КЛАССИФИКАЦИЯ  КОНСТРУКЦИЙ  ДУГОГАСЯЩИХ  РЕАКТОРОВ

Батурина  Екатерина  Александровна

студент  2  курса,  кафедра  электроснабжения  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E-mail:  katyonok2203.com@rambler.ru

Сикорский  Сергей  Петрович

студент  2  курса,  кафедра  электроснабжения  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E-mail:  sikorskiysp@mail.ru

Мохова  Дарья  Владимировна

магистрант  2  курса,  кафедра  электроснабжения  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E-mail:  dvm_1982@mail.ru

Лютаревич  Александр  Геннадьевич

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

В  соответствии  с  ПУЭ  [10]  сети  35  кВ  относятся  к  сетям  с  малыми  токами  замыкания  на  землю  и  должны  работать  с  изолированной,  или  с  заземленной  через  дугогасящий  реактор  нейтралью.  Опыт  эксплуатации  показывает,  что  большинство  нарушений  нормального  режима  работы  сетей  связано  с  однофазным  замыканием  на  землю.  Имеется  возможность  не  отключать  потребителей  при  однофазном  замыкании  на  землю  в  течение  некоторого  времени,  необходимого  для  поиска  и  устранения  повреждения  [8;  9],  однако,  при  этом  необходимо,  чтобы  ток  в  месте  повреждения  был  настолько  мал,  чтобы  было  обеспечено  его  самогашение  или  переход  в  устойчивое  состояние  горения  дуги  с  малой  вероятностью  перехода  в  межфазные  замыкания.  В  сетях  с  большими  значениями  емкостных  токов  замыкания  на  землю  [8]  должны  устанавливаться  дугогасящие  реакторы  (ДГР).

Дугогасящие  реакторы,  регулируемые  без  напряжения.  Известны  реакторы,  регулируемые  пересоединением  зажимов  ответвлений  обмотки.  Обмотка  этого  ДГР,  кроме  основного,  имеет  несколько  ответвлений,  выведенных  через  проходные  изоляторы  на  крышку  бака,  одно  из  которых  заземляется  с  помощью  гибкой  шины.  Однако  опыт  эксплуатации  данного  типа  реакторов  выявил  ряд  недостатков,  поэтому  они  могут  использоваться  только  в  качестве  базовых  [11].

Реакторы  данного  типа,  выпускаемые  серийно  для  сетей  напряжением  до  35  кВ  включительно,  имеют  основную  и  регулировочные  обмотки,  разделенные  на  две  половины,  расположенные  на  двухстержневом  магнитопроводе.  Устройство  переключения  без  напряжения  барабанного  типа  обеспечивает  пять  ступеней  переключения  при  глубине  регулирования  равной  двум.  Управление  устройством  ПБН  выполняется  на  отключенном  от  сети  реакторе  вручную  с  помощью  переключателя,  выведенного  на  крышу  бака.

Кроме  того,  реакторы  данного  типа  имеют  практически  линейную  вольт-амперную  характеристику  при  увеличении  напряжения  до  1,1  Uном.  Высшие  гармоники  в  токе  реактора  отсутствуют.  Активные  потери  реактора  не  превышают  2,5  %  номинальной  мощности.  Для  реакторов  с  максимальным  током  более  50  А  остаточный  ток  превышает  5  А.  Технология  изготовления  дугогасящих  реакторов,  регулируемых  без  напряжения,  разработана  сравнительно  давно  и  полностью  отвечает  требованиям  серийного  производства.  Однако  способ  регулирования  с  отключением  напряжения  не  отвечает  современным  принципам  построения  систем  электроснабжения,  и  ограничивает  применение  данных  дугогасящих  реакторов  в  распределительных  сетях.

Дугогасящие  реакторы  с  фазоуправляемым  коммутатором.  Работы,  посвященные  регулирования  переменного  тока  изменением  момента  включения  индуктивности  в  цепь  в  каждом  полупериоде  приложенного  напряжения,  известны  давно  [1].  Однако  реализация  данного  способа  стала  возможной  лишь  в  последнее  десятилетие,  с  появлением  полностью  управляемых  силовых  полупроводниковых  элементов  (тиристоров)  большой  мощности.

Структурная  схема  дугогасящего  реактора  с  фазоуправляемым  коммутатором  состоит  из  нерегулируемого  реактора  и  включенного  последовательно  с  ним  тиристорного  коммутатора.  При  изменении  угла  включения  тиристоров  в  диапазонах  от  90  до  180  и  от  270  до  360  эл.  град,  среднее  значение  тока  реактора  регулируется  от  максимального  значения  до  нуля.  Быстродействие  реактора  определяется  величиной  порядка  полпериода  напряжения  промышленной  частоты  (0,01  с).

