Способ и устройство сезонного сокращения потерь электрической энергии и повышения надёжности в электрической сети Российский патент 2024 года по МПК H02J13/00 

Изобретение относится к автоматике электрических сетей и предназначено для сезонного сокращения потерь электрической энергии и повышения надёжности в электрической сети.

Известен способ сохранения ресурса силовых трансформаторов двухтрансформаторной подстанции (Патент № 2740396 Российская Федерация, МПК H02H 5/04, H02J 3/46, H02J 13/00., опубл. 14.01.2021, Бюл. № 2).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ сокращения потерь электроэнергии на двухтрансформаторной подстанции (Хорольский В. Я. и др. Организационные мероприятия по снижению технических потерь электроэнергии в сельских электрических сетях //Энергетическая безопасность. – 2017. – С. 199-206), заключающийся в отключении одного из трансформаторов во время малой нагрузки.

Известно устройство реализации способа сохранения ресурса силового трансформатора (Патент №2408123 Российская Федерация МПК51 H02J 13/00 H01F 41/00 G01R31/34., опубл. 24/12/2010. Бюл №36).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство реализации способа сохранения ресурса силовых трансформаторов двухтрансформаторной подстанции (Патент № 2740396 Российская Федерация, МПК H02H 5/04, H02J 3/46, H02J 13/00., опубл. 14.01.2021, Бюл. № 2), включающее силовые трансформаторы, выключатели, датчики мощности.

Недостатком известных способов и устройств является недостаточная функциональность, связанная с тем, что способ и устройство не предполагают автоматического переключения трансформаторов с учётом сезонности электрических нагрузок, при повреждении одного из трансформаторов, применимы только для двухтрансформаторных подстанций, питающихся от двух линий.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональной возможности за счёт автоматического переключения трансформаторов с учётом сезонности электрических нагрузок, при повреждении одного из трансформаторов, применимости способа и устройства для трансформаторных подстанций, питающихся от одной линии.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе сезонного сокращения потерь электрической энергии и повышения надёжности в электрической сети, заключающемся в сезонном отключении одного из двух трансформаторов трансформаторной подстанции при малых нагрузках, согласно изобретению, Способ сезонного сокращения потерь электрической энергии и повышения надёжности в электрической сети, заключающийся в сезонном отключении одного из двух трансформаторов трансформаторной подстанции при малых нагрузках, отличающийся тем, что на трансформаторной подстанции, питающейся по одной питающей линии, устанавливают трансформаторы разной мощности, при этом мощность каждого из них меньше мощности, необходимой для питания при максимальной нагрузке подстанции, а их суммарная мощность равна, или больше максимальной мощности, обеспечивают условия параллельной работы трансформаторов, задают и отсчитывают первую группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, причём интервалы задаются посекундно, в течение которого нагрузка, подключенная к трансформаторной подстанции менее мощности одного из двух установленных трансформаторов, задают и отсчитывают вторую группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, в течение которого нагрузка, подключенная к трансформаторной подстанции менее мощности второго из двух установленных трансформаторов, задают и отсчитывают третью группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, в течение которого нагрузка трансформаторной подстанции больше мощности каждого из двух трансформаторов по отдельности, но менее суммарной мощности двух установленных трансформаторов, подключенных параллельно, во время отсчёта первой группы интервалов обеспечивают включенное состояние первого трансформатора и питание от него нагрузки трансформаторной подстанции, отключенное состояние второго трансформатора, снижают, таким образом, потери холостого хода трансформаторной подстанции по сравнению с использованием одного более мощного трансформатора, в начале отсчёта второй группы интервалов автоматически переключают на параллельную работу с первым трансформатором второй трансформатор, после чего автоматически отключают первый трансформатор и обеспечивают включенное состояние второго трансформатора и питание от него нагрузки трансформаторной подстанции, снижают, таким образом, потери холостого хода трансформаторной подстанции по сравнению с использованием одного более мощного трансформатора, в начале отсчёта третьей группы интервалов времени автоматически переключают на параллельную работу с работающим трансформатором второй трансформатор, обеспечивают включенное состояние двух трансформаторов на параллельную работу и питание от них нагрузки трансформаторной подстанции, контролируют нагрузку трансформаторной подстанции, задают номинальные значения нагрузки и допустимое время работы с перегрузкой для каждого из трансформаторов, если во время отсчёта первой, или второй группы интервалов времени нагрузка будет превышать номинальное значение для соответствующего трансформатора, отсчитывают допустимое время перегрузки включенного в это время трансформатора, если после окончания отсчёта допустимого времени перегрузки она не устраниться, автоматически переключают на параллельную работу второй трансформатор, если во время первого, или второго интервала времени происходит повреждение включенного трансформатора, его автоматически отключают и включают в работу второй установленный трансформатор, повышая, таким образом, надёжность электрической сети, информацию о результатах переключений, о повреждениях силовых трансформаторов передают диспетчеру электрической сети, при поступлении команд дистанционного управления от диспетчера электрической сети обрабатывают эти команды и выполняют их производя необходимые переключения.

