометрических параметров и напряжений сети. Суммарный показатель гармонических искажений THD (Total Harmonic Distortion) не превышает 2%. Основной вклад в него вносят одиннадцатая и тринадцатая гармоники. Остальные гармоники (семнадцатая и выше) влияют на этот показатель незначительно.
Суммарная установленная мощность управляющих ключей равна номинальной мощности трехфазного реактора. При одинаковых схемах трехфазного соединения требуемые параметры управляющих ключей одинаковы. Устройство малоинерционно: время изменения тока реактора от тока холостого хода (ключи 9 и 10 выключены весь период) до тока короткого замыкания (ключи 9 и 10 включены весь период) не превышает 10 мс.
1. Трехфазный управляемый реактор, содержащий трехстержневой магнитопровод, каждый стержень которого выполнен из двух последовательных элементов, на которых размещены секции фаз сетевой и управляющей обмоток, при этом каждый последовательный элемент стержня разделен на две параллельные части, одна из которых выполнена с зазором, секции фаз сетевой обмотки охватывают элемент стержня целиком и соединены параллельно, секции фаз управляющей обмотки охватывают не имеющую зазора часть каждого элемента стержня, три секции разных фаз управляющих обмоток соединены в звезду и подключены к первому трехфазному ключу управления, а три другие - в эквивалентный треугольник и подключены к второму трехфазному ключу управления.
2. Реактор по п.1, в котором первый и второй трехфазные ключи управления собраны по схеме треугольника.
3. Реактор по п.1, в котором первый и второй трехфазные ключи управления собраны по схеме звезда.
4. Реактор по п.1, в котором первый трехфазный ключ управления собран по схеме звезда, а второй - по схеме треугольника.