Управляемый шунтирующий реактор - УШР


Статус статьи

Не проверено экспертами


Назначение

УШР предназначен для:

  • повышения пропускной способности межсистемных связей;
  • автоматической стабилизации уровней напряжения;
  • обеспечения допустимых уровней напряжения при выполнении программ переключений;
  • оптимизации режимов работы электрических сетей и снижение потерь электроэнергии;
  • поддержания запасов по напряжению в режимах с большими перетоками активной мощности;
  • улучшения качества электроэнергии;
  • обеспечения требуемой загрузки генераторов электростанций по реактивной мощности;
  • снижения числа коммутаций выключателей.


Общие сведения

Регулирование уровней напряжения и реактивной мощности как в системообразующих (1150-220кВ), так и в распределительных сетях (110 кВ и ниже) представляет собой одну из важнейших задач, которые ежедневно решаются персоналом диспетчерских центров всех энергосистем, а также эксплуатационным персоналом электростанций и подстанций. Режим напряжения энергообъединения во многом определяет надежность работы как самого энергообъединения, так и надежность электроснабжения отдельных потребителей.

В настоящее время в энергосистемах мира получают распространения новые устройства FACTS – управляемое оборудование для электрических сетей. Применение устройств FACTS позволяет оперативно управлять и распределять потоки активной и реактивной мощности. Одним из таких устройств является управляемые шунтирующие реакторы.

Управляемый шунтирующий реактор (УШР) – это устройство для управления потоками реактивной мощности и стабилизации напряжения (компенсирующее устройство).


Актуальность использования

Преимущества использования УРШ:

  • Регулировочный диапазон составляет 100% номинальной мощности УШР.
  • Плавное регулирование с неограниченным ресурсом возможных изменений.
  • Возможность нормированной перегрузки УШР до 130% и кратковременной перегрузки до 200%
  • Регулирование напряжения и реактивной мощности непосредственно в точке подключения.
  • Использование маломощных вентильных устройств с меньшими потерями и отсутствием необходимости в водяном охлаждении.
  • Традиционные требования к квалификации обслуживающего персонала на подстанции.
  • Более низкий уровень потерь: в 1,5 – 3 раза.
  • Наружная установка.
  • Существенно более низкая стоимость.


Недостатком эксплуатации УШР является снижение диапазона регулирования устройств РПН (от 45-55% мощности до номинальной) и использование в интенсивном режиме, что приводит к их ускоренному износу.


Эффекты от внедрения (использования)

Применение УШР целесообразно в узлах сети, которые находятся на значительном удалении от источников питания, на протяженных линиях электропередачи или на длинных транзитах, а также в районах со значительными колебаниями уровней напряжения в суточном диапазоне. УШР применяются на напряжение 110-500 кВ.

УШР позволяет:

  • устранить суточные и сезонные колебания напряжения в электрической сети;
  • повысить качество электрической энергии;
  • оптимизировать и автоматизировать режимы работы электрической сети, в том числе с использованием в качестве центрального регулятора системы SCADA/EMS;
  • снизить потери электроэнергии при ее транспортировке и распределении;
  • повысить устойчивость энергосистемы;
  • улучшить условия эксплуатации и повысить надежность работы электротехнического оборудования за счет резкого сокращения числа коммутаций нерегулируемых устройств компенсации реактивной мощности;
  • увеличить пропускную способность линий электропередачи и обеспечить надежное автоматическое управление уровнями напряжения при перетоках мощности, близких к предельным по статической устойчивости;
  • избежать эффекта «лавины напряжения» при возникновении аварийных ситуаций в электрической сети (например, аварийное отключение нагрузки, генератора, линии электропередачи и прочее);
  • обеспечить условия для работы генераторов электростанций в таком диапазоне генерации реактивной мощности, который способствует наиболее благоприятным эксплуатационным режимам.