Технический результат достигается также тем, что предлагаемое устройство сезонного сокращения потерь электрической энергии и повышения надёжности в электрической сети, включающее два силовых трансформатора, отходящую линии и шины, согласно изобретению, снабжено питающей линией, подключенной через шины высокого напряжения к цепям высокого напряжения подключения силовых трансформаторов, шинами низкого напряжения, соединёнными с отходящей линией и цепями низкого напряжения подключения силовых трансформаторов, двумя управляемыми коммутационными аппаратами вводов высокого напряжения, установленными в цепи высокого напряжения силовых трансформаторов, двумя управляемыми коммутационными аппаратами вводов низкого напряжения, установленными в цепи низкого напряжения силовых трансформаторов, коммутационным аппаратом, установленным в отходящую линию, нагрузкой трансформаторной подстанции, подключенной к отходящей линии, датчиком нагрузки трансформаторной подстанции, соединённым с отходящей линией, соединённым с цепями низкого напряжения подключения силовых трансформаторов за коммутационными аппаратами вводов низкого напряжения и соединённым с блоком обработки информации и управления, блоком обработки информации и управления, соединённым с управляемыми коммутационными аппаратами вводов высокого и низкого напряжения, соединённым с цепями подключения силовых трансформаторов перед коммутационными аппаратами вводов низкого напряжения, соединённым с датчиком нагрузки трансформаторной подстанции, устройством приёма и передачи данных, соединённым с блоком обработки информации и управления.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема устройства сезонного сокращения потерь электрической энергии и повышения надёжности в электрической сети.

Блок-схема устройства содержит силовой трансформатор Т1, силовой трансформатор Т2, питающую линию ПЛ3, шины высокого напряжения ШВН4, соединённые с питающей линией и цепями высокого напряжения подключения силовых трансформаторов, отходящую линию ОЛ5, коммутационный аппарат отходящей линии КАОЛ6, установленный в отходящую линию, шины низкого напряжения ШНН7, соединённые с отходящей линией и цепями низкого напряжения подключения силовых трансформаторов, нагрузку трансформаторной подстанции НТП8, подключенную к отходящей линии, управляемый коммутационный аппарат ввода низкого напряжения УКАВНН9, установленный в цепи низкого напряжения подключения силового трансформатора Т1, управляемый коммутационный аппарат ввода низкого напряжения УКАВНН10, установленный в цепи низкого напряжения подключения силового трансформатора Т2, управляемый коммутационный аппарат ввода высокого напряжения УКАВВН11, установленный в цепи высокого напряжения подключения силового трансформатора Т1, управляемый коммутационный аппарат ввода высокого напряжения УКАВВН12, установленный в цепи высокого напряжения подключения силового трансформатора Т2, датчик нагрузки трансформаторной подстанции ДНТП13, соединённый с отходящей линией, цепями низкого напряжения подключения силовых трансформаторов и блоком обработки информации и управления, блок обработки информации и управления БОИиУ14, устройство приёма и передачи данных УППД15, соединённое с блоком обработки информации и управления БОИиУ14, соединённый с управляемыми коммутационными аппаратами вводов высокого и низкого напряжения, отходящей линией, цепями подключения силовых трансформаторов, датчиком нагрузки трансформаторной подстанции, устройством приёма и передачи данных, цепь высокого напряжения подключения силового трансформатора ЦВНПТ16, цепь высокого напряжения подключения силового трансформатора ЦВНПТ17, цепь низкого напряжения подключения силового трансформатора ЦННПТ18, цепь низкого напряжения подключения силового трансформатора ЦННПТ19.

