Устройство отбора мощности из линии электропередачи

Для передачи электрической энергии на дальние и сверхдальние расстояния перспективными являются полуволновые и настроенные на полуволну линии электропередачи [1–12]. В ходе комплексных испытаний, проведенных в 1967 г., доказана их работоспособность и эффективность в качестве транзитных, но для расширения ее эксплуатационных возможностей, а также для взаимного обмена энергией между системами, подключаемыми к магистральной полуволновой электропередаче, требуется решить задачу отбора мощности из линий данного типа. Основной проблемой для отбора мощности из полуволновой линии электропередачи являются значительные колебаний напряжения вдоль линии при изменении передаваемой мощности [10–16, 20]. Поэтому для отбора мощности из полуволновой электропередачи предлагается использование устройства, которое стабилизирует напряжение у нагрузки при изменении её мощности от нуля до максимального значения. При отборе мощности из полуволновой электропередачи режим напряжения, в промежуточной системе отбора мощности должен соответствовать допустимым пределам и не оказывать влияния на режим передачи натуральной мощности по линии [15, 17–20]. Данная цель достигается тем, что отбор мощности в средней части магистральной полуволновой линии (ПЭП), содержащей трансформатор, первичная обмотка которого присоединена последовательно в разомкнутую в месте присоединения линию, вторичная обмотка присоединена параллельно к нагрузке промежуточной системы, параллельно нагрузке в средней части линии промежуточного отбора присоединено автоматически регулируемое системой управления реактивное сопротивление, изменяемое таким образом, что ток промежуточной нагрузки в первичной обмотке трансформатора не изменяется по величине. Таким образом, напряжение у нагрузки остается стабильным [18].

Принцип работы устройства отбора мощности

Устройство состоит из трансформатора 2 , первичная обмотка которого присоединена последовательно в разомкнутую в месте присоединения линию 1 . Вторичная обмотка трансформатора 2 присоединена к нагрузке 3 , параллельно которой через трансформаторы тока 5 , 6 , устройство измерения угла фазового сдвига 7 , систему управления 8 и блок силовых тиристоров 9 присоединено регулируемое реактивное сопротивление (индуктивно-емкостное) 4 (риc. 1).

Поскольку нагрузка 3 изменяется во времени, то её сопротивление тоже изменяется. При снижении нагрузки 3 её сопротивление увеличивается. При неизменном токе линии 3 и одновременном увеличении сопротивления нагрузки 3 увеличивается пропорционально напряжение на нагрузке 3 , что может привести к недопустимым режимам. Для устранения этого недостатка параллельно нагрузке 3 присоединено автоматически регулируемое реактивное сопротивление 4 , которое через трансформаторы тока 5 , 6 , устройство измерения угла фазового сдвига 7 , систему управления 8 и блок силовых тиристоров 9 уменьшается таким образом, чтобы модуль параллельно присоединенных сопротивления нагрузки 3 и реактивного сопротивления 4 оставался постоянным; в этом случае напряжение на нагрузке остается стабильным.

Рис. 1. Устройство отбора мощности из линии электропередачи

Структура тиристорного стабилизатора параметров

На рис. 2 представлена развернутая структурная схема разработанного унифицированного тиристорного стабилизатора параметров (ТСП) с противоаварийной защитой для осуществления отбора мощности из ПЭП и стабилизации напряжения и cos(φ) на подстанции промежуточного отбора мощности.

ТСП структурно состоит из входных измерительных трансформаторов тока ТТ1 12 и ТТ2 9, системы управления (СУ) 8 с измерителем фазового сдвига (ИФ) 11 и оконечных силовых каналов: для стабилизатора напряжения – регулировочного трансформатора (РТ) 7 с четырехсекционной вторичной обмоткой, блока силовых тиристоров 6, вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) 3 и для стабилизатора коэффициента мощности – блока тиристорного возбуждения 13, синхронного компенсатора 14 (см. рис. 2).

ВДТ присоединен к ПЭП параллельно и последовательно с линией отбора. Промежуточная система с нагрузками 4 , 5 присоединена через трансформатор связи (ТС) 15 .

