Descodificació de reactors de sèrie d'alta tensió-: principis, classificació i solucions d'adaptació a la xarxa

I. Introducció
En el sistema d'alimentació modern, el reactor de sèrie d'alta tensió té un paper important. Com a "estabilitzadors" i "reguladors" de la xarxa elèctrica, milloren eficaçment la qualitat de l'electricitat i garanteixen el funcionament segur dels equips elèctrics. Amb l'expansió de la xarxa elèctrica i la creixent complexitat de la càrrega d'energia, es proposa el rendiment i la funció del reactor en tàndem d'alta tensió. En aquest article, es discutiran amb detall el principi bàsic, la classificació de l'estructura, l'orientació de la funció, les solucions d'adaptació de la xarxa i les tendències d'evolució tecnològica del reactor de la sèrie hv, que proporcionarà una referència completa perquè els lectors entenguin el reactor de la sèrie hv.
ii. Principi bàsic: els mecanismes físics i la regulació actual de la ressonància electromagnètica
2.1 Principis bàsics de la inducció electromagnètica i la ressonància en sèrie
El treball del reactor en sèrie d'alta tensió es basa en la llei d'inducció electromagnètica i el principi de ressonància en sèrie. La llei d'inducció electromagnètica sosté que quan el flux a través d'un conductor tancat canvia, es produeix una fem d'inducció a l'interior del conductor. La ressonància en sèrie es produeix quan la inductància (L) i un condensador (C) s'uneixen. Reacció inductiva (XL) a una freqüència específica
) i reactància capacitiva (XC)
) La mida és la mateixa, però en sentit contrari. En aquest punt, la impedància total del circuit és propera a zero i els pics de corrent.
2.2 Fórmula de càlcul de paràmetres clau
Freqüència de ressonància (f0
) es calcula mitjançant la fórmula f0.
Com cal=2
1
per determinar la freqüència de ressonància del sistema. La reactància inductiva (XL
) es calcula com a XL
= 2freqüència de viatge
Indica que la resistència d'un inductor a un corrent altern és proporcional a la freqüència i la inductància. La reactància capacitiva (XC
) es calcula com a XC
1
Mostra que l'oposició del condensador a la CA és inversament proporcional a la freqüència i la capacitat. A freqüències de ressonància, XL
TOTAL=XC
.
2.3 Aplicacions reals
En els sistemes d'alimentació de 6 kV -35 kV, els reactors en tàndem d'alta tensió-s'utilitzen normalment juntament amb els bancs de condensadors. Els harmònics d'-alt ordre, com ara els harmònics de tercer-ordre i els harmònics de cinquè ordre, es poden filtrar de manera efectiva fent coincidir amb precisió la relació de reactància (normalment entre el 4,5% i el 12%). Per exemple, quan la relació de reactància es selecciona al 6%, els bancs de condensadors presenten una baixa impedància al cinquè harmònic, fent que la major part del corrent del cinquè harmònic flueixi al banc de condensadors. Això pot evitar l'amplificació harmònica a la xarxa elèctrica, evitar el sobreescalfament del condensador o danys a l'aïllament, etc., i garantir un funcionament estable del sistema d'alimentació.
III. Classificacions estructurals: una anàlisi multi-dimensional de tipus sec a tipus d'oli-immersos
3.1 Reactors de nucli de-aire sec-
3.1.1 Mode de conducció magnètica i característiques de disseny
Els reactors de nucli sec utilitzen l'aire com a mitjà de conducció magnètica i estan dissenyats per estar lliures d'oli-. Això elimina el risc de fuites d'oli durant el funcionament, redueix el risc d'incendi i millora la seguretat. També produeixen un soroll relativament baix, normalment inferior o igual a 45 dB, per minimitzar el seu impacte en el medi ambient. Aquestes resistències tenen una bona linealitat d'impedància, canvis mínims d'impedància sota diferents corrents i funcions estables de limitació i filtrat de corrent. Tenen una gran resistència mecànica i poden suportar determinades tensions i vibracions mecàniques. No obstant això, els reactors de nucli-sec tenen fuites magnètiques relativament grans i requereixen espai d'instal·lació suficient per evitar interferències magnètiques amb els equips circumdants. Normalment són aptes per a subestacions exteriors i altres espais relativament oberts.