Силовые трансформаторы Т1 и Т2, служат для преобразования электрической энергии с одними параметрами в электрическую энергию с другими параметрами, в частности, преобразования напряжения, питающая линия ПЛ3 служит для подачи высокого напряжения на трансформаторы Т1 и Т2, шины высокого напряжения ШВН4 служат для передачи электроэнергии от питающей линии в цепи высокого напряжения подключения силовых трансформаторов, отходящая линия ОЛ5 служит для подачи напряжения на нагрузку трансформаторной подстанции, коммутационный аппарат отходящей линии КАОЛ6, установленный в отходящую линию, служит для её коммутации, шины низкого напряжения ШНН7, соединённые с отходящей линией и цепями низкого напряжения подключения силовых трансформаторов, служат для передачи электроэнергии от цепей низкого напряжения подключения силовых трансформаторов в отходящую линию, нагрузка трансформаторной подстанции НТП8, подключенная к отходящей линии, потребляет электроэнергию, управляемый коммутационный аппарат ввода низкого напряжения УКАВНН9, установленный в цепи низкого напряжения подключения силового трансформатора Т1, служит для её ручной, автоматической, или дистанционной коммутации, управляемый коммутационный аппарат ввода низкого напряжения УКАВНН10, установленный в цепи низкого напряжения подключения силового трансформатора Т2, служит для её ручной, автоматической, или дистанционной коммутации, управляемый коммутационный аппарат ввода высокого напряжения УКАВВН11, установленный в цепи высокого напряжения подключения силового трансформатора Т1, служит для её ручной, автоматической, или дистанционной коммутации, управляемый коммутационный аппарат ввода высокого напряжения УКАВВН12, установленный в цепи высокого напряжения подключения силового трансформатора Т2, служит для её ручной, автоматической, или дистанционной коммутации, датчик нагрузки трансформаторной подстанции ДНТП13, соединённый с отходящей линией, цепями низкого напряжения подключения силовых трансформаторов и блоком обработки информации и управления, служит для контроля параметров режимов работы отходящей линии, цепей низкого напряжения подключения силовых трансформаторов, определения нагрузки трансформаторной подстанции, питаемой от Т1, Т2, или от Т1 и Т2 одновременно, передаваемой по отходящей линии в НТП8, блок обработки информации и управления БОИиУ14, устройство приёма и передачи данных УППД15, соединённое с блоком обработки информации и управления БОИиУ14, соединённый с управляемыми коммутационными аппаратами вводов высокого и низкого напряжения, отходящей линией, цепями подключения силовых трансформаторов, датчиком нагрузки трансформаторной подстанции, устройством приёма и передачи данных, служит для приёма информации от ДНТП13, контроля параметров режимов работы отходящей линии, цепей низкого напряжения подключения силовых трансформаторов, отсчёта групп интервалов времени сезонов года, приёма команд от УППД15, формирования и передачи команд включения и отключения УКАВВН11, УКАВВН12, УКАВНН9, УКАВНН10, передачи информации в УППД15. Цепь высокого напряжения подключения силового трансформатора ЦВНПТ16 и цепь низкого напряжения подключения силового трансформатора ЦННПТ18 служат для подключения Т1, цепь высокого напряжения подключения силового трансформатора ЦВНПТ17 и цепь низкого напряжения подключения силового трансформатора ЦННПТ19 служат для подключения Т2.