Принцип функционирования

УШР представляют собой трехфазное электромагнитное устройство трансформаторного типа, размещенное в маслонаполненном баке и предназначенное для наружной установки. По конструкции, технологии изготовления обмоток, магнитной системы, системы охлаждения, монтажу и обслуживанию электромагнитная часть реактора аналогична силовому трансформатору. Регулирование мощности реактора осуществляется путем изменения постоянного тока в обмотках управления, получаемого от регулируемого преобразователя (выпрямителя).

Магнитная система одной фазы УШР содержит два стержня (рисунок 1). На каждом стержне размещены обмотки управления и сетевые обмотки. При подключении к обмоткам управления регулируемого источника постоянного напряжения происходит нарастание потока подмагничивания, который в соседних стержнях направлен в разные стороны и вызывает насыщение стержней УШР в соответствующие полупериоды тока. Насыщение стержней приводит к возникновению и возрастанию тока в сетевой обмотке за счет нелинейных свойств магнитопровода. Изменение величины тока подмагничивания приводит к изменению тока сетевой обмотки, за счет чего обеспечивается плавное изменение уровней напряжения в точке подключения УШР, и величина потребляемой реактором реактивной мощности.

Рисунок 1. Схема построения фазы УШР
Рисунок 1. Схема построения фазы УШР


Основные характеристики УШР:

  • Диапазон регулирования реактивной мощности – 100%.
  • Мощность управления – 1-3% номинальной мощности УШР.
  • Гарантированная скорость набора полной мощности - 0,15-3 с.
  • Время набора полной мощности с предварительным подмагничиванием – не более 0,02 с.
  • Удельная полная масса 1,5 – 3 кг/кВАр.
  • Удельные потери:
    • холостого хода 0,5 – 1,0 Вт/кВАр;
    • номинальные 4 – 8 Вт/кВАр.
  • Допустимая перегрузка по мощности – 130 % (не более 30 мин.).
  • Допустимая перегрузка по току – 120 % (не более 30 мин.).
  • Полностью автоматический режим эксплуатации.
  • Уровень надежности, условия эксплуатации и текущего обслуживания, соответствуют обычным шунтирующим реакторам.


Опыт применения

Российский опыт Примером эксплуатации УШР-а являются:

  • ФСК ЕЭС: МЭС Сибири ввели в работу два УШР 35 кВ на ПС 220 кВ «Селендума» (Республика Бурятия);
  • На ПС 500 кВ Хабаровская введен управляемый шунтирующий реактор мощностью 100 Мвар.
  • ПС Таврическая 500 кВ энерготранзита ВЛ 500 кВ Заря-Барабинск – Таврическая введены управляемый шунтирующий реактор мощностью 180 Мвар. Эксплуатация УШР на ПС Таврическая позволила достичь следующих эффектов:
    • Стабильность напряжения на ПС (в пределах заданного статизма).
    • Снижение влияния переходных процессов, возникающих при авариях.
    • При работе значительно сократилось число коммутационных отключений и включений по режиму напряжения.
    • Быстрый возврат системы на нормальный режим работы после нестабильной загруженности.


Полная версия данного примера указана в ссылках.

Ведущиеся разработки (Пример устройств)

УШРТ 500 кВ мощностью 180 МВА с тиристорным управлением

Стадия: создан опытно-промышленный образец и в 2013 г. проведена установка на ПС Пенза-2 МЭС Волги. На 2014 год – функционирует в рамках ПС.

Описание технологии: управляемый шунтирующий реактор предназначен для установки на подстанциях и линиях электропередач высокого напряжения 500 кВ для реализации следующих функций: плавного быстродействующего регулирования реактивной мощности с целью разгрузки оборудования сетей и подстанций от реактивной мощности и снижения потерь в них; стабилизации напряжения на шинах подстанции; повышения статической и динамической устойчивости энергосистемы.

Эффекты:

  • Снижение габаритов, стоимости и потерь.
  • Высокая надежность схемы, так как режим КЗ для УШРТ является номинальным.


Производители


Ссылки

Отзыв о работе реактора ПС-500 кВ «Таврическая»


Архитектурные кейсы, связанные с технологией