621.314.21

ЭЛЕКТР БЕРІЛІС ЖЕЛІСІНІҢ ӨТКІЗУ ҚАБІЛЕТТІЛІГІН АРТТЫРУ ҚҰРАЛЫ РЕТІНДЕ ФАЗА БҰРҒЫШ ТРАНСФОРМАТОРЫН (ФБТ) ҚОЛДАНУ. Е. А. Дуйсенов

Жәңгір хан атындағы Батыс Қазақстан аграрлық-техникалық университеті, Орал қаласы, d.e.a_12_03_91@mail.ru

Электр энергиясың тарату кезінде желідегі қуат ағысын арнаулы құрылғыларсыз еріксіз реттеуге болмайтындықтан кейбір қиыншылықтар туындауы мүмкін. Бiздiң жағдайымызда «Жетiқара - Өлке» желiсі оңтүстiк Ресей желiлерiмен шунтталған болып табылады және дәстүрлi орындауда қажеттi қуат берiлмейдi. Желi жүктеуiн Ақтөбелiк энергожүйесінің қуатының жеткiлiксiздiгiнiң шамасын 600 МВт жоғарылауға талап етiледi.

Формула бойынша:

байқап тұрғандай, ең үлкен берiлетiн қуат бұрышына тәуелді, бұл желінің бастапқы және соңғы кернеулерінiң арасындағы фаза бұрыштық ығысу болып табылады.

Өткiзу қабiлетiң арттыру әдiстерінiң бiрi кернеу арасындағы фазалық ығысу бұрыштың өзгеруi, кернеудi тұрақтандыру болып табылады.

Желiнiң басындағы және соңындағы кернеу фазалары арасындағы бұрышты өзгертетін құрылғы, фазабұрғыш трансформатор болып табылады.

Фазабұрғыш трансформатор - құрылғы екi трансформатордан тұрады: тізбектей және параллельді.

Сурет 1 - Фазабұрғыш трансформатордың сұлбасы

Сурет 2 - Фазабұрғыш трансформатордың үшжелілі сұлбасы

Бiрiншi реттiк орамасы «үшбұрыш» сұлбасы ретінде орындалғандықтан, үшфазалы жүйе кернеуі құрылады, фазалыққа қатысты 90˚ градусқа жылжытылған.

«Жұлдыз» сұлбасы бойынша бiрлескен трансформатордың бейтарабы жерге қосылған.

Фазабұрғыш трансформатордың жоғарғы және төменгі жағы болады. Ол автотрансформатордан (АТ) және вольтқосқыш трансформатордан (ВҚТ) тұрады. Кернеудiң реттелуi АТдағы және ВҚТдағы реттеу тармақтарының өзгеруі арқылы жүзеге асады. ФБТтың көмегiмен кернеудiң реттелуiн суреттен көруге болады:

Сурет 3 – Кернеудің векторлық диаграммасы

шығыстық кернеудің фаза векторының құрылуының жолы онымен 90˚ градус құрайтын автотрансформатордың төмеңгі жағындағы фазалық кернеудің векторының қосындысы және бұрыштық ығысуы үшбұрыш сұлбасы бойынша жалғанған, автотрансформатордың төмеңгі кернеулі орамасына тиісті қосылуымен анықталатын, вольтқосқыш трансформатордың реттеу тармақтарының кернеуінің векторымен қосындысы. векторы томеңгі кернеудегі желі кернеуінің векторы автотранформатордың кернеу векторын озып отыратындай бағытталған.

Фазабұрғыш трансформатордың кедергісі автотрансформатордың кедергісінен және қосымша кедергіден тұрады. Қосымша кедергі трансформация коэффицентіне тәуелді болады. Фазабұрғыш трансформатордың индуктивтi кедергісі х және у тармақтарының нөмiрiне тәуелді болады. Автотрансформатордың кедергісінен екi есе асып түсетiн мәнге дейiн өзгередi. ФБТның кедергісі максималды қосылған тармақтардың жұмысы кезінде максималды болады. Егер ВҚТ өшірсек (у=0), ФБТның кедергісі тек АТ кедергісінен тұратын болады.

