ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПОДСТАНЦИЯ Российский патент 2006 года по МПК H02M7/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к мощным многофазным преобразовательным подстанциям, рассчитанным на токи до нескольких сотен килоампер, что имеет место в алюминиевой промышленности.

Известна преобразовательная подстанция, содержащая силовой понизительный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с высоковольтной питающей сетью, а обмотка низкого напряжения расщеплена на две части; n преобразователей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор и, по меньшей мере, один мостовой выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, а также, по меньшей мере, одну обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжений вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, причем количество исполнений преобразователей по абсолютной величине угла фазового сдвига преобразовательного трансформатора равно двум; преобразовательные трансформаторы k преобразователей соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, а преобразовательные трансформаторы остальных (n-k) преобразователей соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора; при этом как среди k преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, так и среди (n-k) преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, имеются преобразователи как первого, так и второго исполнения [1].

Описанная в [1] преобразовательная подстанция имеет повышенную эквивалентную фазность выпрямления, в идеальном случае в четыре раза превышающую фазность выпрямления единичного преобразователя. Однако несмотря на повышенную фазность выход высших гармоник в питающую сеть значителен, так как параллельное соединение преобразователей с разными углами фазового сдвига приводит к неравномерности токовой загрузки между преобразователями и появлению в напряжении питающей сети несвойственных для идеальной многофазной системы высших гармоник. Неравномерность в токовой загрузке преобразователей приводит также к необходимости снижения общего тока преобразовательной подстанции. При этом одни преобразователи работают на полную свою загрузку, а другие остаются недозагруженными. Дополнительно указанная неравномерность распределения тока между преобразователями приводит к увеличению потерь электроэнергии и, соответственно, к снижению к.п.д. и надежности преобразовательной подстанции.

Изобретением решается задача создания преобразовательной подстанции, лишенной отмеченных выше недостатков, характеризующейся улучшенным токораспределением между параллельно работающими преобразователями, повышенными пропускной мощностью и к.п.д., а также более высокой эксплуатационной надежностью.

Для решения поставленной задачи в преобразовательной подстанции, содержащей, по меньшей мере, один силовой понизительный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с высоковольтной питающей сетью, а обмотка низкого напряжения расщеплена на две части; n преобразователей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор и, по меньшей мере, один мостовой выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, а также, по меньшей мере, одну обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, причем количество исполнений преобразователей по абсолютной величине угла фазового сдвига преобразовательного трансформатора равно двум; преобразовательные трансформаторы k преобразователей соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, а преобразовательные трансформаторы остальных (n-k) преобразовательных трансформаторов соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, предложено, согласно настоящему изобретению, каждый из k преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых подключены к одной части обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, выполнить в одном исполнении по абсолютной величине угла фазового сдвига, а каждый из (n-k) преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых подключены к другой части обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, выполнить в другом исполнении по абсолютной величине угла фазового сдвига, где n и k - количество преобразователей, 4≤n≤16, 2≤k≤8.

В дальнейшем изобретение поясняется на примере выполнения чертежом, на котором схематично представлена заявляемая преобразовательная подстанция.

Преобразовательная подстанция 1 содержит трехфазную группу 2 однофазных понизительных трансформаторов 3, 4, 5, обмотки высокого напряжения которых, соответственно 6, 7, 8, соединены с высоковольтной питающей сетью 9. Обмотки низкого напряжения 10, 11, 12 однофазных понизительных трансформаторов 3, 4, 5 соответственно расщеплены на две части: обмотка 10 - на части 13, 14; обмотка 11 - на части 15, 16, обмотка 12 - на части 17, 18.

Преобразовательная подстанция 1 содержит четыре преобразователя 19, 20, 21, 22 (n=4), каждый из которых имеет преобразовательный трансформатор, соответственно 23, 24, 25, 26, и мостовой выпрямитель, соответственно 27, 28, 29, 30. Каждый из преобразовательных трансформаторов 23, 24, 25, 26 имеет сетевую обмотку, соответственно 31, 32, 33, 34; вентильную обмотку, соответственно 35, 36, 37, 38, а также обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети: 39, 40, 41, 42 (фазосдвигающую обмотку). Соотношение чисел витков в обмотках 31 и 39 равно шести, что соответствует углу фазового сдвига около 7,5 электрических градусов; соотношение чисел витков в обмотках 32 и 40 также равно шести. Таким образом, преобразователи 19, 20 (k=2), преобразовательные трансформаторы которых 23, 24 подключены к первым частям 13, 15, 17 обмоток низкого напряжения 10, 11, 12 однофазных силовых понизительных трансформаторов, соответственно 3, 4, 5, имеют одинаковое исполнение по абсолютной величине угла фазового сдвига напряжения.

Соотношение чисел витков в обмотках 33, 41 равно 0,67, что соответствует углу фазового сдвига 22,5 электрических градуса; соотношение чисел витков в обмотках 34 и 42 также равно 0,67.

