ТРЕХФАЗНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ РЕАКТОР С РЕГУЛИРУЕМЫМ НАСЫЩЕНИЕМ МАГНИТОПРОВОДА Российский патент 2025 года по МПК H01F27/42 

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться в высоковольтных электрических сетях в качестве трехфазных управляемых шунтирующих реакторов для компенсации реактивной мощности и автоматической стабилизации напряжения, в том числе, в составе управляемых реактор-трансформаторов, источников реактивной мощности и статических компенсаторов реактивной мощности.

Известен аналог [1], трехфазный управляемый подмагничиванием реактор, содержащий электромагнитную часть с магнитной системой, на стержнях которой размещены сетевая, управляющая и компенсационная обмотки, полупроводниковый выпрямитель с питающим трансформатором и системой автоматического управления. Недостаточно высокая надежность аналога заключается в том, что при разрыве электрической цепи, соединяющей обмотку управления и полупроводниковый выпрямитель, возникающие в результате этого перенапряжения могут привести к повреждению изоляции обмоток электромагнитной части с последующим ее аварийным отключением от электрической сети. Короткое замыкание в полупроводниковом выпрямителе также приводит к аварийному отключению аналога. Таким образом, срок безаварийной эксплуатации аналога ограничен временем наработки на отказ полупроводникового выпрямителя, которое значительно меньше срока безаварийной эксплуатации электромагнитной части. Частично указанные выше недостатки устранены в трехфазном реактор-трансформаторе с регулируемым насыщением магнитопровода [2], который является прототипом предлагаемого устройства. Прототип содержит электромагнитную часть с сетевой, управляющей и компенсационной обмотками и регулятор насыщения, подключенный к обмотке управления электромагнитной части выключателями. Перенапряжения в обмотках электромагнитной части, возникающие при отключении регулятора насыщения, снижаются до безопасного уровня шунтирующими резисторами, подключенными между средней точкой и выводами обмотки управления. Однако короткое замыкание в регуляторе насыщения также сопровождается аварийным отключением прототипа. В результате срок безаварийной эксплуатации прототипа, также как и аналога, ограничен временем наработки на отказ полупроводникового выпрямителя, входящего в состав регулятора насыщения

Целью изобретения является повышение надежности, эффективности и увеличения срока безаварийной эксплуатации управляемого шунтирующего реактора с регулируемым насыщением магнитопровода.

Указанная цель достигается тем, что в трехфазном управляемом реакторе с регулируемым насыщением магнитопровода, содержащем электромагнитную часть с сетевой обмоткой, компенсирующей обмоткой, обмоткой управления и резисторами, шунтирующими обмотку управления, а также регулятор насыщения и систему автоматического управления, вышеупомянутый регулятор насыщения выполнен в виде двух одинаковых последовательно соединенных полупроводниковых выпрямителей, в состав регулятора насыщения введены диоды, шунтирующие полупроводниковые выпрямители, а регулятор насыщения подключен к обмоткам электромагнитной части четырьмя трехфазными выключателями, двумя к компенсационной обмотке и двумя к обмотке управления, при этом номинальный ток регулятора насыщения не превышает величины номинального тока шунтирующего диода

I_рн<I_d,

где I_рн - номинальный ток регулятора насыщения; I_d - номинальный ток диода, шунтирующего полупроводниковый выпрямитель, а произведение значения резистора, шунтирующего обмотку управления электромагнитной части, умноженного на величину номинального тока обмотки управления, не превышает номинальной величины напряжения трехфазных выключателей, подключающих полупроводниковые выпрямители к выводам обмотки управления:

2RI_ун<U_н,

где R - значение резистора, шунтирующего полупроводниковый выпрямитель; I_ун - номинальный ток обмотки управления; U_н - номинальное напряжение трехфазного выключателя обмотки управления.

Сущность предлагаемого трехфазного управляемого реактора с регулируемым насыщением магнитопровода поясняется принципиальной электромагнитной схемой (Фиг. 1), а его работа осциллограммами напряжений и токов в характерных переходных и установившихся режимах (Фиг. 2).

В состав предлагаемого устройства (Фиг. 1) входит электромагнитная часть 1, регулятор насыщения 2 и система автоматического управления 3.

Электромагнитная часть 1 одержит шестистержневой замкнутый магнитопровод 8, на котором размещены сетевая обмотка 9, обмотка управления 10 и компенсационная обмотка 11. Вводы А, В, С сетевой обмотки 9 с глухо заземленной нейтралью О, подключены к шинам к трехфазной электрической сети. Обмотка управления 10 с шестью одинаковыми шунтирующими резисторами 12 и общей глухо заземленной нейтралью О, подключена вводами y1, у2, у3 трехфазным выключателем 4 к вводу «-», а вводами у2, у4, у6 трехфазным выключателем 7 к вводу «+» регулятора насыщения 2. Вводы а, в, с компенсационной обмотки 11 подключены к вводам питающих трансформаторов 13, 14 регулятора насыщения 2 двумя трехфазными выключателями 5, б. Регулятор насыщения 2 содержит два одинаковых последовательно соединенных полупроводниковых выпрямителя 15, 16 с питающими трансформаторами 13, 14 и шунтирующими диодами 17, 18.