Фазабұрғыш трансформаторды қосқан кезде желіде параллельді шунтталған тармақ пайда болады.

Сурет 4 – Фазабұрғыш трансформаторлы тізбек

Мұнда - және кернеу арасындағы фазалық ығысу бұрышы

Желі арқылы берілетін қуатты жоғарлату үшін бұрышты өзгерту қажет. Бұл бұрыш мына формула бойынша табады:

500 кВ екі желі бар деп қарастырайық . Екi желiні 500 МВтқа жүктеу керек, сонын ішінде біріншісін 300 МВтқа, ал екіншісін 200 МВтқа. Хл1=Хл2=150 Ом. Желінің бастапқы және соңғы кернеулерінің арасындағы фазалық бұрышты өзгерту үшін, 1-ші желіге фазабұрғыш трансформаторды орналастырамыз.

Қажеттi ағымдыреттеу шығу үшiн фазабұрғыш трансформатордың бұрышы қандай болу керек екендігін анықтайық. Мәндерді (1) және (2) формулаға қойайық.

Жоғарыда көрсетілген есептерге қарасақ, 200 МВт бірінші және 300 МВтты екінші желілерде қажеттi ағымдыреттеуді алу үшін, U1 және U2 кернеулер арасындағы қажетті ығысуды алу үшін бұрышты қажет шамаға дейін бұруымыз керек.

Фазабұрғыш трансформатордың жалпы сипаттамасы.

Тағайындалуы және терминология.

- Электрқондырғылардың осы түрлерін сәйкестендіру үшін әдебиеттерде келесі терминдер қолданылады:

- – орыс әдебиетінде:

- фазаығыстырғыш трансформатор (ФЫТ),

- кросс-трансформатор (КТ);

- – ағылшын әдебиетінде:

- phase-shifting transformer (PST),

- phase angle regulator (PAR),

- quadrature booster (QBs).

ФБТдың күрделі шығындары әжептәуiр жоғары болуы мүмкін: 2000 МВА бірлік қуат үшін төрт-алты миллион фунт стерлинг (6-9 миллион АҚШ доллары). Алайда, бұл шығындар электр желісінің жұмыс режимінің оптимизациялауынан тез өтеледі.

Фазабұрғыш трансформатордың қолданылуының әлемдік тәжірибиесі.

Британдық электр желiсiнде фазабұрғыш трансформаторы 1969 жылдан бастап қолданылады, бiрiншi 275 кВ кернеулі фазабұрғыш трансформаторы пайдалануға енгiзілгеннен бастап.

1997 жылы 11 саталы реттегіші бар, 400 кВ кернеулі фаза ығысу бұрышы реттелетін, 2750 МВА қуатты екі фазабұрғыш трансформаторы қолданысқа ие болды.

Қазіргі таңда осындай төрт ФБТ қолданыстағы бес қуаты 2000 МВА, 400 кВ және алты 275 кВ, қуаты 750 МВА фазабұрғыш трансформаторымен бірге сәтті жұмыс істеп тұр.

Британдық желiде бір немесе бірнеше электр берiлiс желiлерiнiң ажырауы кезінде активтi қуат ағының басқару мүмкiндiгi қарастырлған.

Қуат ағыстарын бақылау мүмкiндiгi электр берiлiс желiлерiнің ҚТ кезінде тұтынушыларды электр энергиясымен қамтамасыз етуінде электрмен жабдықтау сенiмдiлiгiн жоғарылатады.

Ұлыбритания мамандарының пікір бойынша қуат ағыстарын басқаруының ең тиiмдi тәсiлi ол фазабұрғыш трансформаторларын қолдану. Бұл әдістің артықшылығы тұтынушыларды электрэнергиясымен электрлік жабдықтау үшiн жаңа желiлердiң құрылысысыз сенiмдiлiктiң қосымша кепiлдiгімен қамтамасыз етеді. Сонымен қоса электр берiлiс желiсiнің қоршаған ортаға әсер етуін төмендетеді.

