МНОГОФАЗНАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПОДСТАНЦИЯ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2005 года по МПК H02J3/36 H02P13/12 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может найти применение в установках на большие токи для питания серий электролиза алюминия.

Известна многофазная преобразовательная подстанция большой мощности, содержащая n преобразователей, 2k шинопроводов постоянного тока; каждый преобразователь содержит преобразовательный трансформатор и выпрямитель; все преобразовательные трансформаторы подключены к высоковольтной питающей сети; преобразователи выполнены в m исполнениях по абсолютной величине угла фазового сдвига между первичными линейными и фазными напряжениями преобразовательных трансформаторов; шинопроводы постоянного тока расположены параллельно друг другу; преобразователи расположены вдоль шинопроводов постоянного тока; все выпрямители соединены электрически с этими шинопроводами, при этом преобразователи имеют следующую последовательность расположения вдоль шинопроводов: на одном краю подстанции расположен преобразователь, содержащий преобразовательный трансформатор, имеющий минимальную абсолютную величину угла фазового сдвига, а на другом краю - преобразователь, содержащий преобразовательный трансформатор, имеющий максимальную абсолютную величину угла фазового сдвига, остальные преобразователи расположены между крайними [1].

Описанная в [1] многофазная преобразовательная подстанция большой мощности характеризуется достаточной степенью совместимости преобразователей при эквивалентной фазности подстанции до 24 или эквивалентной фазности, достигаемой на двух параллельно работающих подстанциях до 48. При достижении эквивалентной фазности выпрямления одной подстанции 60, 72 или 96 указанная расстановка преобразователей вдоль системы шинопроводов постоянного тока становится неоптимальной, степень совместимости преобразователей падает, возникают уравнительные токи высших гармоник значительной величины. Все это приводит к увеличению потребления реактивной и активной мощности, снижению косинуса ϕ(cosϕ) и коэффициента полезного действия (к.п.д.). Появляются места концентрации потерь энергии, вызванных уравнительными токами высших гармоник, что приводит к снижению надежности работы преобразователей и всей подстанции в целом.

Изобретением решается задача создания силовой многофазной преобразовательной подстанции большой мощности, характеризующейся высокими энергетическими показателями, в частности cos ϕ₁ и к.п.д., а также повышенной надежностью при эквивалентной фазности выпрямления на подстанции, равной 48, 60, 72 или 96.

Для решения поставленной задачи в многофазной преобразовательной подстанции большой мощности, содержащей n преобразователей и 2k шинопроводов постоянного тока; каждый преобразователь содержит преобразовательный трансформатор и выпрямитель; все преобразовательные трансформаторы подключены к высоковольтной питающей сети; преобразователи выполнены в m исполнениях по абсолютной величине угла фазового сдвига между первичными линейными и фазными напряжениями преобразовательных трансформаторов; шинопроводы постоянного тока расположены параллельно друг другу; преобразователи расположены вдоль шинопроводов постоянного тока и все выпрямители соединены электрически с этими шинопроводами, предложено, согласно настоящему изобретению, расположить преобразователи вдоль шинопроводов в следующей последовательности: преобразователи, содержащие преобразовательные трансформаторы, имеющие максимальную абсолютную величину угла фазового сдвига, расположены крайними; рядом с ними расположены преобразователи, содержащие преобразовательные трансформаторы, имеющие минимальные по абсолютной величине углы фазового сдвига; при этом в случае наличия в преобразовательной подстанции большой мощности преобразователя, содержащего преобразовательный трансформатор, имеющий угол фазового сдвига, равный нулю, располагать его в средней части многофазной преобразовательной подстанции, где:

n - общее число преобразователей, 4≤n≤10;

2k - количество шинопроводов постоянного тока, плюсовых и минусовых, 2≤2k≤64;

m - количество исполнений преобразователей по абсолютной величине углов фазового сдвига преобразовательных трансформаторов, 2≤m≤4.

Изобретение поясняется на примере выполнения чертежами (фиг.1 и 2), на которых схематично изображена заявляемая многофазная преобразовательная подстанция большой мощности с эквивалентной фазностью выпрямления, равной соответственно 72 и 60.