Метод стабилизации параметровна промежуточной подстанции

С целью регулирования напряжения в линии изменяют поток реактивной мощности с помощью генераторов, компенсирующих устройств или добавочных трансформаторов. Известно также, что зависимость изменения реактивной мощности от напряжения имеет нелинейный характер. По этой причине для получения сигнала управления по напряжению необходимо наличие телеизмерительного канала. Это усложняет систему управле-

Рис. 2. Структурная схема унифицированного ТСП для промежуточного отбора мощности из ПЭП и стабилизации параметров на промежуточной подстанции

ния и делает дороже устройство регулирования и стабилизации напряжения. Поскольку главное назначение ТСП – работа в качестве линейного регулятора-стабилизатора напряжения в месте отбора мощности из ПЭП, в данной ситуации наиболее правильным и простым решением в получении информации является контроль за изменением тока нагрузки. На этом принципе и базируется метод встречного регулирования напряжения, описанный в работе [20].

Синхронный компенсатор, размещенный на подстанции промежуточного отбора мощности, компенсирует реактивную составляющую нагрузки и стабилизирует коэффициент мощности. На рис. 3 представлены диаграммы стабилизации коэффициента мощности промежуточного отбора.

Напряжение на шинах промежуточной подстанции U _Ш, к которым присоединен СК (рис. 3а), уравновешивается ЭДС компенсатора Е _СК, и ток I _СК в обмотке якоря равен нулю (рис. 3б).

В случае, когда ток I _СК опережает напряжение U _Ш (режим перевозбуждения) (рис. 3в), компенсатор выдает в сеть реактивную мощность, а в режиме недовозбуждения U Ш >  Е СК , реактивный ток отстает от напряжения U Ш и СК потребляет из сети реактивную мощность (рис. 3г).

Эффективная стабилизация коэффициента мощности промежуточного отбора возможна только при наличии системы сильного возбуждения СК, обеспечивающей высокую скорость нарастания тока возбуждения на зажимах основной и дополнительной обмоток ротора реверсивного синхронного компенсатора.

Изменение напряжения на нагрузке подстанции промежуточного отбора вызывает пропорциональное изменение тока. В системе управления стабилизатор напряжения совместно с коммутатором, в зависимости от знака и угла фазового сдвига тока нагрузки, формируют алгоритм переключения обмоток секций регулировочного трансформатора для изменения коэффициента трансформации ВДТ блоком силовых тиристоров. Тем самым, система управления стабилизирует напряжение, регулируя режимы добавки и отбавки ВДТ.

Алгоритм работы тиристорного стабилизатора параметров

Изменение напряжения линии (см. рис. 2), например на 5 % в сторону понижения, увеличивает соответственно ток в трансформаторах тока ТТ1 и ТТ2. Вторичная обмотка трансформатора тока ТТ2 нагружена одним входом электронной системы

а)

б)

в)                                                 г)

Рис. 3. Диаграммы стабилизации коэффициента мощности

управления (СУ) и вторым входом устройства измерения угла фазового сдвига (ИФ) [20].

Вторичный ток трансформатора ТТ2 преобразуется электронной системой управления (СУ) в сигнал управления комбинацией ключей блока силовых тиристоров (БСТ), через которые присоединяется регулируемая вторичная обмотка трансформатора РТ к вторичной обмотке трансформатора вольтодобавочного канала (ВДТ) для стабилизации напряжения через трансформатор связи (ТС) у нагрузок Z H промежуточной системы [20].

Стабилизация реактивных параметров у нагрузок Z H осуществляется путем сравнения входящих токов от трансформаторов ТТ2 и ТТ1 устройством измерения угла фазового сдвига (ИФ), которое подает сигнал управления через электронную систему управления (СУ) и блок тиристорного возбуждения (БТВ) в систему возбуждения синхронного компенсатора (СК) для балансировки режима реактивной мощности нагрузок с режимом магистральной полуволновой линии 1–2, обеспечивая при этом ей режим устойчивой передачи натуральной мощности [20].

Заключение

Для взаимного обмена энергией между магистральной полуволновой линией электропередачи и подключаемыми к ней системами предлагается использовать разработанное устройство – тиристорный стабилизатор параметров. При отборе мощности из полуволновой электропередачи режим напряжения в промежуточной системе отбора мощности должен соответствовать допустимым пределам и не оказывать влияния на режим передачи натуральной мощности по линии. Предлагаемое устройство при изменении передаваемой мощности в значительных пределах стабилизирует напряжения у нагрузки и обеспечивает нормальное функционирование самой линии и подключаемых к ней систем.