3.1.2 Aplicacions típiques i característiques del procés
El reactor de nucli-d'aire sec és un tipus comú a les subestacions de la xarxa urbana. En el procés de fabricació, un procés de fosa al buit de resina epoxi, amb una bona resistència a l'aigua i a la humitat, pot adaptar-se a tot tipus d'entorns exteriors durs. Part del seu nivell de descàrrega per sota dels estàndards de la indústria, reduint eficaçment part dels danys als materials d'aïllament i allargant la vida útil dels reactors.
3.2 Reactors de nucli de-ferro-sec
3.2.1 Materials del nucli de ferro- i característiques del circuit magnètic
El reactor de nucli sec adopta làmines d'acer al silici orientat laminades en fred d'alta-qualitat i baixa-pèrdua-com a material principal. Aquestes plaques tenen una alta permeabilitat magnètica i baixes pèrdues, la qual cosa millora l'eficiència i el rendiment del reactor. El seu circuit tancat manté el flux principalment al nucli de ferro, redueix les fuites magnètiques i minimitza la interferència magnètica amb els dispositius circumdants.
3.2.2 Avantatges, inconvenients i mesures de millora
Aquests reactors cobreixen una àrea reduïda i són adequats per a la instal·lació en espais reduïts, com ara armaris de sistemes de distribució de 10 kV. El seu disseny sense oli-elimina el risc de contaminació per petroli i incendis i simplifica el manteniment. Tanmateix, la tolerància al curt-circuit dels reactors de nucli-sec és relativament feble. En cas de fallada del curt-circuit, un fort corrent de curt-circuit pot danyar el nucli i el bobinatge. Per reduir la vibració, els cables de coure s'enrotllen en múltiples capes i s'instal·len coixinets de goma de silicona a la part inferior del reactor. En condicions de funcionament normals, la vida útil pot ser superior a 20 anys.
3.3 Reactors de nucli-de ferro immers en petroli-
3.3.1 Comparació del medi de refrigeració i la pèrdua
Un reactor de nucli-impregnat de petroli utilitza oli aïllant com a mitjà de refrigeració. L'oli aïllant té excel·lents propietats de dissipació de calor i pot dissipar eficaçment la calor generada durant el funcionament del reactor. Com a resultat, les seves pèrdues són inferiors a les dels reactors secs.
3.3.2 Limitacions d'ús i escenaris d'aplicació
A causa de l'ús d'oli aïllant, els reactors-immersos en petroli presenten un cert risc d'incendi i requereixen instal·lacions integrals de protecció contra incendis. No són aptes per a ús en interiors i solen aplicar-se a línies de transmissió d'ultra-tensió. Equipat amb sistemes intel·ligents de dissipació de calor, l'eficiència de dissipació de calor es pot ajustar automàticament segons la temperatura de càrrega, la qual cosa pot compensar eficaçment la potència reactiva capacitiva de la línia, restringir la sobretensió de la freqüència elèctrica i garantir el funcionament estable de la línia de transmissió uhv.
IV. INTRODUCCIÓ Posicionament funcional: la triple funció de limitació de flux, filtrat d'harmònics i compensació de potència reactiva
4.1 Limitació de corrent de curt-circuit
Els sensors es caracteritzen per la "variació a contracorrent". El corrent de curt-circuit augmenta ràpidament en un curt període de temps quan la xarxa elèctrica té un error de curt-circuit. A través del seu efecte inductiu, el reactor de sèrie d'alta tensió pot limitar l'augment i el valor màxim del corrent de curtcircuit i mantenir el corrent de curtcircuit dins del rang de tolerància de l'equip. Per exemple, en un sistema elèctric, un corrent de curt-circuit que podria haver arribat als 100 kA es pot reduir a 50 kVA després d'una instal·lació adequada d'equips bàsics, com ara reactors d'alta-tensió, transformadors de protecció i disjuntors de corrent excessiu i allargament de la seva vida útil.