Командные сигналы системы автоматического управления 3 регулируют режимы работы полупроводниковых выпрямителей 13, 14 и положение «включен/выключен» контактов выключателей 4, 5, 6, 7.

Предлагаемый трехфазный управляемый реактор с регулируемым насыщением магнитопровода работает следующим образом (Фиг. 2). При подключенной сетевой обмотке 8 к шинам трехфазной электрической сети напряжением U_c не работающих полупроводниковых выпрямителях 15, 16 и замкнутых контактах выключателей 4, 5, 6, 7 напряжение U_y и ток I_y обмотки управления 10 и ток I_y равны нулю. В этом случае насыщение магнитной системы 8 минимально и ток I_c сетевой обмотки также имеет минимальное значение, не превышающее долей процента от его номинальной величины. При переводе полупроводниковых выпрямителей системой автоматического управления 3 в диодный режим напряжение U_y обмотки управления приобретает максимальное значение U_max+, что формирует в обмотке управления 10 магнитное поле, усиливающее насыщение стержней магнитопровода 8, вследствие чего ток 1 с сетевой обмотки 9 и ток I_y обмотки управления максимально быстро возрастают. При достижении определенной, заданной системой автоматического управления 3, степени насыщения стержней магнитопровода 8, ток I_c стабилизируется относительно небольшим значением напряжения управления U_y, создаваемым одним из двух выпрямителей, при этом ток регулятора насыщения I_p протекает мимо неработающего выпрямителя, замыкаясь через шунтирующий диод. Таким образом, в любом из режимов стабилизированного тока 1 с сетевой обмотки, включая номинальный режим, ток регулятора I_p насыщения 2, не должен повышать номинального тока I_dн шунтирующих диодов 17, 18

I_рн<U_н,

где I_рн - номинальный ток регулятора насыщения; U_н - номинальное напряжение выключателей 4, 7.

Максимально быстрое уменьшение тока сетевой обмотки I_c происходит при разъединении контактов выключателей 4, 7 в результате чего ток обмотки управления I_y начинает замыкаться через шунтирующие резисторы 12 и, как следствие, энергия магнитного поля обмотки управления 10 преобразуется в тепловую энергию. Максимум скорости снижения тока сетевой обмотки I_c пропорционален максимуму напряжения U_max- на обмотке управления 10, возникающего в момент разъединения контактов выключателей 4, 7. Значение U_max- равно произведению номинального тока регулятора I_ун на удвоенное значение резистора 12, поэтому успешное разъединение контактов выключателей 4, 7 обеспечивается, если произведение номинального тока I_ун обмотки управления 10 на удвоенное значение R резистора 12 не превышает номинального напряжения U_н выключателей

2RI_ун<U_н,

где R - значение шунтирующего резистора 12; I_ун - номинальный ток обмотки управления 10; U_н - номинальное напряжение выключателей 4, 7.

Приведенные на Фиг. 2 осциллограммы переходных и установившихся процессов напряжения U_c и тока 1 с сетевой обмотки 9, напряжения U_y обмотки управления 10 и тока I_y регулятора насыщения 2, полученные путем компьютерного моделирования для описанных выше режимов работы, поясняют принцип действия и подтверждают реализуемость технических решений предлагаемого устройства.

Характерной особенностью работы предлагаемого устройства является то, что условия, при которых возникает необходимость увеличения или снижения тока I_c с максимальным быстродействием, как это показано в интервалах времени II, IV осциллограмм, приведенных на Фиг. 2, возникают только при коммутационных и аварийных процессах в электрической сети протяженностью не превышающих нескольких секунд. В тоже время длительность нормальных режимов работы со стабилизованным сетевым током I_c, как это показано в интервалах времени I, III, V на Фиг. 2, измеряется годами и происходит в темпе изменения суточных графиков напряжения U_c, при этом переход от одного стабилизированного значения тока 1 с сетевой обмотки к другому происходит в темпе естественного затухания электромагнитных переходных процессов, обусловленных тепловыми потерями в обмотках 9, 10, 11 электромагнитной части 1. Поскольку практически все это время в работе находится только один из двух полупроводниковых выпрямителей 15, 16, по заложенной в алгоритм системы автоматического управления 3 программе происходит последовательное, периодически повторяющееся переключение их рабочего состояния в нерабочее и наоборот. В результате за счет равномерного распределения нагрузочного режима между двумя полупроводниковыми выпрямителями 15, 16, время безаварийной работы регулятора напряжения 2 становится равным удвоенному времени наработки на отказ каждого из них.