Таким образом, преобразователи 21, 22 [(n-k)=2], преобразовательные трансформаторы которых 25, 26 подключены ко вторым частям 14, 16, 18 обмоток низкого напряжения 10, 11, 12 однофазных силовых понизительных трансформаторов, соответственно 3, 4, 5, имеют также одинаковое исполнение по абсолютной величине угла фазового сдвига напряжений.

Таким образом, преобразователи 19, 20 имеют одно исполнение, и преобразователи 21 И 22 имеют одно исполнение, однако указанные пары преобразователей имеют различные исполнения по абсолютной величине угла фазового сдвига напряжений.

Все преобразователи 19, 20, 21, 22 включены параллельно по цепи постоянного тока и подключены к нагрузке 43.

Вследствие идентичности характеристик преобразователи 19, 20 имеют одинаковую токовую нагрузку. Аналогично преобразователи 21, 22 также имеют равные выпрямленные токи.

Преобразователи 19 и 21 из-за разных углов фазовых сдвигов имеют отличающиеся друг от друга параметры, поэтому в результате некоторой разницы в их коэффициентах трансформации и напряжений короткого замыкания между ними возникает разностная э.д.с., создающая уравнительный ток.

Однако наличие индуктивного сопротивления между частями обмоток низкого напряжения однофазных силовых понизительных трансформаторов приводит к ограничению уравнительного тока, и преобразователи 19, 21 принимают на себя практически равную токовую нагрузку.

Аналогичные явления имеют место и между преобразователями 20 и 22.

Как показали проведенные расчеты, устранение неравномерности в токораспределении между преобразователями позволяет:

- на 8-10% уменьшить установленную мощность трансформаторно-преобразовательного оборудования и, соответственно, уменьшить капитальные затраты как на само оборудование, так и на строительную часть преобразовательной подстанции;

- уменьшить потери электроэнергии, повысив тем самым к.п.д. преобразовательной подстанции на 0,15-0,2 процента;

- существенно повысить эксплуатационную надежность преобразовательной подстанции.

Заявляемое решение находится в настоящее время в стадии внедрения на одном из отечественных заводов алюминиевой промышленности.

Литература

1. Патент РФ на полезную модель №32336, МПК Н 02 Р 13/06, H 01 F 29/02, 2003 г.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к мощным многофазным преобразовательным подстанциям, рассчитанным на токи до нескольких сотен килоампер, что имеет место в алюминиевой промышленности. Изобретением обеспечивается технический результат создания преобразовательной подстанции, лишенной отмеченных выше недостатков, характеризующейся улучшенным токораспределением между параллельно работающими преобразователями, повышенными пропускной мощностью и к.п.д., а также более высокой эксплуатационной надежностью. Для достижения технического результата в преобразовательной подстанции, содержащей, по меньшей мере, один силовой понизительный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с высоковольтной питающей сетью, а обмотка низкого напряжения расщеплена на две части; n преобразователей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор и, по меньшей мере, один мостовой выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, а также, по меньшей мере, одну обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, причем количество исполнений преобразователей по абсолютной величине угла фазового сдвига преобразовательного трансформатора равно двум; преобразовательные трансформаторы k преобразователей соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, а преобразовательные трансформаторы остальных (n-k) преобразовательных трансформаторов соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, предложено, согласно настоящему изобретению, каждый из k преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых подключены к одной части обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, выполнить в одном исполнении по абсолютной величине угла фазового сдвига, а каждый из (n-k) преобразователей, преобразовательные трансформаторы которых подключены к другой части обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, выполнить в другом исполнении по абсолютной величине угла фазового сдвига, где n и k - количество преобразователей, 4≤n≤16, 2≤k≤8. 1 ил.

Преобразовательная подстанция, содержащая, по меньшей мере, один силовой понизительный трансформатор, обмотка высокого напряжения которого соединена с высоковольтной питающей сетью, а обмотка низкого напряжения расщеплена на две части; n преобразователей, каждый из которых содержит преобразовательный трансформатор и, по меньшей мере, один мостовой выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, а также, по меньшей мере одну фазосдвигающую обмотку, обеспечивающую создание углов сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, преобразовательные трансформаторы k преобразователей соединены с одной из частей обмотки низкого напряжения, по меньшей мере, одного однофазного силового понизительного трансформатора, а преобразовательные трансформаторы остальных (n-k) преобразователей соединены с другой частью обмотки низкого напряжения силового понизительного трансформатора, отличающаяся тем, что в каждом из упомянутых k преобразователей соотношение чисел витков сетевой и фазосдвигающей обмоток преобразовательного трансформатора обеспечивает одну абсолютную величину фазового сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, а в каждом из остальных (n-k) преобразователей соотношение чисел витков сетевой и фазосдвигающей обмоток преобразовательного трансформатора обеспечивает другую абсолютную величину фазового сдвига напряжения вентильной обмотки относительно напряжения питающей сети, где

n и k - количество преобразователей, 4≤n≤16, 2≤k≤8.