ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПОДСТАНЦИЯ Российский патент 1994 года по МПК H02M7/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательным подстанциям большой мощности для питания промышленных производств, например, подстанциям алюминиевых заводов.

Известна преобразовательная подстанция [1] , содержащая трехфазный силовой трансформатор с регулируемым вторичным напряжением и несколько преобразовательных трансформаторов, которые подключены ко вторичной обмотке силового трансформатора. Каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, при этом обмотки силового и преобразовательных трансформаторов соединены по схеме "звезда" или "треугольник". В такой преобразовательной подстанции регулирование напряжения осуществляется за счет силового трансформатора, при этом, из-за того, что схемы соединения обмоток "звезда" и "треугольник", фазность выпрямления, достигаемая как в одной подстанции, так и на совокупности из нескольких таких подстанций, не может быть больше 12. При мощностях подстанций более 100МВА такая фазность недостаточна, поскольку не позволяет уложиться в требования ГОСТов в отношении величины коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является преобразовательная подстанция [2] , содержащая трехфазный силовой трансформатор с регулированием вторичного напряжения и несколько преобразовательных трансформаторов, подключенных ко вторичной обмотке силового трансформатора; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую, регулировочную и вентильную обмотки, причем каждая обмотка фазы регулировочной обмотки соединена с двумя обмотками фаз сетевой обмотки таким образом, что начало каждой обмотки фазы регулировочной обмотки соединены с концом обмотки той же фазы сетевой обмотки, а конец этой обмотки фазы регулировочной обмотки соединен с началом обмотки другой фазы сетевой обмотки.

Эта подстанция в сравнении с [1] позволяет более точно регулировать выпрямленное напряжение подстанции как за счет силового, так и за счет преобразовательных трансформаторов. Однако, этому техническому решению присущ тот же недостаток, что и решению [1] , а именно - невозможность повышения фазности выпрямления более 12 и, соответственно, большая величина коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети.

Целью данного изобретения является устранение указанного недостатка, а именно: снижение величины коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети.

Указанная цель достигается тем, что в преобразовательной подстанции, содержащей трехфазный силовой трансформатор с регулированием вторичного напряжения и несколько преобразовательных трансформаторов, подключенных ко вторичной обмотке силового трансформатора, где каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую, регулировочную и вентильную обмотки, причем каждая обмотка фазы регулировочной обмотки соединена с двумя обмотками фаз сетевой обмотки, фазы регулировочной обмотки соединить с началом обмотки другой фазы сетевой обмотки, а конец этой обмотки фазы регулировочной обмотки соединить с концом обмотки третьей фазы сетевой обмотки.

Необходимость и достаточность предложенного, с точки зрения достижения цели, подтверждается следующим. В прототипе обмотки силового и преобразовательного трансформаторов соединены по схемам "Звезда" и "треугольник". Предлагаемое же соединение сетевой и регулировочной обмоток преобразовательных трансформаторов позволяет получить в каждом из них схему соединения "треугольник", три стороны которого образованы обмотками фаз сетевой обмотки, а остальные три - обмотками фаз регулирорвочной обмотки. При изменении числа подключенных регулировочных витков в такой схеме одновременно меняется угол фазового сдвига между фазными и линейными напряжениями.

Схема позволяет достигнуть практически любого угла сдвига по фазе между линейными и фазными напряжениями, требуемого для повышения фазности выпрямления. Это осуществляется за счет следующего: в преобразовательных трансформаторах выполняют такое число витков регулировочной обмотки, которое необходимо для получения нужного угла сдвига по фазе, при этом изменении коэффициента трансформации преобразовательных трансформаторов компенсируется регулированием напряжения силового трансформатора.

Получение практически любого угла фазового сдвига позволяет повысить фазность выпрямления как самой подстанции (выполняя фазовый сдвиг на половине трансформаторов в одну сторону, а на другой половине - в другую), так и на совокупности нескольких подстанций, подключенных к одной питающей сети за счет установки на каждой из них своего, отличного от других, угла фазового сдвига. Таким образом, предлагаемое решение позволяет в 2 раза повысить фазность выпрямления и, соответственно, ≈ в 2 раза снизить величину коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети одной подстанции. При наличии же нескольких подстанций, подключенных к одной питающей сети, коэффициент несинусоидальности напряжения питающей сети может быть снижен в несколько раз.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразовательной подстанции. Она содержит силовой трансформатор 1 с регулированием напряжения и два преобразовательных трансформатора 2 и 3, подключенных ко вторичной обмотке силового трансформатора.

Каждый из преобразовательных трансформаторов 2 и 3 содержит сетевую обмотку 4, регулировочную обмотку 5 и вентильную обмотку 6, причем последняя состоит из двух частей 7 и 8, соединенных соответственно в "звезду" и "треугольник". Каждая часть вентильной обмотки подключена к своему мостовому выпрямителю, а выпрямители соединены с нагрузкой.

