В конце второго десятилетия ХХ века наметились контуры одной из проблем техники электропередачи, состоявшей в том, что при больших расстояниях передачи высокого напряжения начинала существенно сказываться емкостная проводимость линии и значительно возрастал емкостной ток, который уменьшал пропускную способность линии. Это явление сопровождалось недопустимым повышением напряжения в линии. М.О. ДоливоДобровольский оценил важность наметившейся проблемы и в ноябре 1918 года выступил с докладом на эту тему [18, 39].
В начале 40-х годов ХХ века Р. Рюденберг (Германия) предложил для решения этой и некоторых других проблем электропередач использовать сильное магнитное насыщение электротехнической стали, указав одновременно на необходимость устранения высших гармонических в силовых электросетях [102, 120]. Идеи Р. Рюденберга получили свое дальнейшее развитие и широкую практическую реализацию в работах Е. Фридлендера (GEC, Англия) [106, 107, 128]. Фирма GEC изготовила и установила в различных странах мира более 50 ферромагнитных реакторов, магнитная система которых выполнена по типу магнитопроводов силовых трансформаторов, на мощности от нескольких десятков до сотен Мвар (табл. В.1). Рабочий диапазон значений магнитной индукции этих реакторов находится за «коленом» кривой намагничивания стали магнитопровода. Эти устройства автоматически обеспечивают правильное реагирование на различные требования линии электропередачи, в том числе обеспечивают поглощение (компенсацию) емкостной реактивной мощности и предотвращают повышение напряжения в дальних линиях электропередачи переменного тока при линейных напряжениях выше 200 кВ [128, 129].
В СССР с целью решения указанной проблемы в 1954-56 гг. было испытано в большом масштабе регулирование реактивного потребления силовых трансформаторов путем подмагничивания их постоянным током, которое предложил И.С. Брук [24]. Дальнюю электропередачу с подмагничиваемыми реакторами-трансформаторами и форсируемыми конденсаторными батареями проанализировал Д.И. Азарьев [13].
В 1954 году М.С. Либкинд предложил новый принцип самонасыщающегося реактора (без подмагничивания постоянным током), магнитопровод которого был не стержневым, т.е. трансформаторного типа с пульсирующим магнитным полем (ПМП), а был выполнен по типу магнитопровода электрической машины переменного тока, но с неподвижным «ротором» и минимальным, технологическим зазором между статором и «ротором». В 1957 году им же была предложена принципиальная схема реактора с управлением мощностью его за счет подмагничивания ярм статора и «ротора» постоянным током (в дальнейшем изложении кавычки опущены) [84, 85]. Самонасыщающийся и управляемый реакторы с вращающимся магнитным полем (ВМП) исследовались и совершенство вались в течение примерно двух десятилетий в Энергетическом институте (ЭНИН, Москва) Г.И. Кугушевым, В.А. Цветковым, Л.И. Дорожко, В.М. Сорокиным и др., в политехническом институте (Санкт-Петербург) С.В. Усовым, А.К. Черновцом, В.С. Козулиным, Г.А. Евдокуниным и др., в Энергетическом институте (Алма-Ата) А.М. Брянцевым, Е.Н. Бродовым, С.Е. Соколовым, И.И. Леоновым и др., в политехническом институте (Таллинн) Я.Я. Ярвик, Ю.Ю. Теллинен и др., в политехническом институте (Кишинев) В.И. Мишиным, И.В. Собор и др. и в ряде других организаций. Эти устройства разрабатывались и исследовались и в институте электроники и электротехники Падуанского университета (Италия) D. Ciscato, G. Marchesini, L. Mariani, L. Merigliano [126, 131].

