Dekodiranje visoko{0}}napetostnih serijskih reaktorjev: princip, razvrstitev in rešitve za prilagajanje omrežja

I. Uvod
V sodobnem elektroenergetskem sistemu ima visokonapetostni serijski reaktor pomembno vlogo. Kot »stabilizatorji« in »regulatorji« elektroenergetskega omrežja učinkovito izboljšujejo kakovost električne energije in zagotavljajo varno delovanje električne opreme. S širitvijo elektroenergetskega omrežja in vse večjo kompleksnostjo obremenitve z električno energijo sta predstavljena zmogljivost in funkcija visokonapetostnega tandemskega reaktorja. V tem prispevku bodo podrobno obravnavani osnovni princip, klasifikacija strukture, usmerjenost funkcij, rešitve za prilagajanje omrežja in razvojni trendi tehnologije reaktorja serije hv, kar bo bralcem zagotovilo celovito referenco za razumevanje reaktorja serije hv.
ii. Temeljni princip: Fizikalni mehanizmi in trenutna regulacija elektromagnetne resonance
2.1 Osnovni principi elektromagnetne indukcije in serijske resonance
Delovanje visokonapetostnega serijskega reaktorja temelji na zakonu elektromagnetne indukcije in principu serijske resonance. Zakon o elektromagnetni indukciji pravi, da ko se tok skozi zaprt vodnik spremeni, se znotraj vodnika pojavi indukcijska emf. Serijska resonanca se pojavi, ko sta induktivnost (L) in kondenzator (C) nanizana skupaj. Induktivna reakcija (XL) pri določeni frekvenci
) in kapacitivna reaktanca (XC)
) Velikost je enaka, vendar v nasprotni smeri. Na tej točki je skupna impedanca vezja blizu ničle in tok doseže vrhove.
2.2 Formula za izračun ključnih parametrov
Resonančna frekvenca (f0
) se izračuna po formuli f0.
Po potrebi=2
1
za določitev resonančne frekvence sistema. Induktivna reaktanca (XL
) se izračuna kot XL
Pogostost=2potovanja
Označuje, da je odpornost induktorja na izmenični tok sorazmerna s frekvenco in induktivnostjo. Kapacitivna reaktanca (XC
) se izračuna kot XC
1
Prikazuje, da je nasprotje kondenzatorja AC obratno sorazmerno s frekvenco in kapacitivnostjo. Pri resonančnih frekvencah, XL
SKUPAJ=XC
.
2.3 Dejanske aplikacije
V elektroenergetskih sistemih 6 kV -35 kV se visoko{4}}napetostni tandemski reaktorji običajno uporabljajo v povezavi s kondenzatorskimi baterijami. Harmonike visokega-reda, kot so harmoniki-tretjega reda in harmoniki petega reda, je mogoče učinkovito filtrirati z natančnim ujemanjem reaktančnega razmerja (običajno med 4,5 % in 12 %). Na primer, ko je izbrano reaktančno razmerje 6 %, imajo kondenzatorske baterije nizko impedanco do petega harmonika, kar povzroči, da večina toka petega harmonika teče v kondenzatorsko baterijo. To lahko prepreči harmonično ojačitev v električnem omrežju, prepreči pregrevanje kondenzatorja ali poškodbo izolacije itd. ter zagotovi stabilno delovanje elektroenergetskega sistema.
III. Strukturne klasifikacije: več-dimenzionalna analiza od suhega tipa do-oljno potopljenega tipa
3.1 Reaktorji s suho-zračno-jedrom
3.1.1 Način magnetne prevodnosti in konstrukcijske značilnosti
Reaktorji s suhim jedrom uporabljajo zrak kot medij za magnetno prevodnost in so zasnovani tako, da ne-brez olja. To odpravlja nevarnost puščanja olja med delovanjem, zmanjšuje nevarnost požara in izboljša varnost. Proizvajajo tudi relativno nizek hrup, običajno pri manj kot ali enakih 45 dB, da zmanjšajo njihov vpliv na okolje. Ti upori imajo dobro linearnost impedance, minimalne spremembe impedance pri različnih tokovih ter stabilne funkcije omejevanja in filtriranja toka. Imajo visoko mehansko trdnost in lahko prenesejo določene mehanske obremenitve in vibracije. Vendar imajo reaktorji s-suhim jedrom razmeroma veliko magnetno uhajanje in zahtevajo dovolj prostora za namestitev, da se izognejo magnetnim motnjam okoliške opreme. Običajno so primerni za zunanje transformatorske postaje in druge razmeroma odprte prostore.