Дугогасящие  реакторы  данного  типа  удовлетворяет  большинству  требований,  однако  его  применение  для  компенсации  емкостных  токов  должно  быть  обосновано,  т.  к.  периодическая  коммутация  мощного  реактора  может  вызывать  помехи  в  сети.  Кроме  того,  сложные  алгоритмы  работы  системы  управления  из-за  наличия  квазистационарного  переходного  процесса  в  контуре  нулевой  последовательности  сети,  также  ограничивают  применение  дугогасящих  реакторов  с  фазоуправляемым  коммутатором.

Дугогасящие  реакторы  с  переключением  ответвлений  обмотки  под  напряжением.  Данные  реакторы  регулируются  устройствами  РПН  электромеханического  типа.  Однако,  в  силу  невысокой  надежности  этих  устройств  данный  тип  реакторов  не  получил  в  свое  время  широкого  распространения  в  системах  электроснабжения.

Дугогасящие  реакторы  с  переключением  ответвлений  обмотки  под  напряжением  необходимы,  прежде  всего,  для  настройки  компенсации  в  режиме  однофазного  замыкания  на  землю,  когда  требуются  высокие  быстродействие  и  качество  регулирования.  И  появление  в  последние  годы  быстродействующей  коммутационной  аппаратуры,  в  том  числе  тиристоров,  позволило  расширить  область  применения  данного  типа  реакторов.

Дугогасящие  реакторы  с  регулируемым  зазором  магнитопровода  (плунжерные).  В  различных  энергосистемах  такие  реакторы  представлены  несколькими  модификациями.  По  конструированию  и  инженерной  методике  расчета  этих  реакторов  имеется  достаточно  работ  [2].

Магнитная  система  дугогасящих  реакторов  с  регулируемым  зазором  магнитопровода  выполнена  в  виде  двух  цилиндрических  сердечников,  между  которыми  находится  изменяемый  зазор.

Магнитный  поток  замыкается  по  сердечникам,  зазору  и  ярмам,  симметрично  расположенным  вокруг  сердечника.  Реактор  имеет  основную  обмотку  без  ответвлений,  измерительную  обмотку  на  напряжение  100  В  и  дополнительную  силовую  обмотку,  рассчитанную  на  20  %  мощности,  потребляемой  в  течение  1  мин.  (дополнительная  обмотка  предназначена  для  кратковременного  наложения  активного  тока  с  целью  выявления  отходящего  фидера  с  замыканием  на  землю)  [11].

Немагнитный  зазор  регулируется  автоматически  электроприводом  при  номинальном  напряжении  реактора  в  соответствии  с  алгоритмом  управления.  В  системе  управления  электроприводом  предусмотрена  блокировка,  ограничивающая  диапазон  регулирования,  и  указатель  значения  тока  реактора.  Несколько  десятилетий  назад  наличие  регулируемого  зазора  и  электромеханического  привода  снижало  надежность  работы  реакторов  данного  типа,  и  в  эксплуатации  известны  случаи  заклинивания  подвижных  сердечников,  которые  приводили  к  аварийному  выходу  ДГР  из  строя  [3].  Кроме  того,  большие  динамические  усилия  в  зазоре  могли  вызвать  вибрации,  что,  в  свою  очередь,  отрицательно  сказывалось  на  работе  электропривода.  Однако  в  последние  годы  развитие  теории  электропривода,  использование  материалов  с  улучшенными  характеристиками,  а  также  применение  новых  принципов  управления  позволило  повысить  надежность  дугогасящих  реакторов  с  регулируемым  зазором  магнитопровода  и  расширить  область  их  применения.

Дугогасящие  реакторы  с  подмагничиванием  магнитопровода.  К  данному  типу  реактора  относят  реактор,  параметры  которого  изменяются  с  помощью  подмагничивания.  В  зависимости  от  вида  подмагничивания  различают  управляемые  реакторы  с  продольным,  поперечным  и  кольцевым  подмагничиванием.

Интерес  со  стороны  разработчиков  к  управляемым  ДГР  объясняется  прежде  всего  надежностью  и  простотой  регулирования.  Другим  важным  свойством  дугогасящих  реакторов  с  подмагничиванием  является  их  сравнительно  высокое  быстродействие,  что  позволяет  повысить  эффективность  систем  компенсации  в  режиме  замыкания  на  землю.