Таблица В.1. Параметры статических компенсаторов реактивной мощности (СКРМ), в которых в качестве регулирующего устройства использован насыщающийся реактор [106]

Место установки	Время ввода в эксплуатацию	Тип реактора, тип подмагничивания	НР Q, Мвар	НР U, кВ	БК Q, Мвар	БК U, кВ	Назначение СКРМ*
CERN (Франция)	1975 - 1978	9-стежневой, продольное	9	18	80	18	1,2
NEPA (Нигерия)	1978	9-стежневой, продольное	8(НР)**+ +18,9	33	-	-	1, 2
CEB (Австралия) 2 блока	1979	9-стежневой, продольное	60	66	60	66	1,2
CPE (Мексика)	1979 - 1980	9-стежневой, продольное	47	69	90	69	1, 2, 3, 4
CEC (Австралия) 2 блока	1984	6-стежневой, продольное	32	30,5	40	30,5	1, 2, 3, 4, 5
CEGB (Великобритания) 3 блока	1985 - 1986	9-стежневой, продольное	150	400	150	400	2, 3

П р и м е ч а н и е:
*1 - регулирование напряжения,
2 - компенсация реактивной мощ­ности,
3 - ограничение перенапряжений,
4 - повышение пропуск­ной способности,
5 - повышение динамической устойчивости;
** мощность НР - 8 Мвар, мошность трех реакторов, коммутируемых выключателями - 18,9 Мвар.

Первое Всесоюзное совещание по применению ферромагнитных устройств в энергетических системах состоялось в 1971 году (ЭНИН, Москва) и отметило перспективность их использования, и рекомендовало продолжить разработку таких устройств.
С конца 70-х годов в перечисленных и некоторых других организациях разрабатывались реакторы с пульсирующим магнитным полем (ПМП) на базе магнитопроводов трансформаторного типа с пространственным симметричным расположением стержней, а также с планарным расположением стержней.
Итоги работы в этом направлении были обсуждены на симпозиуме «Эффективность применения управляемых реакторов в энергосистемах», который рассмотрел все обостряющуюся проблему создания управляемых потребителей избыточной реактивной мощности в электроэнергетических системах (Санкт-Петербург, научный центр РАН и гостехуниверситет, 1989 г.) [32, 103, 113].
В табл. В.2 приведены данные по управляемым и насыщающимся реакторам (УР и НР), установленным на эксплуатацию в ряде энергосистем и промышленных предприятий. Вместе с тем, быстрое непрерывное регулирование реактивной мощности с помощью этих устройств является относительно новой, но активно развивающейся технологией в электроэнергетике.
В решении симпозиума отмечено, что «...Целесообразность применения управляемых реакторов в энергосистемах определяется:
1) необходимостью регулируемого потребления избыточной реактивной мощности линий электропередачи (воздушных и кабельных), при передаче мощности меньше натуральной мощности линий. В этом случае номинальное напряжение реактора определяется номинальным напряжением электропередачи, а номинальная мощность - зарядной мощностью длины коммутируемого участка линии;
2) необходимостью регулирования источников реактивной мощности в распределительных сетях 6...10 кВ и выше у потребителей электроэнергии с преимущественно индуктивной нагрузкой. В этом случае целесообразна установка управляемых реакторов параллельно батареям конденсаторов, мощность которых определяется максимальным потреблением реактивной мощности потребителями.
Принципиально различные условия работы управляемых реакторов в двух указанных случаях определяют различные требования к ним и необходимость разработки двух различных типов.
Первый тип реактора (для компенсации избыточной реактивной мощности линии) помимо плавного регулирования реактивной мощности в нормальных режимах работы линий должен обеспечивать быстрое уменьшение реактивной мощности при внезапных набросах нагрузки линии, а также быстрое увеличение реактивной мощности вплоть до номинальной и более (в режиме форсировки мощности реактора) в процессе коммутации линии.
Второй тип реактора (для регулирования мощности батарей конденсаторов) должен обеспечивать плавное регулирование мощности конденсаторных батарей при ограниченной генерации высших гармонических в соответствии с ГОСТ 13109-87 на качество электроэнергии.
Применение управляемых реакторов позволит:
1) сократить использование дорогостоящего и сложного в эксплуатации оборудования (синхронные компенсаторы, статические тиристорные компенсаторы);
2) уменьшить применение генераторов на электростанциях в качестве регулируемых источников реактивной мощности и потери в линиях электропередач;
3) ограничить использование сложной системы коммутации шунтирующих реакторов (нерегулируемых) на линиях;
4) как следствие - повысить технико-экономические показатели электро-энергетических систем и передач переменного тока» [32].