3.1.2 Tipične aplikacije in značilnosti procesa
Jedrni-reaktor s suhim zrakom je običajna vrsta v transformatorskih postajah mestnega omrežja. V proizvodnem procesu se lahko postopek vakuumskega litja epoksidne smole z dobro vodoodpornostjo in odpornostjo na vlago prilagodi vsem vrstam težkega zunanjega okolja. Nekatere njihove ravni izpusta so pod industrijskimi standardi, kar učinkovito zmanjša nekaj poškodb izolacijskih materialov in podaljša življenjsko dobo reaktorjev.
3.2 Reaktorji s suho-železno-jedro
3.2.1 Materiali železnega-jedra in značilnosti magnetnega vezja
Reaktor s suho sredico uporablja visoko{0}}kakovostne nizko{1}}izgubne hladno-valjane orientirane silicijeve jeklene pločevine kot jedro. Te plošče imajo visoko magnetno prepustnost in majhne izgube, kar izboljša učinkovitost in delovanje reaktorja. Njihovo zaprto vezje ohranja tok predvsem v železnem jedru, zmanjšuje magnetno uhajanje in minimizira magnetne motnje okoliških naprav.
3.2.2 Prednosti, slabosti in ukrepi za izboljšanje
Ti reaktorji pokrivajo majhno površino in so primerni za namestitev v zaprtih prostorih, kot so omare za 10 kV distribucijski sistem. Njihova zasnova brez-olja odpravlja tveganje onesnaženja z oljem in požarov ter poenostavlja vzdrževanje. Vendar pa je toleranca kratkega-vezja reaktorjev s-suhim jedrom razmeroma šibka. V primeru okvare kratkega-tokokroga lahko močan-tok kratkega stika poškoduje jedro in navitje. Za zmanjšanje vibracij so bakrene žice navite v več plasti, na dnu reaktorja pa so nameščene udarne blazinice iz silikonske gume. V normalnih pogojih delovanja je lahko življenjska doba več kot 20 let.
3.3 Reaktorji z-železno-jedrom v olju
3.3.1 Primerjava hladilnega medija in izgube
Reaktor-z oljno impregnirano sredico uporablja izolacijsko olje kot hladilni medij. Izolacijsko olje ima odlične lastnosti odvajanja toplote in lahko učinkovito odvaja toploto, ki nastane med delovanjem reaktorja. Posledično so njihove izgube manjše kot pri suhih reaktorjih.
3.3.2 Omejitve uporabe in scenariji uporabe
Zaradi uporabe izolacijskega olja oljni{0}}reaktorji predstavljajo določeno nevarnost požara in zahtevajo celovito protipožarno zaščito. Niso primerni za uporabo v zaprtih prostorih in se običajno uporabljajo za ultra-napetostne daljnovode. Opremljen z inteligentnimi sistemi za odvajanje toplote, se lahko učinkovitost odvajanja toplote samodejno prilagodi glede na temperaturo obremenitve, kar lahko učinkovito kompenzira kapacitivno reaktivno moč voda, omeji prenapetost električne frekvence in zagotovi stabilno delovanje daljnovoda uhv.
IV. UVOD Funkcionalno pozicioniranje: trojna funkcija omejevanja pretoka, harmoničnega filtriranja in kompenzacije jalove moči
4.1 Omejevanje-toka kratkega stika
Za senzorje je značilna "protitočna variacija". -Tok kratkega stika se hitro poveča v kratkem času, ko je v električnem omrežju kratko{2}}napaka tokokroga. S svojim induktivnim učinkom lahko visokonapetostni serijski reaktor omeji porast in najvišjo vrednost toka kratkega stika ter ohrani tok kratkega stika v tolerančnem območju opreme. Na primer, v elektroenergetskem sistemu se lahko tok kratkega -toka, ki bi lahko dosegel 100 kA, zmanjša na 50 kVA po ustrezni namestitvi jedrne opreme, kot so visoko-napetostni serijski reaktorji, zaščitni transformatorji in odklopniki pred čezmernim tokom in podaljšanju njihove življenjske dobe.