Способ реализуется следующим образом. Для существующих трансформаторных подстанций, питающихся по одной питающей линии (ПЛ3) - трансформатор на однотрансформаторной подстанции заменяют на два трансформатора одинаковой, или разной мощности Т1 и Т2, каждый из которых имеет меньшую мощность, чем у установленного ранее трансформатора, но суммарная мощность которых равна, или больше мощности установленного ранее трансформатора. Для новых трансформаторных подстанций - устанавливают два трансформатора одинаковой, или разной мощности Т1 и Т2. Обеспечивают условия параллельной работы трансформаторов Т1 и Т2. В БОИиУ14 задают и с его помощью отсчитывают первую группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, в течение которого нагрузка НТП8, подключенная к трансформаторной подстанции через ОЛ5, может питаться от первого из установленных трансформаторов, например, Т1, причём интервалы задаются посекундно, снижая, таким образом, потери холостого хода трансформатора по сравнению с использованием одного более мощного трансформатора, который был установлен ранее (для существующих подстанций), или который был бы установлен в случае выполнения подстанции с одним трансформатором.

В БОИиУ14 задают и с его помощью отсчитывают вторую группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, в течение которого нагрузка, подключенная к трансформаторной подстанции может питаться от второго из установленных трансформаторов (Т2), причём интервалы задаются посекундно, снижая, таким образом, потери холостого хода трансформатора по сравнению с использованием одного более мощного трансформатора.

В БОИиУ14 задают и с его помощью отсчитывают третью группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, в течение которого нагрузка трансформаторной подстанции должна питаться от двух установленных трансформаторов Т1 и Т2, подключенных параллельно.

С помощью ДНТП13 контролируют значение нагрузки, подключенной к трансформаторной подстанции, в том числе отдельно к каждому из трансформаторов, и передают эти данные в БОИиУ14. Это даёт возможность определять параметры работы каждого из трансформаторов, степень их загрузки, в том числе для оценки потерь электроэнергии. Во время отсчёта первой группы интервалов обеспечивают включенное состояние первого трансформатора Т1 и питание от него НТП8 (включены УКАВВН11, УКАВНН9, КАОЛ6, отключены УКАВВН12 и УКАВНН10). В начале отсчёта второй группы интервалов автоматически подключают на параллельную работу с работающим трансформатором Т1 второй установленный трансформатор Т2, подавая команду от БОИИУ14 на включение УКАВВН12 и УКАВНН10, после чего автоматически отключают первый трансформатор Т1, отключая последовательно УКАВНН9 и УКАВВН11. Обеспечивают включенное состояние второго трансформатора Т2 и питание от него нагрузки трансформаторной подстанции НТП8.

В начале отсчёта третьей группы интервалов времени автоматически подключают на параллельную работу с работающим трансформатором Т2 трансформатор Т1 за счёт включения УКАВВН11 и УКАВНН9, обеспечивают включенное состояние двух трансформаторов Т1 и Т2 на параллельную работу и питание от них нагрузки трансформаторной подстанции НТП8.

Контролируют с помощью ДНТП13 нагрузку трансформаторной подстанции, в том числе отдельно к каждому из трансформаторов, определяя степень его загрузки, выявляя возможные перегрузки, задают в БОИиУ14 допустимое время работы с перегрузкой для каждого из трансформаторов, если во время отсчёта первой, или второй группы интервалов времени нагрузка будет превышать номинальное значение, отсчитывают допустимое время перегрузки включенного в это время трансформатора, если после окончания отсчёта допустимого времени перегрузки она не устраниться, автоматически включают на параллельную работу второй трансформатор.

