CC BY
17
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2012. № 2 (11)
АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И СРЕДСТВА СВЯЗИ УДК 621.316
В.А. Козлов, Т.С. Козлова, Г.Е. Кувшинов, Н.Н. Мазалёва
КОЗЛОВ Виталий Александрович - инженер (Амурские электрические сети, Благовещенск). КОЗЛОВА Татьяна Сергеевна - аспирант кафедры энергетики (Амурский государственный университет, Благовещенск).
КУВШИНОВ Геннадий Евграфович - доктор технических наук, профессор кафедры судовой энергетики и автоматики Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).
МАЗАЛЁВА Наталья Николаевна - кандидат технических наук, доцент кафедры электроэнергетики и электротехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: kuvsh@marine.febras.ru
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Описывается устройство для равномерного распределения реактивной мощности между синхронными генераторами. Показано, что благодаря применению в этом устройстве дифференцирующих измерительных преобразователей тока и трансформаторов параллельной работы обеспечивается высокая точность как поддержания заданного напряжения на общих шинах, так и распределения реактивных токов между генераторами.
Ключевые слова: синхронные генераторы, реактивная мощность, равномерное распределение, дифференцирующий преобразователь, результаты эксперимента.
The experimental research of a reactive power distribution device. Vitaly A. Kozlov (Amur electric networks, Blagoveshchensk), Tatyana S. Kozlova (Amur State University, Blagoveshchensk), Gennadij E. Kuvshinov, Natalia N. Mazaleva - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).
This article deals with a device used to uniformly distribute reactive power between synchronous generators. It has been demonstrated that the differentiating measuring current transducers and parallel operation transformers used in the device provide high precision required to maintain the preset voltage level in the common buses and distribute reactive currents between the generators.
© Козлов В.А., Козлова Т.С., Кувшинов Г.Е., Мазалёва Н.Н., 2012
Key words: synchronous generators, reactive power, uniform distribution, differentiating transducer, experimental results.
Устройство для равномерного распределения реактивной мощности (УРРМ) содержит дифференцирующие индукционные измерительные преобразователи тока (ДИПТ) и может быть использовано для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, например синхронными генераторами (СГ), снабженными регуляторами напряжения этих источников. Распределение реактивной мощности осуществляется путем регулирования ЭДС всех одновременно работающих СГ в функции отклонения относительного, по отношению к номинальным токам, значения их реактивных токов от среднего относительного, по отношению к сумме номинальных токов, значения суммы реактивных токов этих СГ.
Известные УРРМ [1, 2] обладают рядом недостатков, которые в новом устройстве устранены. Рассмотрим схему УРРМ (см. рисунок) и результаты его экспериментального исследования [3].
23 24
26
1 1
22V--X 25 22V--Ч 25
11 111
Принципиальная схема УРРМ
УРРМ состоит из трансформаторов 1 параллельной работы и групп катушек (в группу входят катушки, относящиеся к одной фазе устройства), первых 2 и вторых 3 ДИПТ. Катушки 2 и 3 ДИПТ индуктивно связаны с токопроводами 4 тока нагрузки СГ 5, снабженных регуляторами 6 напряжения. Начала 7 катушек 2 первых ДИПТ подключены к началам 8 первичных обмоток 9 трансформаторов 1. Для каждого комплекта катушек 2 и 3 ДИПТ, относящихся к одному СГ, концы 10 катушек 2 ДИПТ соединены с общим нулевым зажимом 11 этого ком-
плекта. В каждый комплект входят по столько катушек 2 первых и 3 вторых ДИПТ, сколько имеется входных зажимов 12 у каждого регулятора 6. Для каждого блока трансформаторов 1, относящихся к одному СГ, концы 13 первичных обмоток 9 трансформаторов 1 подключены к общему нулевому зажиму 14 такого блока, в каждый из которых входят столько трансформаторов 1, сколько имеется входных зажимов 12 у каждого регулятора 6. К выводам 8 и 13 первичных обмоток 9 трансформаторов 1 присоединены также выводы выключателя 15. К выходным зажимам 16 источников 5 подключены концы 17 катушек 3 вторых ДИПТ, начала 18 которых соединены с началами 19 вторичных обмоток 20 трансформаторов 1. Концы 21 обмоток 20 подключены к входным зажимам 12 регуляторов 6 напряжения. Токопроводы 4 СГ через выключатели 22 соединены с общими шинами 23, от которых получает питание общая нагрузка 24. Выключатели 22 СГ снабжены блок-контактами 25, через которые начала 7 катушек 2 первых ДИПТ подключены к уравнительным соединениям 26. Количество уравнительных соединений 26 и число блок-контактов 25, приходящихся на один СГ, равно числу входных зажимов 12 каждого регулятора 6 напряжения.
Все трансформаторы 1 имеют одинаковое число витков у первичных и вторичных обмоток. Взаимные индуктивности всех катушек 2 и 3 ДИПТ с токопроводами 4 тока нагрузки имеют значения, обратно пропорциональные номинальным токам источников напряжения, к которым подключены эти токопроводы.