Таблица В.2.Сводка проектируемых и изготовленных УР и НР
(по данным участников симпозиума)

Вид подмагничивания, особенности	Назначение реактора	Проект	Изготовитель	Место и год установки	Uн, кВ	Qн,Мвар
Кольцевое	Шунтирующий	ЦКБЭн, ЭНИН	Сиблектротяжмаш	Ленэнерго, 1982	10	25
Кольцевое	Шунтирующий	КПИ	Электромаш, Тирасполь	Молдавгидромаш, 1975	0,38	0,1
Поперечное	Дугогасящий	ЦРМЗ, ЭНИН	ЦРМЗ	Донбасэнерго	10/31/2	0,35
Поперечное	Фильтровый	МЭЗ, ЭНИН	МЭЗ	МИС Тольятти, 1978	110/31/2	80
Продольно-поперечное	Дугогасящий	ЦКБЭн, ЭНИН	ТЭРЗ, 2 шт.	Кременчугский район, 1981	35/31/2	0,8
Продольно-поперечное	Шунтирующий	ЦКБЭн, ЭНИН	МЭЗ	БАМ	35	20
Насыщающися, 9 стержней и 2 боковых ярма	Шунтирующий реактор-автотрансформатор	ТПИ	Эстонэнергоремонт	Бурятэнерго, 1990	10, РПН ±5 %	3,3
Продольное	Много различных	АЭИ или ТПИ	Разные	Разные, до 1989	до 10	до 1
Продольное	Шунтирующий	ТПИ	Мастерские	п/ст Ложница, 1978	35	2,5
Продольное (пространственный, навитой разрезной)	Шунтирующий реактор-транс-форматор	КПИ	КПИ, Молдэнергоремонт	Фалештская сеть, 1990, 2 устройства	10	0,25
Продольное (пространственный, навитой разрезной)	Шунтирующий	АЭИ, ТЭРЗ	ТЭРЗ	Усолье, 1987	6,3	1
Продольное (пространственный, навитой разрезной)	Дугогасящий	АЭИ, МЭЗ	МЭЗ, 7 штук	Алма-Ата-Энерго, 1990	11/31/2	0,4
Продольное (совмещенные обмотки)	Шунтирующий	АЭИ, МЭЗ	МЭЗ	Белый Раст	20	1 фаза, 60
Продольное (совмещенные обмотки)	Шунтирующий	ЗТЗ, АЭИ, ТПИ, ЭСП, ВЭИ	ЗТЗ	Белый Раст	525/31/2	1 фаза, 60
Продольное (с переменным сечением стали вдоль оси)	Шунтирующий	МЭЗ	МЭЗ	Белый Раст	525/31/2	1 фаза, 60

О б о з н а ч е н и я: ЦКБЭн - ЦКБ Союзэнергоремонт Минэнерго СССР; ЭНИН - Энергетич. ин-т, Москва; ТЭРЗ - трансф. эл-рем. з-д Ленэнерго; МЭЗ - МосПО «Электрозавод», Москва; ТПИ, КПИ - Таллиннский и Кишиневский политехнические институты; АЭИ - Алма-Атинский энергетический институт; ЗТЗ - ПО Запорожтрансформатор»; ЦРМЗ - Донбассэнерго.