4.2 Harmonično upravljanje
Visokonapetostni zaporedni upor se združi s kondenzatorjem, da tvori pasivna filtrirna vezja, ki uporabljajo zaporedne resonančne značilnosti za ustvarjanje nizke-impedančne poti za določene frekvenčne harmonike. V obremenitvi obločne peči v metalurški industriji se proizvaja velika količina harmoničnega toka, zlasti pet harmonikov. Z zasnovo serije visokonapetostnih uporov in kondenzatorjev s 6 % lahko filtrirno vezje resonira pri petih harmonskih frekvencah in večina od petih harmonskih tokov lahko teče v filtrirno vezje. To filtrira več kot 80 % od petih harmonikov, kar močno izboljša kakovost električne energije in zmanjša tveganje harmonikov za električno omrežje in drugo opremo.
4.3 Optimizacija kompenzacije jalove moči
V elektroenergetskem sistemu induktivne obremenitve, kot sta motor in transformator, porabijo veliko pasivne moči, kar vodi do zmanjšanja faktorja moči in povečanja izgub v liniji. Kombinacija visokonapetostnega serijskega reaktorja in kondenzatorskih baterij lahko kompenzira pasivno moč, ki jo porabijo induktivne obremenitve, in poveča faktor moči na več kot 0,95. Pri prenosnem-vodu na dolge razdalje ima vod sam kapacitivno jalovo moč, kar zlahka povzroči resonanco samo{3}}vzbujanja generatorja in druge težave. Serijski reaktorji lahko kompenzirajo kapacitivno jalovo moč voda, naredijo porazdelitev pasivne moči v električnem omrežju bolj razumno, zmanjšajo izgube v liniji in izboljšajo učinkovitost prenosa.
V. Prilagoditev omrežja: prilagojene rešitve od nivoja napetosti do zahtev scenarija
5.1 Prilagoditev nivoja napetosti
5.1.1 6 kV -35 kV sistemi
Energetski sistemi 6 kV -35 kV običajno uporabljajo suhe reaktorje. Reaktančno razmerje je običajno med 4,5 % in 12 %, z nazivno zmogljivostjo med 60 kVar in 1000 kVar. Ta konfiguracija je primerna za mestno transformatorsko postajo, podzemno postajo itd. Zadovoljuje zahteve glede omejevanja toka, filtriranja in kompenzacije jalove moči pod to napetostjo.
5.1.2 220 20kV in več
For systems of 220 kilowatts and above, oil-immersed reactors are usually used, with a rated capacity of several thousand MVar. These large oil flooding reactors can meet the highcapacity and high voltage requirements of UHV transmission lines, effectively compensate the capacitive reactive power of the lines, restrain the overvoltage of the power frequency and ensure the safe and stable operation of the UHV power grid.
5.2 Prilagoditev okoljskim razmeram
5.2.1 Visoko{1}}nadmorska območja
At high altitudes (>2000 m nadmorske višine), se gostota zraka zmanjša in pogoji za odvajanje toplote se poslabšajo. Da bi zagotovili, da reaktor deluje pri normalni temperaturi, je treba njegovo nazivno zmogljivost zmanjšati za 10 do 15 odstotkov, da bi nadomestili vpliv zmanjšane gostote zraka na odvajanje toplote in preprečili poškodbe opreme zaradi pregrevanja.
5.2.2 Ekstremna temperaturna okolja
V ekstremnih temperaturnih okoljih, kot sta nizka (-25 stopinj) in visoka temperatura (+45 stopinj), so potrebni posebni materiali, kot so krio-odporne silikonske jeklene plošče in visoko{4}}temperaturno-odporne epoksi smole. Pločevine iz silicijevega jekla, odporne na nizke temperature, lahko ohranijo dobro magnetno prepustnost v nizkotemperaturnem okolju, da zagotovijo normalno delovanje reaktorja. Visoko{8}}temperaturno odporne epoksidne smole imajo visoko toplotno odpornost, lahko ohranijo toplotno izolacijo v visokotemperaturnem okolju in preprečijo okvare izolacije reaktorja zaradi previsoke temperature.
5.3 Posebna prilagoditev scenarija
5.3.1 Nova integracija energije
V novih scenarijih integracije energije, kot so fotonapetostne (PV) in vetrne elektrarne, nova oprema za proizvodnjo energije (kot so fotovoltaični pretvorniki, pretvorniki generatorjev vetrnih turbin itd.) med delovanjem ustvarja harmonične tokove s prekinitvami in nihanjem izhodne moči. Visok{2}}napetostni serijski reaktor lahko zgladi tokovne valovne oblike, zaduši harmonike, ki jih proizvaja preklopna naprava, izboljša ujemanje impedance sistema, naredi novo proizvodnjo energije bolje vključeno v električno omrežje in zagotovi stabilno delovanje električnega omrežja.