Благодаря перечисленным особенностям схемы УРРМ исключаются операции по переводу ведущего СГ в ведомый и, наоборот, ведомого СГ в ведущий, а операции по подключению СГ к общим шинам производятся без каких-либо переключений в цепях обратной связи по напряжению СГ. Внешняя характеристика СГ, когда он не подключен к общим шинам, может быть как астатической, так и имеющей статизм по реактивному току. Такой статизм имеет место при замыкании выключателей 15. При этом обеспечивается возможность безаварийной параллельной работы с СГ, которые не охвачены УРРМ.
Экспериментальное исследование рассматриваемой УРРМ проводилось в лаборатории судовых электроэнергетических систем ДВФУ (кафедра судовой энергетики и автоматики). Все ДИПТ и согласующие трансформаторы были выполнены на основе сетевых трансформаторов ТП-220 производства ПКФ «Электрон-комплекс», которые имеют одинаковые секции обмоток по 1150 витков и одинаковые сердечники стержневого типа ПЛ12,5х25х32. Активное сопротивление одной секции при комнатной температуре равно 720 Ом.
Сердечник ДИПТ выполнен разборным и стягивается специальными шпильками с барашковыми гайками для удобства введения гибкого провода в окно сердечника и подгонки взаимной индуктивности под требуемое значение. Для каждой фазы СГ провод сечением 25 мм2 вкладывается в окна сердечников двух ДИПТ, относящихся к этой фазе СГ. Затем окна сверху закрываются верхними половинами сердечников, которые прижимаются к нижним половинам барашками. Между половинами сердечников помещены прокладки из бумаги. Количество прокладок определяет выбранное значение взаимной индуктивности, точная настройка которой производится с помощью барашков.
Секции обмоток ДИПТ были включены параллельно, а секции первичной и вторичной обмоток трансформаторов - последовательно. Взаимная индуктивность катушек и первичных проводов с первичным током для всех ДИПТ была принята одинаковой и настроена так, что
измеряемому току 50 А соответствовала ЭДС ДИПТ 5 В. Суммарный воздушный зазор сердечника ДИПТ составил около 0,75 мм, а индуктивность катушек оказалась равной 0,35 Гн. Таким образом, активное сопротивление обмотки ДИПТ равно 360 Ом, индуктивное - 110 Ом, а полное - 376 Ом. Указанные значения внутреннего сопротивления катушки пренебрежимо малы по сравнению с сопротивлением намагничивающего контура трансформатора 1, которое превосходит 100 кОм. Поэтому ЭДС ДИПТ, подведенная к первичной обмотке 9 трансформатора 1, трансформируется во вторичную обмотку 20 практически без изменения значения и фазы этой ЭДС, что и доказывает необходимость одинаковой настройки взаимной индуктивности катушек ДИПТ 2 и 3.
Эксперимент проводился с двумя СГ, снабженными управляемыми системами прямого амплитудно-фазового компаундирования. Входные зажимы 12 корректоров напряжения, осуществляющих регулирование по отклонению напряжения СГ от заданного значения, в качестве которого было принято номинальное напряжение СГ - 230 В, подключались к фазам A и C каждого СГ через катушки 3 ДИПТ и вторичные обмотки 20 трансформаторов 1, как показано на рисунке. Сначала выполнялись испытания каждого СГ при их одиночной работе. Нагрузка создавалась с помощью заторможенного асинхронного двигателя с фазным ротором, у которого обмотки статора включены через кольца последовательно с обмотками ротора. Изменение сопротивления двигателя производится поворотом ротора. Ток двигателя близок к индуктивному, коэффициент мощности изменяется в небольших пределах. Среднее значение коэффициента мощности равно 0,2.
Напряжения холостого хода СГ равнялись 230 В. Изменение этого напряжения при переходе от разомкнутого положения выключателей 15 к замкнутому и обратно не выходило за пределы погрешности вольтметра класса 0,5. При разомкнутом положении этих выключателей внешняя характеристика СГ была астатической, а при замкнутом - линейной, со снижением напряжения СГ при токе 50 А с 230 до 222 В.
Была проверена и параллельная работа СГ. После синхронизации СГ и выравнивания активных нагрузок отличие реактивных токов СГ не превосходило 5 А, что соответствует требованиям к автоматическому распределению реактивных токов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 2239224 Российская Федерация. Устройство токовой стабилизации источника напряжения; заявл. 16.04.2003; опуб. 27.10.2004, Бюл. № 30.
2. Пат. 2359310 Российская Федерация. Устройство для равномерного распределения реактивной мощности; заявл. 09.01.2008; опуб. 20.06.2009, Бюл. № 17.
3. Пат. 2402134 Российская Федерация. Устройство для равномерного распределения реактивной мощности; заявл. 14.10.2009; опуб. 20.10.2010, Бюл. Бюл. № 29.