Дополнительными преимуществами предлагаемого устройства, повышающими его надежность и эффективность, является то, что при выходе из строя одного из двух полупроводниковых выпрямителей 15 или 16, и его отключении от компенсационной обмотки выключателем 5 или 6, работоспособность предлагаемого устройства в нормальных режимах работы электрической сети полностью сохраняется и, при этом для замены вышедшего из строя полупроводникового выпрямителя достаточно разъединить контакты выключателей 4, 5, 6, 7 без необходимости отключения предлагаемого устройства от шин электрической сети.

Литература.

1. Трехфазный управляемый подмагничиванием реактор. Патент РФ №2447529 H01F 29/14. Дата подачи заявки: 21.10.2010. Опубликовано: 10.04.2012. Бюл. №10

2. Трехфазный реактор-трансформатор с регулируемым насыщением магнитопровода. Патент РФ №180433 H01F 29/14. Дата подачи заявки: 23.05.2017. Опубликовано: 14.06.2018. Бюл. №17.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в высоковольтных электрических сетях в качестве трехфазных управляемых шунтирующих реакторов для компенсации реактивной мощности и автоматической стабилизации напряжения, в том числе в составе управляемых реактор-трансформаторов, источников реактивной мощности и статических компенсаторов реактивной мощности. Технический результат заключается в повышении надежности, эффективности и увеличения срока безаварийной эксплуатации управляемого реактора. Трехфазный управляемый реактор с регулируемым насыщением магнитопровода содержит электромагнитную часть с сетевой обмоткой, компенсирующей обмоткой, обмоткой управления и резисторами, шунтирующими обмотку управления, а также регулятор насыщения и систему автоматического управления. Регулятор насыщения выполнен в виде двух одинаковых последовательно соединенных полупроводниковых выпрямителей. В состав регулятора насыщения введены диоды, шунтирующие полупроводниковые выпрямители. Регулятор насыщения подключен к обмоткам электромагнитной части четырьмя трехфазными выключателями, двумя к компенсационной обмотке и двумя к обмотке управления. Номинальный ток регулятора насыщения не превышает величины номинального тока шунтирующего диода: I_рн<I_d, где I_рн - номинальный ток регулятора насыщения; I_d - номинальный ток диода, шунтирующего полупроводниковый выпрямитель. Произведение значения резистора, шунтирующего обмотку управления электромагнитной части, умноженного на величину номинального тока обмотки управления, не превышает номинальной величины напряжения трехфазных выключателей, подключающих полупроводниковые выпрямители к выводам обмотки управления: 2RI_ун<U_н, где: R - значение резистора, шунтирующего полупроводниковый выпрямитель; I_ун - номинальный ток обмотки управления; U_н - номинальное напряжение трехфазного выключателя обмотки управления. 2 ил.

Трехфазный управляемый реактор с регулируемым насыщением магнитопровода, включающий электромагнитную часть, содержащую шестистержневой замкнутый магнитопровод, на котором размещена сетевая обмотка, компенсирующая обмотка и обмотка управления, разделенная на две части, соединенная по схеме двойная звезда, с шестью одинаковыми шунтирующими резисторами и общей нейтралью, а также регулятор насыщения и блок автоматического управления, отличающийся тем, что регулятор насыщения выполнен в виде двух одинаковых последовательно соединенных управляемых полупроводниковых выпрямителей, двух диодов, шунтирующих выводы постоянного тока каждого из последовательно соединенных управляемых полупроводниковых выпрямителей, выводы фаз первой и второй частей обмотки управления через соответствующие первый и второй трехфазные выключатели подключены к соответствующим выводам «+» и «-» последовательно соединенных управляемых полупроводниковых выпрямителей, выводы компенсационной обмотки через третий и четвертый трехфазные выключатели подключены к входам соответствующих трехфазных трансформаторов, выходы каждого из которых подключены к выводам переменного тока соответствующего управляемого полупроводникового выпрямителя, при этом номинальный ток регулятора насыщения не превышает величины номинального тока шунтирующего диода:

I_рн<I_d,

где I_рн - номинальный ток регулятора насыщения; I_d - номинальный ток диода, шунтирующего полупроводниковый выпрямитель,

а произведение значения резистора, шунтирующего обмотку управления электромагнитной части, умноженного на величину номинального тока обмотки управления, не превышает номинальной величины напряжения трехфазных выключателей, подключающих полупроводниковые выпрямители к выводам обмотки управления:

2RI_ун<U_н,

где R - значение резистора, шунтирующего полупроводниковый выпрямитель; I_ун - номинальный ток обмотки управления; U_н - номинальное напряжение трехфазного выключателя обмотки управления.