4.2 Governança harmònica
La resistència en sèrie d'alta tensió es combina amb un condensador per formar circuits de filtratge passius que utilitzen característiques de ressonància en sèrie per crear un camí d'impedància baixa-per a harmònics de freqüència concrets. A la càrrega del forn d'arc a la indústria metal·lúrgica, es produeix una gran quantitat de corrents harmònics, especialment cinc harmònics. En dissenyar una sèrie de resistències i condensadors d'alta tensió amb un 6%, el circuit de filtrat pot ressonar a cinc freqüències harmòniques i la majoria dels cinc corrents harmònics poden fluir al circuit de filtre. Això filtra més del 80% dels cinc harmònics, millorant considerablement la qualitat de l'energia i reduint el risc d'harmònics a la xarxa elèctrica i altres equips.
4.3 Optimització de la compensació de potència reactiva
En el sistema d'alimentació, les càrregues inductives com el motor i el transformador consumeixen molta potència passiva, la qual cosa fa que disminueixi el factor de potència i augmenti les pèrdues de línia. La combinació de bancs de condensadors i reactors en sèrie d'alta tensió pot compensar la potència passiva consumida per les càrregues inductives i augmentar el factor de potència a més de 0,95. A la línia de transmissió de llarga distància-, la línia en si té una potència reactiva capacitiva, fàcil de provocar ressonància d'auto-excitació del generador i altres problemes. Els reactors de sèrie poden compensar la potència reactiva capacitiva de la línia, fer que la distribució de l'energia passiva a la xarxa elèctrica sigui més raonable, reduir les pèrdues de línia i millorar l'eficiència de la transmissió.
V. Adaptació a la xarxa: solucions personalitzades des del nivell de tensió fins als requisits de l'escenari
5.1 Adaptació del nivell de tensió
5.1.1 6 Sistemes kV -35 kV
Els sistemes d'alimentació de 6 kV -35 kV utilitzen generalment reactors secs. La relació de reactància és típicament entre el 4,5% i el 12%, amb una capacitat nominal d'entre 60 kVar i 1000 kVar. Aquesta configuració és adequada per a subestació urbana, subestació subterrània, etc. Compleix el requisit de limitar els requisits de compensació de corrent, filtrat i potència reactiva sota aquest nivell de tensió.
5.1.2 220 20kV i més
Per a sistemes de 220 quilowatts o més, s'utilitzen generalment reactors immersos en petroli-, amb una capacitat nominal de diversos milers de MVAR. Aquests grans reactors d'inundació de petroli poden complir els requisits d'alta capacitat i alta tensió de les línies de transmissió UHV, compensar eficaçment la potència reactiva capacitiva de les línies, restringir la sobretensió de la freqüència elèctrica i garantir el funcionament segur i estable de la xarxa elèctrica UHV.
5.2 Adaptació a les condicions ambientals
5.2.1 Àrees d'alta-altitud
At high altitudes (>2000 m d'altitud), la densitat de l'aire disminueix i les condicions de dissipació de calor es deterioren. Per tal d'assegurar que el reactor funcioni a una temperatura normal, la seva capacitat nominal s'ha de reduir entre un 10 i un 15 per cent per compensar l'impacte de la reducció de la densitat de l'aire en la dissipació de calor i per evitar danys a l'equip per sobreescalfament.
5.2.2 Entorns de temperatura extrema
En entorns de temperatures extremes, com ara baixa temperatura (-25 graus ) i altes temperatures (+45 graus ), es requereixen materials especials com ara làmines d'acer al silici resistents a crio-i resines epoxi resistents a-temperatura-alta. Les làmines d'acer de silici resistents a baixes temperatures poden mantenir una bona permeabilitat magnètica en ambients de baixa temperatura per garantir el funcionament normal del reactor. Les resines epoxi -resistents a altes temperatures tenen una alta resistència a la calor, poden mantenir el rendiment d'aïllament tèrmic en ambients d'alta temperatura i prevenir fallades d'aïllament del reactor a causa d'una temperatura excessiva.
5.3 Adaptació d'escenaris especials
5.3.1 Integració de les noves energies
En nous escenaris d'integració energètica com els parcs fotovoltaics (FV) i eòlics, els nous equips de generació d'energia (com inversors fotovoltaics, inversors de generadors eòlics, etc.) generen corrents harmònics durant el funcionament, amb potència de sortida intermitent i fluctuant. El reactor de sèrie d'alta tensió - pot suavitzar les formes d'ona actuals, suprimir l'harmònic produït pel dispositiu de commutació, millorar la concordança d'impedància del sistema, fer que la nova generació d'energia s'integri millor a la xarxa elèctrica i garantir el funcionament estable de la xarxa elèctrica.