Сетевая обмотка 4 имеет три обмотки фаз 9, 10, 11, расположенные соответственно на первом, втором, третьем стержнях магнитопровода. Регулировочная обмотка 5 имеет три обмотки фаз 12, 13, 14, расположенные на соответствующих стержнях. Каждая из обмоток фаз регулировочной обмотки соединена с двумя обмотками фаз сетевой обмотки таким образом, что начало обмотки фазы регулировочной обмотки соединено с началом обмотки другой фазы сетевой обмотки, а конец этой обмотки фазы регулировочной обмотки соединен с концом обмотки третьей фазы сетевой обмотки. Так, например, обмотка фазы 12 своим началом (верх) соединена с началом обмотки фазы 10, а концом (выход на переключающее устройство, обозначенное стрелками) с концом обмотки фазы 11.

Преобразовательная подстанция функционирует следующим образом. Поскольку части 7, 8 вентильной обмотки 6 преобразовательных трансформаторов имеют схемы соединения "звезда" и "треугольник", то каждый преобразовательный трансформатор обеспечивает 12-фазное выпрямление.

Число подключенных витков регулировочной обмотки выбирается из условия обеспечения (например удвоения) фазности выпрямления на подстанции до 24 и обеспечения соответствующего угла фазового сдвига, например, равного 7,5 эл. градусов.

В рассматриваемом случае, как видно из чертежа, вводы А, В. С, преобразовательного трансформатора 2 подключены к фазам, соответственно, А, В, С сети, а вводы А, 0 В, С преобразовательного трансформатора 3 - к фазам, соответственно С, В, А сети. Известно, что такое подключение позволяет в одном трансформаторе получить положительный сдвиг по фазе, а в другом - отрицательный и обеспечить таким образом относительный фазовый сдвиг на 15 эл. градусов. Такой относительный фазовый сдвиг приведет к удвоению фазности выпрямления до 24 и соответственному снижению ( в 2 раза) коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети.

Настройка подстанции проводится следующим образом.

Устройства регулирования напряжения (РПН) устанавливаются в такое положение, при котором преобразовательные трансформаторы обеспечивают необходимый угол сдвига по фазе. Подгонка же выходного выпрямленного напряжения на нагрузке производится за счет регулирования напряжения силовым трансформатором.

Необходимо оговориться, что величина необходимого угла фазового сдвига, обеспечиваемого одним преобразовательным трансформатором, определяется требуемой фазностью выпрямления, а также числом преобразовательных подстанцией, подключенных к одной сети. Например, при наличии четырех подстанций, питаемых от одной сети, и обеспечении одним преобразовательным трансформатором 12-фазного выпрямления возможны следующие варианты выполнения подстанций:
а) все преобразовательные трансформаторы одной подстанции имеют одинаковый угол к сети, образованной вторичной обмоткой силового трансформатора, их подключают также одинаково. При этом на одной подстанции выполняют, например, фазовый сдвиг 3,75^о, на второй - 3,75^о, на третьей - 11,25^о, на четвертой - минус 11,25^о. Суммарная фазность выпрямления при этом на четырех подстанциях становится равной 48 при фазности выпрямления одной подстанции 12;
б) преобразовательные трансформаторы подключены таким образом, чтобы в половине из них иметь положительный угол сдвига по фазе, а в другой половине - отрицательный. При этом углы фазового сдвига на подстанциях выполняют, например, равными: первой - 1,875^о, второй 5,625^о, третьей - 9,375^о, четвертой - 13,125^о.

В результате на совокупности подстанций (в точке подключения их к питающей сети) достигается 96-пульсное выпрямление при фазности выпрямления на одной подстанции 24. Увеличение фазности с 12 до 96, т. е. в 8 раз позволяет (в соответствующее число раз) снизить величину коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети.

Необходимо оговориться, что в настоящее время энергосистемы налагают штрафные санкции за превышение допустимого значения коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано на этих заводах путем пересоединения обмоток в преобразовательных трансформаторах.

Использование: изобретение может быть использовано для питания промышленных производств, например, в подстанциях алюминиевых заводов. Сущность изобретения: устройство включает терхфазный силовой трансформатор 1 с регулируемым вторичным напряжением и преобразовательные трансформаторы 2, 3, подключенные ко вторичной обмотке силового трансформатора 1. Каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую 4, регулировочную 5 и вентильную 6 обмотки. При этом начало каждой обмотки фазы регулировочной обмотки соединено с началом обмотки другой фазы сетевой обмотки, а конец этой обмотки фазы регулировочной обмотки соединен с концом обмотки третьей фазы сетевой обмотки. 1 ил.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПОДСТАНЦИЯ, содержащая трехфазный силовой тирансформатор с регулируемым вторичным напряжением и несколько преобразовательных трансформаторов, которые подключены к вторичной обмотке силового трансформатора, каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую, регулировочную и вентильную обмотки, причем каждая обмотка фазы регулировочной обмотки соединена с двумя обмотками фаз сетевой обмотки, отличающаяся тем, что, с целью снижения коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети, начало каждой обмотки фазы регулировочной обмотки соединено с началом обмотки другой фазы сетевой обмотки, а конец этой обмотки фазы регулировочной обмотки соединен с концом обмотки третьей фазы сетевой обмотки.