Если во время первого, или второго интервала времени происходит повреждение включенного в это время трансформатора, его автоматически отключают за счёт отключения УКАВВН11, или УКАВВН12 и включают в работу второй установленный трансформатор, повышая, таким образом, надёжность электрической сети.

Информацию о результатах переключений, о повреждениях силовых трансформаторов передают от БОИиУ14 в УППД15 и через него диспетчеру электрической сети. При поступлении команд дистанционного управления (включение, отключение УКАВВН11, УКАВНН9, УКАВВН12, УКАВНН10) от диспетчера электрической сети через УППД15, обрабатывают эти команды и выполняют их за счёт передачи от БОИиУ14 на соответствующие управляемые коммутационные аппараты.

Применение предлагаемого способа и устройства позволяет расширить функциональной возможности за счёт автоматического переключения трансформаторов с учётом сезонности электрических нагрузок, при повреждении одного из трансформаторов, применять способ и устройство для трансформаторных подстанций, питающихся от одной линии. Это сокращает потери в электрической сети за счёт снижения потерь холостого хода в силовых трансформаторах и повышает надёжность за счёт возможности резервирования силовых трансформаторов.

Изобретение относится к области электрических сетей. Техническим результатом является сокращение потерь в электрической сети за счёт снижения потерь холостого хода в силовых трансформаторах и повышение надёжности за счёт возможности резервирования силовых трансформаторов, а также автоматического переключения трансформаторов с учётом сезонности электрических нагрузок при повреждении одного из трансформаторов. Для этого на трансформаторной подстанции, питающейся по одной питающей линии, устанавливают трансформаторы разной мощности, при этом мощность каждого из них меньше мощности, необходимой для питания при максимальной нагрузке подстанции, а их суммарная мощность равна или больше максимальной мощности, обеспечивают условия параллельной работы трансформаторов, задают и отсчитывают первую группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, причём интервалы задаются посекундно, в течение которого нагрузка, подключенная к трансформаторной подстанции, менее мощности одного из двух установленных трансформаторов. Кроме того, задают и отсчитывают вторую группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, в течение которого нагрузка, подключенная к трансформаторной подстанции, менее мощности второго из двух установленных трансформаторов, задают и отсчитывают третью группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, в течение которого нагрузка трансформаторной подстанции больше мощности каждого из двух трансформаторов по отдельности, но менее суммарной мощности двух установленных трансформаторов, подключенных параллельно, во время отсчёта первой группы интервалов обеспечивают включенное состояние первого трансформатора и питание от него нагрузки трансформаторной подстанции, отключенное состояние второго трансформатора. В начале отсчёта второй группы интервалов автоматически переключают на параллельную работу с первым трансформатором второй трансформатор, после чего автоматически отключают первый трансформатор и обеспечивают включенное состояние второго трансформатора и питание от него нагрузки трансформаторной подстанции. В начале отсчёта третьей группы интервалов времени автоматически переключают на параллельную работу с работающим трансформатором второй трансформатор, обеспечивают включенное состояние двух трансформаторов на параллельную работу и питание от них нагрузки трансформаторной подстанции, контролируют нагрузку трансформаторной подстанции, задают номинальные значения нагрузки и допустимое время работы с перегрузкой для каждого из трансформаторов, если во время отсчёта первой или второй группы интервалов времени нагрузка будет превышать номинальное значение для соответствующего трансформатора, отсчитывают допустимое время перегрузки включенного в это время трансформатора, если после окончания отсчёта допустимого времени перегрузки она не устранится, автоматически переключают на параллельную работу второй трансформатор, если во время первого или второго интервала времени происходит повреждение включенного трансформатора, его автоматически отключают и включают в работу второй установленный трансформатор. