Энергосберегающие трансформаторы энергетических систем на основе сверхпроводниковых технологий и силовой электроники

• Автор: Джафаров, Эльдар Атамович
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 234 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОИ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ СО СВЕРХПРОВОДЯЩИМИ ОБМОТКАМИ

1Л. Сверхпроводящий трансформатор эффективный элемент

эиергои ресурсосбережения энергетических систем

1.2. Трансформаторы с низкотемпературными сверхпроводящими обмотками

1.3. Трансформаторы с высокотемпературными сверхпроводящими обмотками

1.4. Задачи исследования

. СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ С ЛОКАЛИЗИРОВАННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ РАССЕЯНИЯ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
2.1. Общие сведения и классификация сверхпроводящих трансформаторов с локализированным магнитным полем рассеяния.

2.2. Сверхпроводящий трансформатор с отдельной обмоткой возбуждения.

2.3. Параметры сверхпроводящего трансформатора
2.4. Сравнение параметров сверхпроводящего и традиционного трансформатора с медными обмотками
2.5. Потери в обмотках сверхпроводящего трансформатора.
2.6. Варианты выполнения сверхпроводящих трансформаторов.
2.7. Сверхпроводящие провода для СПТ энергетического назначения
2.8. Выводы
III. СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ С ВРАЩАЮЩИМСЯ
МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ
3.1. Общие уравнения сверхпроводящих трансформаторов.
3.2. Сверхпроводящие трансформаторы постоянного напряжения
3.3. Выпрямители и инверторы на основе СПТ.
3.4. Сверхпроводящий трансформатор с отдельной обмоткой возбуждения.
3.5. Трехфазные преобразователи частоты на основе СПТ
3.6. Выводы
IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ.
4.1. Экспериментальный сверхпроводящий трансформатор тороидального типа
4.2. Экспериментальный сверхпроводящий трансформатор стержневого типа
4.3. Экспериментальный сверхпроводящий трансформатор электромашинного типа.
4.4. Вопросы измерения магнитных и электрических величин.
4.5. Лабораторный стенд для испытаний сверхпроводящих трансформаторов.
4.6. Исследование критических токов сверхпроводящих обмоток трансформаторов.
4.7. Исследование характеристик и режимов работы сверхпроводящих трансформаторов.
4.8. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


В соответствии с проектом силового трансформатора мощностью 0 МВА, напряжением / кВ, имеющего обмотки из высокотемпературного сверхпроводника, его расчетные потери составили: в обмотках - 2, кВт, на охлаждение - кВт, магнитные потери - кВт, суммарные - 5 кВт, что в 3 раза меньше, чем в трансформаторе традиционного исполнения [9,]. Успешная эксплуатация в энергетической сети г. Женевы (Швейцария) первого в мире ВТСП трансформатора мощностью 0 кВА, напряжением ,7/0, кВ подтвердила его технико-экономическое преимущество по сравнению с обычным трансформатором традиционного исполнения [6,9,,-]. Трансформатор с ВТСП обмотками, согласно проекту, имел КПД равным ,5% против ,2% для аналогичного трансформатора обычной конструкции, потери в обмотках — на % меньше, а общая стоимость потерь уменьшилась на - %. По результатам исследований, приведенным в [], внедрение ВТСП трансформаторов в эксплуатацию для мощностей до МВА потребует финансовых затрат порядка нескольких десятков миллиардов долларов, зато позволит сэкономить электроэнергию, приблизительно кВт-ч за первые - лет применения. При этом имеет место существенное уменьшение массы и габаритов силовых трансформаторов и снижение потерь в обмотках на переменном токе. Например, для трансформаторов мощностью 0 МВА при использовании в них ВТСП обмоток происходит уменьшение массы со 0 т до т, при одновременном снижении потерь в обмотках приблизительно в 3 раза [9,]. Основываясь на исследованиях [], в которых дан анализ перспективных предельных мощностей и возможных системных параметров обычного и сверхпроводящего электрооборудования, в работах [,] дается сравнительная экономическая оценка мощных силовых двухобмоточных трансформаторов, имеющих равные параметры: обычного, традиционного исполнения, и с одной (вторичной) СП обмоткой, при использовании их в СП ЛЭП длиной и 0 км, для шкалы напряжений 0 - 0 кВ и мощностей I - ГВт. Т - время работы трансформатора; т - время максимальных потерь. ДРСП - потери мощности в сверхпроводнике. Анализ капитальных затрат на трансформаторы показал, что доля стоимости силовых трансформаторов сложным образом зависит от мощности электропередачи, в связи с разным характером изменения от стоимости самих трансформаторов (табл. Таблица 1. СП ЛЭП 0 км 3,2 3,4 3,4 1. Как видно из таблицы затраты на силовые трансформаторы СГ1 ЛЭП, зависящие от пропускной способности и длины ЛЭП, составляют значительную величину и играют существенную роль при создании новых ЛЭП с использованием сверхпроводников. СПТ лучше, чем аналогичных систем с использованием мощных трансформаторов традиционного исполнения. Технико-экономические расчеты южно-корейских энергетиков, проведенные в рамках долговременного планирования электрических сетей Сеульского региона показали, что прокладка СП ЛЭП кабелей мощностью 1 ГВт, напряжением 4 кВ обойдется на % дешевле, чем обычной [8]. Сюда включаются расходы на конструирование и монтаж СП кабеля и кабелепроводов, учитывается уменьшение числа требуемых ниток и, соответственно, общее количество кабеля в км и уменьшение внутреннего диаметра кабелепроводов. Применение жидкого азота в качестве хладагента силовых обмоток из высокотемпературного сверхпроводника, энергозатраты на получение которого для того же объема, что и жидкого гелия оказались на 2 - 3 порядка меньше, стимулируют развитие не только силовых СПТ энергетических систем, но и всего сверхпроводникового электрооборудования [2,3,9,]. При этом, мощность затрачиваемая на охлаждение СПТ снижается в раз, по сравнению с мощностью затрачиваемой на охлаждение обычных силовых трансформаторов. Ниже (глава II) приведено сравнение параметров сверхпроводящего силового трансформатора с традиционным силовым трансформатором с медными обмотками, показывающее преимущество СПТ за счет уменьшения индуктивного сопротивления СП обмотки, площади ее сечения, а также объема, массы обмоток СПТ и напряжения короткого замыкания. Разновидность конструкции СПТ и их отдельных элементов значительно многообразнее по сравнению с аналогичными вариантами обычных традиционных силовых трансформаторов. На рис. СПТ в зависимости от характера изменения магнитных полей возбуждения и рассеяния, конструктивных исполнений СП обмоток и магнитопроводов [9]. Рис.