Рассмотрены устройство и основы теории насыщающегося реактора, предназначенного для использования с целью ограничения колебаний напряжения. Реактор также может быть применен для компенсации избыточной реактивной мощности энергосистемы. Разработана математическая модель электромагнитных режимов работы реактора. На основе ее программной реализации исследованы установившиеся и переходные режимы, несимметричные режимы, обусловленные как питающей сетью, так и нагрузкой, а также самим устройством.

      The design and the theory basis of saturated reactor are described. Reactor is used to limit fluctuations of voltage. It is also possible to compensate an excess reactive power of the power system with the reactor. Mathematical model of electromagnetic modes of the reactor is developed. Steady-state, transient conditions and non-symmetrical modes stipulated by power supply system, load and a facility itself are investigated based on the program realization of the model.

      Являясь средством автоматического регулирования реактивной мощности, насыщающиеся и управляемые реакторы (НР и УР) необходимы для управления режимами электроэнергетических систем с целью решения следующих задач: компенсация избыточной зарядной мощности ЛЭП и повышение их пропускной способности, ограничение коммутационных перенапряжений и токов короткого замыкания, уменьшение колебаний напряжения, рациональное распределение напряжения и тока и др.
      Реактор это статическое нелинейное устройство, работа которого основана на явлении электромагнитной индукции. Реактивная мощность, потребляемая насыщающимся реактором, плавно регулируется за счет изменения насыщения магнитопровода переменным магнитным полем.
      Разработан трехфазный насыщающийся реактор, предназначенный для использования, например, в схеме параметрического стабилизатора напряжения (рис.1). Основной функцией его является стабилизация напряжения в системах электроснабжения с резкопеременным характером нагрузки, например, в системах электроснабжения дуговых электропечей.

      Насыщающийся реактор содержит многостержневой магнитопровод и трехфазную обмотку, катушки которой расположены на стержнях. В зависимости от мощности устройства магнитопровод может быть выполнен магнитосвязанным или состоящим из трех отдельных одинаковых планарных модулей (рис.2). Магнитопровод включает девять стержней. Каждая фаза состоит из четырех последовательно соединенных катушек, соотношение числа витков которых составляет N_б:N_м:N_с:N_с=1:0,347:0,532:0,532. На стержнях каждого модуля расположены катушки N_б и N_м, принадлежащие одной и той же фазе, и две катушки Nс, принадлежащие двум другим разным фазам. Принятые соотношения чисел витков катушек, схема их соединения и расположение на стержнях магнитопровода обусловливают создание девятилучевой симметричной трехфазно-расщепленной звезды векторов м.д.с. стержней. Реализация такой звезды векторов обеспечивает пониженное содержание гармоник (менее 2%) в токе реактора. Действительно, как показывает гармонический анализ, каждая фаза обмотки реактора индуктивно не связана с 5, 7, 11 и 13 гармониками магнитного потока, коэффициенты распределения фазы обмотки по этим гармоникам равны нулю. Между парами зажимов А, В или С обмотки реактора не обусловливают э.д.с. и 3, 9 и 15 гармоники магнитного потока, но в фазах обмотки эти гармоники индуктируют уменьшенные э.д.с. соответствующей частоты, которые составляют нулевую последовательность. Коэффициент распределения фазы обмотки по 3 и 15 гармоникам равен примерно 0,6, а по 9 гармонике – 0,1. Таким образом в токе обмотки реактора отсутствуют 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 и т.д. гармоники. Остаются нескомпенсированными в токе лишь 17, 19, 35, 37 и т.д. гармоники, амплитуды которых невелики.

      Благодаря глубокому насыщению стержней магнитопровода и отсутствию замкнутых контуров в обмотке реактора он обладает высоким быстродействием.
      Стабилизация напряжения реактором достигается благодаря тому, что за ”коленом” вольтамперной характеристики его, в широком диапазоне изменения тока, протекающего в обмотке реактора, напряжение изменяется незначительно. Для уменьшения наклона рабочего насыщенного участка в.а.х., находящегося за ”коленом” кривой, каждая катушка обмотки реактора может быть выполнена не из обычного проводникового материала, а из чередующихся 2n слоев фольги и 2n слоев диэлектрика (n=1, 2, 3,...). Соответствующие слои фольги всех катушек каждой фазы соединяются последовательно, образуя внешний и внутренний совокупные слои, которые не связаны гальванически. Совокупные слои фольги являются обкладками конденсатора, между которыми находится диэлектрик, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью, например, лавсановая пленка. Индуктивное и емкостное сопротивления такой обмотки включены последовательно, благодаря чему и достигается компенсация падения напряжения на индуктивном сопротивлении.
      Каждый модуль реактора может быть выполнен не только на бронестержневом трехстержневом планарном магнитопроводе (рис.2), но и собран из трех О-образных сердечников, расположенных радиально и образующих в плане трехлучевую симметричную звезду.
      На основе разработанной обобщенной математической модели электромагнитных режимов и явлений, возникающих при намагничивании магнитопровода, исследовано поведение реактора в электроэнергетической системе. Математическая модель составлена на основе эквивалентирования реального устройства электрической и магнитной схемами замещения с нелинейными сосредоточенными параметрами. После ряда преобразований, модель является системой нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений. Разработаны алгоритм и программная реализация модели. Результатом последней являются искомые значения: токов обмоток, магнитных потоков, индукций и др. величин, получаемых как функции времени.
      На рис.3а показана зависимость линейных токов в фазах трехфазной совме-щенной обмотки НР при следующих переходных процессах: 1) t0 = 0,00^oс - включение НР на 3-фазное напряжение; 2) t1 =0,06^oс – наброс напряжения; 3) t2 = 0,14^oс – 10-процентный сброс его. Как видно из рисунка, 1-й процесс длится в течении ~ 0,02^oс, 2-й и 3-й процессы заканчиваются за ~ 0.01^oс. Как следует из приведенной зависимости, форма кривой тока является практически синусоидальной. Рис.3б иллюстрирует переходный процесс при обрыве фазы A-X питающего напряжения (начало процесса соответствует моменту времени t1 = 0.06^oс). При t > 0,06^oс форма кривых токов в фазах B-Y и C-Z искажается за счет третьей гармоники, и нормальная работа НР нарушается.
      Благодаря быстрому параметрическому изменению реактивной мощности реактора в функции приложенного напряжения и отсутствию параллельных ветвей в обмотке, НР обладает практически безынерционным принципом действия, что делает особенно эффективным его использование для стабилизации напряжения в сети с резкопеременной нагрузкой. Вследствие пониженного содержания высших гармоник в кривой тока, а также других положительных качеств, НР является наиболее часто используемым типом реакторов.

Доктор техн. наук, профессор Забудский Евгений Иванович. Московский государственный агроинженерный университет, профессор кафедры Электроснабжение и Электрические машины. Россия, 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 58.
Phone: (095) 407 3740, fax: 976 4396, e-mail: zei@inbox.ru. Web page: http://zabudsky.ru.

Шелихов Сергей Васильевич. Московский государственный агроинженерный университет, аспирант кафедры Электроснабжение и Электрические машины.

Возврат на начальную страницу