Реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции Российский патент 2024 года по МПК H02M5/25 

Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике, в частности к электроэнергетическим системам, и может быть использовано для включения, выключения и непрерывного регулирования напряжения трансформаторной подстанции всех отраслях систем электроснабжения.

Известно реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции для включения, выключения и непрерывного регулирования напряжения трансформаторной подстанции всех отраслей систем электроснабжения (патент РФ на полезной модель №166559, Бюл. №34, 10.12.2016).

Принцип действия известного устройства в более широкой интерпретации описано в патенте №2622890, Бюл. №18, 21.06.17.

Устройство содержит входные и выходные зажимы, между которыми оно подключается к сети и трансформаторной подстанции. Оно состоит из основных тиристорных ключей с двухсторонней проводимостью тока, трехфазного контактора и трехфазного сдвоенного реактора. Трехфазный сдвоенный реактор через трехфазный контактор подключен параллельно к основными тиристорными ключами, которые включены между входными и выходными зажимами.

Устройство при номинальном напряжении питающей сети и токе нагрузки обеспечивает номинальное напряжение у потребителей при помощи основных тиристорных ключей и трехфазного сдвоенного реактора при включенном трехфазном контакторе, а при происхождении положительного отклонения напряжения в сети, основные тиристорные ключи полностью закрываются, в результате чего трехфазный сдвоенный реактор вводится на полном токе и стабилизирует напряжения у потребителей на заданном уровне.

Положительным качеством известного устройства является наличие незначительной несинусоидальности тока питающей сети и силового трансформатора при непрерывном регулировании напряжения. Вместе с тем устройство обладает недостатком, связное с искажением напряжения на входе и выходе силового трансформатора во всем диапазоне регулирования. Устройство при номинальном напряжении в сети создает наибольшие искажения напряжения на входе трансформаторной подстанции и у потребителей электроэнергии. Кроме этого, включение и отключение подстанции известным устройством осуществляется при максимально повышенном напряжении на входе силового трансформатора.

Наличие выше перечисленных недостатков создало необходимость разработать новое техническое решение для устранения недостатков известного устройства для сохранения срока службы электрооборудования и повышения эффективности работы силового трансформатора и потребителей электроэнергии.

Известно также реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции для включения, выключения и непрерывного регулирования напряжения трансформаторной подстанции всех отраслях систем электроснабжения (патент РФ на изобретение №2536304, Бюл. №35, 20.12.2014.), которое содержит три основных тиристорных ключа переменного тока с естественной коммутацией и трехфазный контактор, которые соединены параллельно и включены между сетью и силовым трансформатором. При регулировании напряжения вверх и вниз относительно напряжения сети верхний предел задается коэффициентом трансформации силового трансформатора подстанции, а нижний предел углом регулирования тиристоров. К недостаткам этого устройство следует отнести высокий гармонический состав в кривых напряжения на входе силового трансформатора подстанции, а также то, что включение силового трансформатора производится при повышенном напряжении у потребителей.

Наиболее близким по физической сущности является реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции (патент РФ на изобретение №2667481, Бюл. №26, 20.09.2018), которое взято за прототип.

Управляемое включение, выключение и регулирование напряжения устройством прототипом описано в патенте №2667095, Бюл. №26, 14.09.18.

Устройство прототип содержит входные и выходные зажимы, между которыми оно подключается к сети и трансформаторной подстанции. Устройство состоит из основных и дополнительных тиристорных ключей с естественной коммутацией, трехфазного контактора и трехфазного сдвоенного реактора. Трехфазный сдвоенный реактор через трехфазный контактор подключен параллельно к основными и дополнительными тиристорными ключами, которые включены между входными и выходными зажимами.

Устройство при положительном отклонении напряжения (максимальном уровне напряжения) в сети поддерживает номинальный уровень напряжения у потребителей на заданном значении при помощи трехфазного контактора и трехфазного сдвоенного реактора при полностью выключенных основных тиристорных ключах. Стабилизация напряжения у потребителей на номинальном уровне достигается за счет создания падения напряжения в индуктивном сопротивлении трехфазного сдвоенного реактора. Величины падения напряжения в трехфазном сдвоенном реакторе регулируются углом управления основными тиристорными ключами. Увеличение угла управления основных тиристорных ключей приводит к увеличению падения напряжения в трехфазном сдвоенном реакторе.

Положительным качеством устройства прототипа является то, что при максимальном, номинальном и минимальном уровне напряжения сети устройство обеспечивая номинальное напряжение у потребителей на заданном уровне сохраняет синусоидальности тока и напряжения не только в питающей сети, силовом трансформаторе и потребителей электроэнергии, но и на элементах самого устройства (Разработка способа и устройства раздельного регулирования напряжения трансформаторной подстанций в двух поддиапазонах // Материалы всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов: сб. науч. работ. - Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВО «КнАГУ», 2018. - С. 455 - 458). Кроме этого, устройство также сохраняет синусоидальности тока питающей сети, силового трансформатора и потребителей электроэнергии при поддиапазоне регулировании напряжения (между номинальным и максимальным уровнем напряжения). Устройство также облегчает работу электрооборудования систем электроснабжения и сохраняет их эффективность работы при выполнении операции включения и выключения трансформаторной подстанции (Исследование двухтрансформаторной подстанции с конденсаторной установкой и двухподдиапазонным реакторно-тиристорным устройством // Развитие науки и образования: новые подходы и актуальные исследования. Сборник научных трудов по материалам XXXII Международной научно-практической конференции (г.-к. Анапа, 24 августа 2022 г.). - Анапа: Изд-во «НИЦ ЭСП» в ЮФО, 2022. - С. 45 - 50).