5.3.2 Trànsit ferroviari
En el sistema d'alimentació de tracció de trànsit ferroviari, la locomotora elèctrica produirà una gran quantitat de corrents harmònics en el procés d'operació, causarà danys als transformadors de tracció i als equips de catenària. Mitjançant la instal·lació d'un reactor de filtre, es pot limitar la propagació del corrent harmònic, es poden protegir els transformadors de tracció i l'equip de catenària i es pot millorar la fiabilitat i l'estabilitat del sistema d'alimentació del trànsit ferroviari.
VI. INTRODUCCIÓ Evolució tecnològica: tendències futures en innovació de materials i actualitzacions intel·ligents
6.1 Innovació material
Els reactors d'alta tensió moderns utilitzen materials nous, com ara xapes d'acer de silici de baixes pèrdues i cables de coure d'alta{0}}conductivitat. Les làmines d'acer baixes Menys o iguals a 0,8 W/kg redueixen molt les pèrdues de nucli de ferro. Els cables de coure d'alta conductivitat superior o igual al 97% IACS redueixen les pèrdues de coure. Mitjançant l'ús d'aquests nous materials, la pèrdua de reactor sec es pot reduir a menys de 0,3 W/kg, augmentant molt l'eficiència i la conservació d'energia del reactor.
6.2 Optimització estructural
Per tal de satisfer els requisits de les xarxes elèctriques modernes, es desenvolupa un reactor compacte en sèrie d'alta tensió. Aquest disseny optimitza l'estructura interna i la disposició del reactor, reduint la petjada en més d'un 30% i augmentant la utilització de l'espai. Al mateix temps, el reactor de-lixiviació de petroli està equipat amb sistemes intel·ligents de dissipació de calor, que poden ajustar automàticament l'eficiència de dissipació de calor segons la temperatura de càrrega, estalviar energia amb una càrrega més lleugera, garantir un funcionament normal amb una càrrega més alta i millorar la fiabilitat operativa.
6.3 Actualitzacions intel·ligents
Els reactors moderns de la sèrie HV s'integren amb sensors de temperatura i un sistema de-vigilància en línia, que pot recollir dades com ara la temperatura del bobinat i la vibració del reactor en temps real. Mitjançant l'anàlisi de grans dades, la mineria profunda i l'anàlisi d'aquestes dades, es pot predir la tendència de desenvolupament de fallades d'equips i es pot realitzar la transició del "manteniment programat" al "manteniment de l'estat". Per exemple, una subestació de 500 kV ha desplegat reactors intel·ligents i ha utilitzat sistemes de monitorització en línia i analítiques de big data per detectar possibles perills de fallada del reactor amb antelació. El manteniment i la substitució puntuals es van traduir en una reducció del 60% de la taxa de fallades dels equips i una reducció del 60% dels costos de manteniment operatiu, augmentant molt l'eficiència operativa i la fiabilitat de la xarxa elèctrica.
VII. Conclusió:
El reactor en sèrie d'alta tensió- és un equip clau indispensable en el sistema elèctric. El seu principi es basa en la ressonància electromagnètica i el mecanisme de regulació actual. S'adapten a diferents escenaris d'aplicació mitjançant diferents formes estructurals (nucli sec, nucli sec, nucli-impregnat d'oli). Tenen tres funcions a la xarxa elèctrica: limitació de corrent, filtratge harmònic i compensació de potència reactiva, i es poden personalitzar segons els nivells de tensió, les condicions ambientals i les condicions especials. Amb el desenvolupament de la innovació material i l'actualització intel·ligent, es millorarà el rendiment del reactor tàndem d'alta tensió, cosa que proporcionarà una garantia més potent per al funcionament segur, estable i eficient de les xarxes elèctriques modernes. En el futur, els reactors tàndem d'alta tensió -continuaran desenvolupant-se en la direcció d'alt rendiment, intel·ligència i protecció del medi ambient per satisfer els requisits canviants dels requisits de la xarxa elèctrica i les tendències de desenvolupament energètic.