Электричество

Опыт создания ВТСП-2 кольцевых обмоток возбуждения синхронного генератора большой мощности

Анатолий Иванович Агеев — 2024-10-31

НИЦ «Курчатовский институт» – ИФВЭ разработал технологию изготовления круглых обмоток из высокотемпературного сверхпроводника второго поколения (ВТСП-2 ленты). Совместно с МАИ были разработаны и изготовлены две обмотки возбуждения для модели синхронного генератора из ВТСП-2 ленты в собственных криостатах. При этом был разработан метод нанесения на ВТСП-2 ленту электрической изоляции, состоящей из слоев полиимидной пленки суммарной толщиной 26 мкм. Изоляция обеспечивает достаточную электрическую прочность при напряжении 2500 В и давлении до 5 кг/см² включительно. На промежуточном этапе изготовления после намотки катушек и нанесения бандажа качество изготовления обмоток было проконтролировано путем измерения критического тока обмоток при погружении в ванну с жидким азотом. На заключительном этапе обмотки, находящиеся в собственных криостатах, охлаждались жидким азотом в прокачном режиме. При охлаждении обмоток до рабочей температуры перепад давления потока криагента составлял 0,02 МПа, при этом время охлаждения заняло около 1 ч. Найдено граничное значение тока, при котором будет сохраняться устойчивая работа обмоток. Этот ток составляет 116 и 126 А для первой и второй обмотки соответственно, что превышает расчетный рабочий ток при использовании этих обмоток в модели генератора. Изготовлена и испытана экспериментальная модель синхронного генератора с этими ВТСП-2 обмотками, применяемыми в качестве обмоток осевого возбуждения. При испытаниях измерены характеристика холостого хода генератора, а также его нагрузочная и регулировочная характеристики. Результаты испытаний соответствуют расчетным.

Оценка параметров сверхпроводящего гибридного трансформатора с пространственной магнитной системой

Вадим Зиновьевич Манусов — 2024-10-31

Применение высокотемпературных сверхпроводящих проводников (ВТСП) в силовых трансформаторах – перспективное направление развития электроэнергетики. Статья посвящена исследованию действующего прототипа трехфазного трансформатора мощностью 25 кВ·А, сочетающего гибридное исполнение сверхпроводящих обмоток с диэлектрической средой в виде жидкого азота при температуре 77 К и пространственной магнитной системой. Цель исследования заключается в определении магнитной системы трансформатора, позволяющей повысить устойчивость к увеличению критического значения тока ВТСП-обмоток в сверхпроводящем состоянии. Предложена и теоретически обоснована методика расчета тепломассообмена при использовании жидкого азота в качестве криогенной диэлектрической среды. Методика учитывает природу потерь активной мощности в сверхпроводнике на переменном токе, конструкцию активных и пассивных элементов трансформатора и характеристику применяемых материалов. Обоснована эффективность применения сердечника с пространственной магнитной системой, позволяющей снизить воздействие потоков рассеяния на ВТСП-обмотки и вместе с уменьшением массы магнитопровода снизить потери на гистерезис. Использование пространственного сердечника уменьшает теплопередачу криостата и позволяет добиться равномерного охлаждения ВТСП-обмоток. Представлены термодинамические характеристики криостата, заполненного жидким азотом, в стационарном режиме работы. Отсутствие пожаро- и взрывоопасности, а также существенное снижение массогабаритных показателей дают существенное преимущество ВТСП-трансформаторов перед традиционными трансформаторами с обычной диэлектрической средой.

Моделирование режимов ЛЭП на основе уравнений длинной линии с гиперболическими функциями с учетом удельных потерь на корону с нелинейной проводимостью

Ашраф Баламет оглы Баламетов — 2024-10-31

Воздушная линия электропередачи (ЛЭП) сверхвысокого напряжения представляется в виде уравнений линии с распределенными параметрами в гиперболических функциях. Уравнения получены при допущении о квадратичной зависимости потерь активной мощности на корону от напряжения. Потери активной мощности на корону для ЛЭП сверхвысокого напряжения в зависимости от погодных условий на трассе линии являются функцией напряжения (4–8)-й степени. Непосредственно получить аналитические зависимости для линии с распределенными параметрами в гиперболических функциях, учитывающих функцию напряжения произвольной степени, с помощью математических преобразований не представляется возможным. При решении некоторых задач с ЛЭП сверхвысокого напряжения требуется высокая точность моделирования. В статье предлагается методика, алгоритм моделирования потерь активной мощности на корону на основе моделирования уравнений длинной линии с учетом потерь активной мощности на корону с нелинейной проводимостью. Методика может быть использована для повышения точности моделирования режимов ЛЭП переменного тока в установившихся режимах, для измерения потерь активной мощности и выделения потерь на корону по одновременным измерениям текущих параметров режима на концах ЛЭП сверхвысокого напряжения, а также при сравнительном анализе точности упрощенных моделей. Адекватность и работоспособность метода и оценка методических погрешностей математического моделирования анализируются на примере ЛЭП 500 кВ длиной 350 км.