5.3.2 Železniški tranzit
V železniškem tranzitnem vlečnem napajalnem sistemu bo električna lokomotiva med delovanjem proizvedla veliko harmoničnih tokov, kar bo povzročilo poškodbe vlečnih transformatorjev in opreme vozne mreže. Z vgradnjo filtrskega reaktorja je mogoče omejiti širjenje harmoničnega toka, zaščititi vlečne transformatorje in opremo vozne mreže ter izboljšati zanesljivost in stabilnost napajalnega sistema železniškega tranzita.
VI. UVOD Tehnološki razvoj: Prihodnji trendi v materialnih inovacijah in inteligentnih nadgradnjah
6.1 Inovacije materialov
Sodobni visokonapetostni reaktorji uporabljajo nove materiale, kot so silicijeva jeklena pločevina z nizkimi izgubami in visoko{0}}prevodne bakrene žice. Nizka jeklena pločevina Manj kot ali enako 0,8 W/kg močno zmanjša izgube železnega jedra. Bakrene žice z visoko prevodnostjo Večje ali enake 97 % IACS zmanjša izgube bakra. Z uporabo teh novih materialov se lahko izguba suhega reaktorja zmanjša na manj kot 0,3 W/kg, kar močno poveča učinkovitost in varčevanje z energijo reaktorja.
6.2 Strukturna optimizacija
Da bi izpolnili zahteve sodobnih električnih omrežij, je bil razvit kompakten visokonapetostni serijski reaktor. Ta zasnova optimizira notranjo strukturo in postavitev reaktorja, zmanjša odtis za več kot 30 % in poveča izkoriščenost prostora. Hkrati je reaktor za-izpiranje olja opremljen z inteligentnimi sistemi za odvajanje toplote, ki lahko samodejno prilagajajo učinkovitost odvajanja toplote glede na temperaturo obremenitve, prihranijo energijo pri manjši obremenitvi, zagotavljajo normalno delovanje pri višji obremenitvi in ​​izboljšajo zanesljivost delovanja.
6.3 Inteligentne nadgradnje
Sodobni reaktorji serije HV so integrirani s temperaturnimi senzorji in spletnim-sistemom za spremljanje, ki lahko v realnem času zbira podatke, kot sta temperatura navitja in vibracije reaktorja. Z analizo velikih podatkov, globokim rudarjenjem in analizo teh podatkov je mogoče predvideti razvojni trend okvar opreme in uresničiti prehod iz ``načrtovanega vzdrževanja`` na ``statusno vzdrževanje``. Na primer, transformatorska postaja 500 kV je postavila pametne reaktorje in uporabila spletne sisteme za spremljanje in analitiko velikih podatkov za vnaprejšnje odkrivanje morebitnih nevarnosti okvare reaktorja. Pravočasno vzdrževanje in zamenjava sta povzročila 60-odstotno zmanjšanje stopnje okvar opreme in 60-odstotno zmanjšanje obratovalnih stroškov vzdrževanja, kar je močno povečalo učinkovitost delovanja in zanesljivost električnega omrežja.
VII. Zaključek:
Visok{0}}napetostni serijski reaktor je nepogrešljiva ključna oprema v elektroenergetskem sistemu. Njegov princip temelji na elektromagnetni resonanci in mehanizmu za regulacijo toka. Prilagodijo se različnim scenarijem uporabe z različnimi strukturnimi oblikami (suho jedro, suho jedro, jedro-impregnirano z oljem). V električnem omrežju igrajo tri vloge: omejevanje toka, harmonično filtriranje in kompenzacijo jalove moči ter jih je mogoče prilagoditi glede na nivoje napetosti, okoljske pogoje in posebne pogoje. Z razvojem materialnih inovacij in inteligentne nadgradnje se bo izboljšala zmogljivost visokonapetostnega tandemskega reaktorja, kar bo zagotovilo močnejše jamstvo za varno, stabilno in učinkovito delovanje sodobnih električnih omrežij. V prihodnosti se bodo visoko{7}}napetostni tandemski reaktorji še naprej razvijali v smeri visoke zmogljivosti, inteligence in varstva okolja, da bi izpolnili spreminjajoče se zahteve zahtev električnega omrežja in trende razvoja energije.