Дугогасящие  реакторы  с  подмагничиванием  магнитопровода  состоят  из  двух  основных  функциональных  блоков:  электромагнитной  части  и  тиристорного  преобразователя.  Кроме  того,  данный  тип  реакторов  имеет  систему  управления.

Дугогасящий  реактор  работает  следующим  образом.  Пока  мгновенное  значение  напряжения  нулевой  последовательности  на  вторичной  обмотке  трансформатора  напряжения  не  достигло  критического  значения,  система  управления  воспринимает  это  как  нормальный  режим  работы  сети.  В  этом  режиме  системой  управления  генерируются  в  сеть  импульсы  тока  длительностью  порядка  1  мс.  Информация,  полученная  при  измерении  емкости  сети,  используется  системой  управления  для  выработки  двух  типов  командных  сигналов.  Один  из  них  задает  и  поддерживает  неограниченно  долго  требуемую,  для  точной  резонансной  настройки  с  емкостью  сети  проводимость  реактора.  Второй  обеспечивает  смещение  рабочей  точки  магнитных  потоков  в  стержнях  реактора  в  такое  положение,  при  котором  свободные  составляющие  переходного  процесса  в  реакторе  будут  равны  нулю,  и  при  возникновении  замыкания  на  землю  в  нем  сразу  же  возникает  установившийся  режим,  соответствующий  точной  настройке  реактора  на  режим  компенсации  тока  дуги.  Командные  сигналы:  первого  типа  воздействуют  на  тиристоры  преобразователя  реактора,  второго  –  на  его  магнитную  систему  [5].

Сравнительная  оценка  различных  типов  управляемых  реакторов

Реакторы  со  ступенчатым  регулированием  устройством  регулирования  без  напряжения  и  пересоединением  зажимов  обмотки  являются  морально  устаревшими.  Их  технические  и  эксплуатационные  характеристики  неудовлетворительны.  Реакторы  подобного  типа  могут  использоваться  только  в  качестве  нерегулируемых.

Производство  реакторов  с  фазоуправляемым  коммутатором  не  представляет  технологических  трудностей.  Однако  высокий  уровень  высших  гармонических  составляющих  в  токе  реактора  ограничивает  область  их  применения.  Таким  образом,  использование  этого  типа  реакторов  для  локализации  дуговых  кратковременных  замыканий  нецелесообразно.

Производство  дугогасящих  реакторы  с  переключением  ответвлений  обмотки  под  напряжением  полностью  соответствует  традиционной  технологии  реакторостроения.  Технические  характеристики  реакторов  данного  типа  полностью  соответствуют  предъявляемым  требованиям.  Применение  схем  автоматического  переключения  ответвлений  позволит  обеспечить  высокую  скорость  настройки  компенсации  в  режиме  однофазного  замыкания  на  землю.  Выпуск  ступенчато-регулируемых  реакторов  с  современными  устройствами  РПН  позволит  наиболее  экономичным  путем  повысить  эффективность  компенсации  емкостных  токов  однофазных  замыканий  на  землю  и  обеспечить  высокую  надежность  электроснабжения  потребителей.

Управляемые  реакторы  с  подмагничиванием  магнитопровода  также  имеют  удовлетворительные  эксплуатационные  и  технические  характеристики  при  обязательном  наличии  автоматического  регулятора,  без  которого  применение  этих  реакторов  не  эффективно.  Однако  чтобы  снизить  уровень  высших  гармонических  составляющих  тока,  генерируемых  в  сеть,  необходимо  применение  относительно  дорогих  фильтров.  Помимо  фильтров  применяют  специальные  схемы  соединения  обмоток,  «расщепление»  магнитопровода,  специальные  режимы  намагничивания,  немагнитные  зазоры  на  пути  рабочего  потока  в  магнитопроводе  и  т.  п.  [4].

Также  к  недостаткам  дугогасящих  реакторов  с  подмагничиванием  магнитопровода  относится  наличие  постоянного  расхода  электроэнергии  на  подмагничивание.  Принципиально  подмагничивание  можно  включать  только  в  режиме  замыкания  на  землю,  отказавшись  от  предварительной  настройки  компенсации.  В  этом  случае  ухудшаются  условия  ликвидации  кратковременных  (менее  полупериода)  замыканий  на  землю.