Британдық электр желiсiнің тарататын жүйесi кең байланысқан қысқа қатарлы желiлерден (10нан-100 кмге дейiн) тұрады. Негiзгi активтi қуат ағысының бағыты – солтүстiктен, мұнда артық электр энергиясы бар, оңтүстiкке, мұнда электр энергиясының негiзгi қуат тұтынушылары шоғырланған, мысалы өнеркәсiптiк кәсiпорындар. Оңтүстiк облыстарын сенiмдi электрмен жабдықтау үшiн, бiр облысты басқа облыспен жалғайтын бiрнеше электр берiлiс желiлерiнен қоректенеді.

Ұлыбритания стандарттар сәйкестiгі бойынша қысқа тұйықталулардан кейiн тұтынушыларды сенімді электрмен жабдықтауды қамтамасыз етiлуi керек және сонымен қоса электрмен жабдықтау сапасының талаптары бойынша көрсетiлген шегiнде қалуы тиіс. Сонымен қатар Еуропада электр энергиясы сапа көрсеткiштерi ТМД-ға қарағанда қатаңырақ екенін ескеру керек.

Экологиялық және экономикалық себептерге сәйкес жаңа әуе желiлер құрылысын техникалық-экономикалық дәлелдемелерін жасағаннан кейін ғана рұқсат беріледі.

Соңғы жылдары әуе электр беріліс желілері ойдағыдай енгiзiлдi, бiрақ жаңа желiлер құрылысына физикалық шектеулер бар. Бұндай жағдайда фазабұрғыш трансформаторы ең тартымды нұсқа, қуатты тарату мүмкiндiгін үлкейту үшiн,олар Ұлыбритания желiлерiнде белсене пайдаланады.

1 кестеде мысал ретінде, ФБТ пайдалануы желiнің өткiзгiштiк қабiлетін үлкейту мүмкiндігін көрсетедi, бұл жағдайда төрт параллельді тізбектен тұрады.

Кесте 1 – Апат режимі кезіндегі фазабұрғыш трансформатордың қолданылуы.

Тізбек	Әр жеке тізбектің максималды жүктемесі (МВА)	ФБТ жоқ кездегі (кепілді қабілеті) 1 тізбек апатынан соң (МВА)	2 тізбекте ФБТ бар кездегі (кепілді қабілеті) 1 тізбек апатынан соң (МВА)
1	5600	0	0
2	4400	4400	4400
3	4800	4400	4800
4	4800	4400	4800
Қорытынды	19600	13200	14000

Бұл жағдайда фазабұрғыш трансформаторы 2 тізбектегі қуат ағысын шектеу, сонымен қоса 3 және 4 тізбек өзінің шекті жүктеме жұмысы үшiн пайдаланады. Қорыта келгенде, толық авариядан кейiнгі тарату қабiлеттiлiгi 13200-ден 14000 МВА-ға дейiн үлкейтiлген.

Іс жүзiнде нақты сұлбаларда тізбектін толық кедергiлер әрқашан тең емес, осыған байланысты ФБТ бiрнеше тізбекке енгiзiледi, тұтынушыларды электр энергиясымен сенiмдi қамтамасыз етудi позициядан мүмкiн апаттық сценарийларын ескеру үшiн.

Ұлыбританияның фазабұрғыш трансформаторларының жұмыс режiмдерi және сұлбалардын зерттелуі Ұлыбританияның Бiртұтас электр жүйесiнiң зертханасында жүзеге асырылған. ФБТ Стаффорд зауыты және Эдинбургтiң Пиблса VAtech зауытында жобаланған және жасалған. Қазiргi уақытта бұл зауыттар Areva және Siemens компанияларына жатады.

5-суретте осы үлгідегі ФБТ жалпы түрі көрсетілген

Сурет 5 – Фазабұрғыш трансформатор.

Ұлыбританияда үш негiзгi желілік компаниялар жұмыс iстейдi: National Grid (NGET), Scott және Gidro. NGET компаниясы электр желiсінде маманданған Ұлыбританияның атап өтiлген үш компанияларының арасында жетекші болып табылады. Ол электр энергетикасы дамуының жетi жылдық жоспарын орындауда.