В [21] также отмечается, что несколько лет назад интерес к шунтирующим управляемым реакторам резко возрос. Это обусловлено рядом причин: во-первых, реакторы по сравнению со статическими тиристорными компенсаторами реактивной мощности характеризуются меньшей ценой за единицу реактивной мощности, их эксплуатация более проста, возможно быстрое освоение их производства на трансформаторных заводах; во-вторых, предложены новые конструктивные решения, в том числе по резкому увеличению рабочей индукции, схемам соединения обмоток и т.д.; наконец, в-третьих, возникла повышенная потребность в регулируемых шунтирующих реакторах для ЛЭП, работающих в условиях частых недогрузок помощности.
Дальнейшее практическое использование накопленного опыта в области реакторостроения и эксплуатации реакторов было существенно активизировано трудами чл-корр. РАН Г.Н. Александрова по созданию электропередач с неограниченно увеличенной натуральной мощностью воздушных линий, что достигается за счет увеличения числа проводов в фазе при отказе от ограничения расстояний между ними [14, 15]. Такие ЛЭП, в отличие от линий традиционного конструктивного исполнения, называются ЛЭП повышенной натуральной мощности (ПНМ). Так как натуральная мощность линий может быть неограниченно повышена, то и пропускная способность линий не оказывается ограниченной [95]. Как указывается в [16] «...для обеспечения нормальных и аварийных режимов работы энергосистем в этом случае обязательно использование регулируемых реакторов. При больших длинах линий они должны быть распределены на расстояния не больше 600 км один от другого. Создание широкой номенклатуры таких реакторов - важнейшая задача электротехнической промышленности. Управление такими реакторами должно осуществляться автоматически путем сравнения протекающего по линии тока с натуральным током в месте установки реактора. При таком способе регулирования четко распределяются функции систем регулирования реакторов и генераторов: реакторы компенсируют избыточную реактивную мощность линий, генераторы обеспечивают выдачу активной мощности и поддерживают неизменным напряжение в начале линии. Как показывают выполненные исследования, при таком разделении функций регулирования между генераторами и реакторами обеспечивается возможность устойчивой передачи мощности на любые расстояния (вплоть до многих тысяч километров) и в любых масштабах без какого либо ограничения».
Вместе с тем, установка УР и НР в электроэнергетических системах, необходимая для улучшения режимов работы систем, приводит и к увеличению количества установленного оборудования, что имеет отрицательные последствия. С целью их устранения, а, следовательно, для повышения надежности, снижения материалоемкости, уменьшения капитальных и эксплуатационных затрат, упрощения обслуживания систем и др. необходима разработка и исследование совмещенных [61] насыщающихся и управляемых реакторов и реакторов-трансформаторов, как системных устройств многоцелевого назначения, выполняющих одновременно функции отдельных реактора и силового трансформатора, а также источника постоянного тока, питающего обмотку управления, батареи конденсаторов и др.
Из сопоставления совмещенного электромеханического устройства с совмещенными обмотками и совмещенного устройства с раздельными обмотками (однокорпусный агрегат) следует [66], что надежность совмещенной обмотки (СО) почти в два раза выше двух раздельных обмоток; сечение СО на 13...50 % меньше, чем сумма сечений отдельных обмоток; масса СО на 15...35 % меньше суммарной массы отдельных обмоток; объем изоляции СО также меньше, так как сечение проводников ее больше сечения проводников каждой из двух отдельных обмоток, но меньше суммарного сечения последних. Таким образом, при сравнении совмещенного устройства с отдельными обмотками и совмещенного устройства с совмещенными обмотками предпочтение следует отдать последнему.
Существенным является тот факт, что работа совмещенного управляемого реактора-трансформатора (УРТ) полностью согласуется с особенностями работы электроэнергетической системы, основываясь на том обстоятельстве, что при максимальной нагрузке трансформатора мощность реактора должна быть минимальной, а при минимальной нагрузке трансформатора мощность реактора должна быть максимальной [32].
Таким образом, проблема создания простых, надежных и экономичных регулируемых устройств потребления избыточной реактивной мощности является актуальной. Результаты решения этой проблемы имеют важное народнохозяйственное значение, что определено большими масштабами внедрения этих устройств, обусловленными значительной протяженностью электроэнергетических систем и необходимостью решения следующих задач управления режимами систем: компенсация избыточной зарядной мощности ЛЭП и повышение их пропускной способности, ограничение коммутационных перенапряжений, ограничение токов короткого замыкания, уменьшение колебаний напряжения, рациональное распределение напряжения и тока и др.
Проблема создания высокоэффективных регулируемых потребителей реактивной мощности для систем управления в электроэнергетике решается путем объединения функций отдельных электроэнергетических устройств, а также объединения функций их элементов, в совмещенных системных устройствах многоцелевого назначения, необходимых для улучшения режимов работы дальних электропередач переменного тока, распределительных электросетей и систем электроснабжения промышленных предприятий.

Вернуться назад
Возврат на начальную страницу