Изображенная на фиг.1 многофазная преобразовательная подстанция большой мощности 1 содержит шесть преобразователей (n=6) 2, 3, 4, 5, 6, 7 и четыре (2k=4) шинопровода постоянного тока 8, 9, 10, 11.

В состав каждого преобразователя 2-7 входит преобразовательный трансформатор, соответственно 12-17, и выпрямитель, соответственно 18-23. Преобразователи 2-7 имеют три (m=3) исполнения по абсолютной величине угла фазового сдвига между первичными линейными и фазными напряжениями преобразовательных трансформаторов 12-17. Так, преобразовательные трансформаторы 12 и 17 имеют углы фазового сдвига соответственно плюс 12,5° и минус 12,5°. Таким образом, по абсолютной величине угла фазового сдвига преобразователи 2 и 7 с трансформаторами 12 и 17 имеют одинаковое исполнение с максимальным по абсолютной величине углом фазового сдвига, равным 12,5°.

Преобразовательные трансформаторы 13 и 16 имеют углы фазового сдвига соответственно плюс 2,5° и минус 2,5°. Таким образом, по абсолютной величине угла фазового сдвига преобразователи 3 и 6 с трансформаторами 13 и 16 имеют одинаковое исполнение с минимальным по абсолютной величине углом фазового сдвига, равным 2,5°.

Преобразовательные трансформаторы 14 и 15 имеют углы фазового сдвига, соответственно плюс 7,5° и минус 7,5°. Таким образом, по абсолютной величине угла фазового сдвига преобразователи 4 и 5 с трансформаторами 14 и 15 имеют одинаковое исполнение со средним по абсолютной величине углом фазового сдвига, равным 7,5°.

Шинопроводы 8-11 расположены параллельно друг другу, и преобразователи 2-7 расположены вдоль шинопроводов 8-11. Двенадцатифазные выпрямители 18-23 электрически соединены с шинопроводами 8-11.

Последовательность расположения преобразователей 2-7 вдоль шинопроводов 8-11 следующая:

- преобразователи 2 и 7 с максимальным по абсолютной величине углом фазового сдвига в их преобразовательных трансформаторах, соответственно 12 и 17, расположены крайними;

- преобразователи 3 и 6 с минимальным по абсолютной величине углом фазового сдвига в их преобразовательных трансформаторах 13 и 16 расположены рядом с преобразователями 2 и 7;

- оставшиеся преобразователи 4 и 5 со средним по абсолютной величине углом фазового сдвига в их преобразовательных трансформаторах 14 и 15 расположены в средней части многофазной преобразовательной подстанции большой мощности 1.

Указанное расположение 12-фазных преобразователей 2-7 с углом фазового сдвига соответственно +12,5°; -2,5°; +7,5°; -7,5°; +2,5°; -12,5° позволило при обеспечении на многофазной преобразовательной подстанции большой мощности 72-фазного эквивалентного режима выпрямления обеспечить наименьшее влияние преобразователей друг на друга при коммутации их вентилей, минимизировать уравнительные токи высших гармоник, протекающих между выпрямителями 18-23, и, таким образом, повысить cosϕ и к.п.д. многофазной преобразовательной подстанции большой мощности, а также повысить надежность ее работы путем устранения мест концентрации потерь от высших гармоник уравнительных токов.

На фиг.2 представлена 60-фазная преобразовательная подстанция большой мощности 1, содержащая пять двенадцатифазных преобразователей 2-6, состоящих из преобразовательных трансформаторов 12-16 и выпрямителей 18-22. Преобразователи 2-6 расположены вдоль шинопроводов 8-11.

Преобразователи 2 и 6 с максимальным углом фазового сдвига напряжений в их преобразовательных трансформаторах 12 и 16, составляющим 12°, расположены на подстанции крайними.

Преобразователи 3 и 5 с минимальным углом фазового сдвига в их преобразовательных трансформаторах 13 и 15, составляющим 6°, расположены рядом с соответственно преобразователями 2 и 6.

Преобразователь 4 с углом фазового сдвига в преобразовательном трансформаторе, равным нулю, расположен в средней части подстанции.

Для достижения 60-фазного режима выпрямления преобразовательные трансформаторы 12 и 16, а также 13 и 15 подключены к высоковольтной питающей сети по-разному. Вводы «а», «b», «с» преобразовательных трансформаторов 12 и 13 подключены соответственно к фазам «а», «b», «с» питающей сети. Вводы «а», «b», «с» преобразовательных трансформаторов 15 и 16 подключены к фазам «а», «с», «b» питающей сети соответственно.