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сезонного сокращения потерь электрической энергии и повышения надёжности в электрической сети, заключающийся в сезонном отключении одного из двух трансформаторов трансформаторной подстанции при малых нагрузках, отличающийся тем, что на трансформаторной подстанции, питающейся по одной питающей линии, устанавливают трансформаторы одинаковой или разной мощности, при этом мощность каждого из них меньше мощности, необходимой для питания при максимальной нагрузке подстанции, а их суммарная мощность равна или больше максимальной мощности, обеспечивают условия параллельной работы трансформаторов, задают и отсчитывают первую группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, причём интервалы задаются посекундно, в течение которого нагрузка, подключенная к трансформаторной подстанции, менее мощности одного из двух установленных трансформаторов, задают и отсчитывают вторую группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, в течение которого нагрузка, подключенная к трансформаторной подстанции, менее мощности второго из двух установленных трансформаторов, задают и отсчитывают третью группу интервалов времени в соответствии с сезоном года, в течение которого нагрузка трансформаторной подстанции больше мощности каждого из двух трансформаторов по отдельности, но менее суммарной мощности двух установленных трансформаторов, подключенных параллельно, во время отсчёта первой группы интервалов обеспечивают включенное состояние первого трансформатора и питание от него нагрузки трансформаторной подстанции, отключенное состояние второго трансформатора, снижают, таким образом, потери холостого хода трансформаторной подстанции по сравнению с использованием одного более мощного трансформатора, в начале отсчёта второй группы интервалов автоматически переключают на параллельную работу с первым трансформатором второй трансформатор, после чего автоматически отключают первый трансформатор и обеспечивают включенное состояние второго трансформатора и питание от него нагрузки трансформаторной подстанции, снижают, таким образом, потери холостого хода трансформаторной подстанции по сравнению с использованием одного более мощного трансформатора, в начале отсчёта третьей группы интервалов времени автоматически переключают на параллельную работу с работающим трансформатором второй трансформатор, обеспечивают включенное состояние двух трансформаторов на параллельную работу и питание от них нагрузки трансформаторной подстанции, контролируют нагрузку трансформаторной подстанции, задают номинальные значения нагрузки и допустимое время работы с перегрузкой для каждого из трансформаторов, если во время отсчёта первой или второй группы интервалов времени нагрузка будет превышать номинальное значение для соответствующего трансформатора, отсчитывают допустимое время перегрузки включенного в это время трансформатора, если после окончания отсчёта допустимого времени перегрузки она не устранится, автоматически переключают на параллельную работу второй трансформатор, если во время первого или второго интервала времени происходит повреждение включенного трансформатора, его автоматически отключают и включают в работу второй установленный трансформатор, повышая, таким образом, надёжность электрической сети, информацию о результатах переключений, о повреждениях силовых трансформаторов передают диспетчеру электрической сети, при поступлении команд дистанционного управления от диспетчера электрической сети обрабатывают эти команды и выполняют их, производя необходимые переключения.

2. Устройство сезонного сокращения потерь электрической энергии и повышения надёжности в электрической сети, включающее два силовых трансформатора, отходящую линию и шины, отличающееся тем, что оно снабжено питающей линией, подключенной шинами высокого напряжения к цепям высокого напряжения подключения силовых трансформаторов, шинами низкого напряжения, соединёнными с отходящей линией и цепями низкого напряжения подключения силовых трансформаторов, двумя управляемыми коммутационными аппаратами вводов высокого напряжения, установленными в цепи высокого напряжения силовых трансформаторов, двумя управляемыми коммутационными аппаратами вводов низкого напряжения, установленными в цепи низкого напряжения силовых трансформаторов, коммутационным аппаратом, установленным в отходящую линию, нагрузкой трансформаторной подстанции, подключенной к отходящей линии, датчиком нагрузки трансформаторной подстанции, соединённым с отходящей линией, цепями низкого напряжения подключения силовых трансформаторов и блоком обработки информации и управления, блоком обработки информации и управления, соединённым с управляемыми коммутационными аппаратами вводов высокого и низкого напряжения отходящей линией, цепями подключения силовых трансформаторов, датчиком нагрузки трансформаторной подстанции, устройством приёма и передачи данных, соединённым с блоком обработки информации и управления.