Кроме  того,  практика  эксплуатации  дугогасящих  реакторов  с  подмагничиванием  показывает,  что  основной  их  проблемой  является  отсутствие  правильно  и  надежно  работающих  систем  автоматического  управления  [6].  На  сегодняшний  день  ни  одна  из  попыток  создания  автоматических  систем  управления  ДГР  с  подмагничиванием  не  дала  искомых  результатов  —  были  перепробованы  различные  принципы  регулирования  (амплитудный,  фазовый,  ШИМ­модуляции,  непромышленной  частоты  и  т.  п.).  В  то  время  как  у  дугогасящих  реакторов  с  регулируемым  зазором  магнитопровода  принципы  автоматического  управления  остаются  неизменными  на  протяжении  последних  десятилетий,  изменяется  только  элементная  база  регуляторов.  Результаты  исследований  [6]  показали,  что  энергопредприятия  постоянно  сталкиваются  с  определенными  трудностями  в  автоматическом  управлении  реакторами  с  подмагничиванием.  Только  четвертая  часть  обследованных  реакторов  с  подмагничиванием  постоянно  работают  в  автоматическом  режиме.  На  остальных  реакторах  с  подмагничиванием  автоматика  или  представлена  в  виде  опытных  образцов,  которые  до  конца  не  введены  в  работу,  или  выведена  эксплуатацией  из  работы  по  причине  её  частых  сбоев.

Реакторы  с  регулируемым  зазором  магнитопровода  технологически  сложны  в  изготовлении,  имеют  эксплуатационную  надежность  с  применением  механизмов  и  узлов  высокого  качества  изготовления  и  эффективной  системой  управления.  Кроме  того,  реакторы  данного  типа  отличаются  точной  настройкой  на  емкостный  ток  сети  и  широким  диапазоном  регулирования  токов.  Различные  исследования  [7]  показывают,  что  за  более  чем  30  лет  эксплуатации  плунжерные  реакторы  являются  надежным  и  неприхотливым  в  обслуживании  оборудованием.  Технические  характеристики  их  полностью  соответствуют  требованиям  системы  настройки  компенсации  в  нормальном  режиме  работы  сети,  что  делает  их  достаточно  перспективными  для  регулирования  в  режиме  однофазного  замыкания.

Список  литературы:

1. Булгаков  А.А.  Новая  теория  управляемых  выпрямителей.  М.:  Наука,  1970.  —  320  с.
2. Бурак  Н.В.,  Головчан  В.Д.  Обзор  регулируемых  заземляющих  дугогасящих  реакторов  и  основные  требования  к  ним  //  Электроснабжение  и  автоматизация  промышленных  предприятий.  Чебоксары:  Чебокс.  ун-т.  1976.  —  С.  3—11.
3. Вайнштейн  Р.А.,  Головко  С.И.,  Коломиец  Н.В.  Режимы  работы  нейтрали  в  электрических  системах.  Томск:  Томский  политехн.  ин-т,  1981.  —  79  с.
4. Долгополов  А.Г.  Управляемые  дугогасящие  и  шунтирующие  реакторы  с  предельным  насыщением  магнитной  цепи  для  электрических  сетей  высокого  напряжения:  дис…д-ра  тех.  наук.  Тольятти,  1999.  —  262  с.
5. Дягилева  С.В.  Управляемые  реакторы  с  самоподмагничиванием:  дис…  канд.  тех.  наук.  М.,  2010.  —  117  с.
6. Кричко  В.,  Миронов  И.  Особенности  применения  дугогасящих  реакторов  //  Новости  электротехники.  2007.  №  1(43).
7. Кучеренко  В.,  Сазонов  В.,  Багаев  Д.  Дугогасящие  реакторы  в  сетях  6–35  кВ.  Опыт  эксплуатации  //  Новости  электротехники.  2007.  №  3(45).
8. Правила  технической  эксплуатации  электрических  станций  и  сетей.  Издание  15-е.  М.:  Энергоатомиздат,  1996.  —  288  с.
9. Правила  технической  эксплуатации  электроустановок  потребителей/  Госэнергонадзор  Минэнерго  России.  М.:  ЗАО  «Энергосервис»,  2003.  —  392  с.
10. Правила  устройства  электроустановок:  6-е  и  7-е  изд.  с  изм.  и  доп.  М.:  КНОРУС,  2007.  —  487  с.
11. Сирота  И.М.  Режимы  нейтрали  электрических  сетей  /  И.М.  Сирота,  С.Н.  Кисленко,  А.М.  Михайлов.  Киев:  Наук.  Думка,  1985.  —  264  с.