Таким образом, аналогично 72-фазной схеме в данном случае достигнуто 60-фазное выпрямление при повышенных cos ϕ, к.п.д. и надежности многофазной преобразовательной подстанции большой мощности.

Как показали проведенные расчеты, в сравнении с другими вариантами расположения преобразователей, заявляемое техническое решение позволяет повысить cos ϕ многофазной преобразовательной подстанции большой мощности на 0,01-0,015, коэффициент полезного действия подстанции на 0,1-0,2%, а также устранить места концентрации потерь в трансформаторах, выпрямителях и шинопроводах, благодаря чему повысить надежность и нагрузочную способность подстанции.

В настоящее время решается вопрос об использовании заявляемого решения на многоамперных многофазных преобразовательных подстанциях новых серий электролиза алюминия ряда алюминиевых заводов.

Литература

1. Патент РФ №32335 на полезную модель, МКИ Н 02 Р 13/06, Н 01 F 29/02, 2003 г.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в установках на большие токи для питания серий электролиза алюминия. Техническим результатом является улучшение энергетических показателей, в частности cos ϕ₁ и к.п.д., и повышение надежности при эквивалентной фазности выпрямления на подстанции, равной 48, 60, 72 или 96. В многофазной преобразовательной подстанции большой мощности каждый из n преобразователей содержит преобразовательный трансформатор и выпрямитель. Все преобразовательные трансформаторы подключены к высоковольтной питающей сети. Преобразователи выполнены в m исполнениях по абсолютной величине угла фазового сдвига между первичными линейными и фазными напряжениями преобразовательных трансформаторов, 2k шинопроводов постоянного тока расположены параллельно друг другу. Преобразователи расположены вдоль шинопроводов постоянного тока, и все выпрямители соединены электрически с этими шинопроводами. Преобразователи, содержащие преобразовательные трансформаторы, имеющие максимальную абсолютную величину угла фазового сдвига, расположены крайними, рядом с ними расположены преобразователи, содержащие преобразовательные трансформаторы, имеющие минимальные по абсолютной величине углы фазового сдвига. Преобразователь, содержащий преобразовательный трансформатор, имеющий угол фазового сдвига, равный нулю, располагают в средней части многофазной преобразовательной подстанции, где n - общее число преобразователей, 4≤n≤10; 2k - количество шинопроводов постоянного тока, плюсовых и минусовых, 2≤2k≤64; m - количество исполнений преобразователей по абсолютной величине углов фазового сдвига преобразовательных трансформаторов, 2≤m≤4. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Многофазная преобразовательная подстанция большой мощности, содержащая n преобразователей и 2k шинопроводов постоянного тока, каждый преобразователь содержит преобразовательный трансформатор и выпрямитель, все преобразовательные трансформаторы подключены к высоковольтной питающей сети, преобразователи выполнены в m исполнениях по абсолютной величине угла фазового сдвига между первичными линейными и фазными напряжениями преобразовательных трансформаторов: шинопроводы постоянного тока расположены параллельно друг другу, преобразователи расположены вдоль шинопроводов постоянного тока и все выпрямители соединены электрически с этими шинопроводами, отличающаяся тем, что преобразователи имеют следующую последовательность расположения вдоль шинопроводов: преобразователи, содержащие преобразовательные трансформаторы, имеющие максимальную абсолютную величину угла фазового сдвига, расположены крайними, рядом с ними расположены преобразователи, содержащие преобразовательные трансформаторы, имеющие минимальные по абсолютной величине углы фазового сдвига.2. Многофазная преобразовательная подстанция большой мощности, отличающаяся тем, что преобразователь, содержащий преобразовательный трансформатор, имеющий угол фазового сдвига, равный нулю, расположен в средней части многофазной преобразовательной подстанции, где

n - общее число преобразователей, 4≤n≤10;

2k - количество шинопроводов постоянного тока, плюсовых и минусовых, 2≤2k≤64;

m - количество исполнений преобразователей по абсолютной величине углов фазового сдвига преобразовательных трансформаторов, 2≤m≤4.