Влияние солнечных электростанций на динамическую устойчивость энергосистемы Вьетнама

Олег Николаевич Кузнецов — 2024-10-31

Статья посвящена исследованию влияния доли солнечных фотоэлектрических электростанций (СФЭС) в структуре генерирующих мощностей вьетнамской энергосистемы на условия динамической устойчивости энергосистемы. Дана характеристика электроэнергетической системы Вьетнама. Составлена математическая модель энергосистемы для исследования динамической устойчивости с учётом солнечных электростанций. Модель СФЭС учитывает ограничение на условия работы электронных ключей инвертора при сниженном напряжении в узле присоединения станции при возмущении в системе. В качестве условия динамической устойчивости рассмотрено предельное время отключения короткого замыкания. Установлено, что небольшая доля СФЭС может незначительно улучшить условия динамической устойчивости, т.е. увеличивается предельное время отключения короткого замыкания. При доле СФЭС около 40 % условия динамической устойчивости незначительно ухудшаются – предельное время отключения короткого замыкания снижается. Увеличение доли СФЭС свыше 50 % приводит к нарушению сходимости вычислительного процесса программно-вычислительного комплекса. В исследованном диапазоне доли СФЭС ухудшение условий динамической устойчивости не носит критического характера и существующая релейная защита и выключатели позволяют локализовать место возникновения короткого замыкания без нарушения динамической устойчивости электроэнергетической системы

Метод поиска предельного режима в заданном контролируемом сечении с применением потоковой модели

Андрей Владимирович Паздерин — 2024-10-31

Обеспечение статической устойчивости в энергосистеме в оперативно-диспетчерском управлении осуществляется с помощью контроля перетоков активной мощности в контролируемых сечениях. В соответствии с действующей нормативно-технической документацией поиск предельного перетока по критерию статической апериодической устойчивости необходимо выполнять с помощью утяжеления режима в заданном направлении утяжеления. Для большой энергосистемы существует множество различных траекторий утяжеления, и соответствующие им предельные перетоки в сечении могут значительно отличаться. Для обеспечения статической устойчивости необходимо рассмотреть не менее трех различных траекторий утяжеления и выбрать из них такую, которая приводит к наименьшему предельному перетоку активной мощности в сечении. Таким образом, поиск предельного перетока – это задача эмпирического поиска. В статье предлагается метод определения предельного перетока по статической апериодической устойчивости в контролируемом сечении с помощью метода нелинейного программирования без необходимости перебора различных траекторий утяжеления. Для улучшения численных характеристик метода в качестве уравнений, описывающих установившийся режим, используется потоковая модель. Рассмотрены методы для улучшения вычислительных характеристик предложенного метода. Проведены численные эксперименты для демонстрации возможности предложенного метода.

Многофункциональная цифровая токовая защита распределительных электрических сетей 6-35 кВ

Михаил Валерьевич Шарыгин — 2024-10-31

В России идет процесс модернизации как распределительных электрических сетей 6–35 кВ, так и устройств релейной защиты и автоматики. Наиболее распространенным видом защит в указанных сетях являются токовые, которые имеют ряд недостатков, но в силу низкой стоимости и высокой эффективности будут применяться и в перспективных активно-адаптивных электрических сетях. Существующие алгоритмы на микропроцессорных устройствах все еще во многом повторяют принципы электромеханических защит, что ограничивает потенциал их технического совершенства. Актуальны вопросы улучшения эффективности токовых защит, которые решаются с помощью цифровых способов обработки информации и имитационного моделирования. При этом важнейшей задачей является сохранение их главных преимуществ перед другими видами защит, в частности простота и низкая стоимость. В статье предложен способ реализации токовой защиты, основанный на статистических принципах. Предложенный способ использует не только действующие значения фазных токов как традиционный вариант защиты, но и другие параметры режима сети. Приведены результаты сравнения эффективности работы предложенного алгоритма с классической токовой защитой.

Расчет электрических полей в моноблоке высоковольтной ячейки RM-6

Роман Алексеевич Поляков — 2024-10-31

Статья посвящена определению оптимального места установки датчиков напряженности электрического поля на основе расчета электрических полей в моноблоке высоковольтной ячейки модели RM-6 классом напряжения 10 кВ. Для учета различных конфигураций распределения напряженности электрического поля внутри моноблока исследованы однофазный, двухфазный и трехфазный режимы работы ячейки. Рассмотрены численные методы, подходящие для расчета напряженности с учетом сложности конфигурации электрических полей промышленной частоты: метод конечных разностей; конечных элементов; интегральных уравнений; эквивалентных зарядов. Приведены основные достоинства и недостатки рассмотренных методов. Описана разработанная трехмерная модель моноблока ячейки RM-6 с учетом конфигурации, используемых материалов, размеров и граничных условий, приближенных к эксплуатационным, обоснована применимость данной модели. Полученные значения напряженности электрического поля в различных местах моноблока сравниваются с допустимыми диапазонами по нормативной технической документации. Для определения количества датчиков напряженности электрического поля и мест их установки проведен анализ значений напряженности в изоляционном объеме. Предложены варианты оптимизации рассматриваемой ячейки.

Александр Борисович Красовский (к 70-летию со дня рождения)

Редакционная статья — 2024-12-19

Владимир Андреевич Строев (некролог)

Редакционная статья — 2024-12-19