Устройство-прототип вместе с тем имеет также и недостатки, связанные с несинусоидальностью напряжения при узкоподдиапазонном регулированием напряжения между номинальным и максимальным уровнем напряжения. Оно при узкоподдиапазонном регулировании напряжения создает несинусоидальности напряжения на входе силового трансформатора и у потребителей электроэнергии. Устройство создает наибольшие несинусоидальности напряжения на входе силового трансформатора и у потребителей электроэнергии при повышении напряжения в сети на ±5% от номинального значения (Устройство для поддержания напряжения и снижения потери в системах электроснабжения // Молодые ученые - Хабаровскому краю. Материалы XXII краевого конкурса молодых ученых и аспирантов. Редколлегия: И.Н. Пугачев [и др.]. 2020. С. 154-158).

Наличие этих недостатков на входе силового трансформатора и у потребителей электроэнергии приводит к комплексному ухудшению эффективности работы систем электроснабжения.

Задачей изобретения являются расширение диапазона регулирования напряжения и улучшение синусоидального напряжения на входе силового трансформатора подстанции и у потребителей электроэнергии при плавном и дискретном регулировании напряжения между номинальным и максимальным уровнем напряжения сети.

В результате решения поставленной задачи будет достигнуто улучшение качества электроэнергии и повышение энергетических показателей силового трансформатора и потребителей электроэнергии при регулировании напряжения между номинальным и максимальным уровнем напряжения сети. Кроме этого, как и в прототипе сохраняются преимущества стабилизационного свойства устройства при максимальном и номинальном уровнем напряжения сети, а также управляемого включения и выключения трансформаторной подстанции.

Решение поставленной задачи достигается тем, что введены дополнительный трехфазный реактор и три дополнительных тиристорных ключа с двухсторонней проводимостью тока, где трехфазный дополнительный реактор подключен последовательно к трехфазному сдвоенному реактору и включен между концом трехфазного сдвоенного реактора и выходными зажимами, а дополнительные тиристорные ключи включены между дополнительным трехфазным реактором и концом трехфазного сдвоенного реактора и точками подключения трехфазного контактора к входным зажимам причем дополнительные тиристорные ключи параллельно подключены к трехфазному сдвоенному реактору и последовательно к дополнительному трехфазному реактору, которые шунтируют высоковольтный выключатель, где высоковольтный выключатель через входные и выходные зажимы подключен к сети и силовому трансформатору.

Схема предлагаемого технического решения в однолинейном исполнении представлена на фиг. Предлагаемое техническое решение содержит входные зажимы 1, выходные зажимы 2, высоковольтный выключатель 3, основные тиристорные ключи 4, трехфазный контактор 5, трехфазный сдвоенный реактор 6, дополнительные тиристорные ключи 7, дополнительный трехфазный реактор 8, трансформаторную подстанцию 9 с силовым трансформатором 10 и активно-индуктивной нагрузкой 11.

Элементы предлагаемого устройства соединены следующим образом. Между входными 1 и выходными 2 зажимами через трехфазный контактор 5 подключены трехфазный сдвоенный 6 и дополнительный 8 реакторы. Основные тиристорные ключи 4 подключены между средними точками трехфазного сдвоенного реактора 6 и точками подключения трехфазного контактора 5 к входным зажимам 1, а дополнительные тиристорные ключи 7 подключены между трехфазным сдвоенным 6 и дополнительным 8 реакторами и точками подключения трехфазного контактора 5 и основных тиристорных ключей 4 к входным зажимам 1. Кроме этого между входными 1 и выходными 2 зажимами высоковольтный выключатель 3 параллельно подключен к основными 4 и дополнительными 7 тиристорными ключами, а также к трехфазному контактору 5, трехфазному сдвоенному 6 и дополнительному 8 реакторами.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Включение и отключение силового трансформатора подстанции 10 при положительном отклонении напряжения питающей сети и(или) отрицательном отклонении тока на вторичной обмотке силового трансформатора 10 осуществляется основными 4 и(или) дополнительными 7 тиристорными ключами. При включении силового трансформатора 10 сначала основные 4 и(или) дополнительные 7 тиристорные ключи включают две фазы силового трансформатора 10 в момент перехода фазного напряжения третьей фазы через ноль, а затем основные 4 и(или) дополнительные 7 тиристорные ключи включают третью фазу в момент перехода линейного напряжения от двух предыдущих фаз через ноль. После этого, по мере повышения напряжения в сети и(или) снижения тока на вторичной обмотке силового трансформатора 10 вводятся в работу трехфазный контактор 5, основные 4 и(или) дополнительные 7 тиристорные ключи для поддержания номинального напряжения у потребителей на заданном уровне. При выключении силового трансформатора подстанции 10, также учитывая уровень напряжения в сети и тока на нагрузке 11 основные 4 и(или) дополнительные 7 тиристорные ключи переводятся в полностью проводящее состояние, а затем выключается трехфазный контактор 5 и в обратной посследовательности без возникновения электрической дуги, коммутационных потерь и перенапряжения отключается силовой трансформатор 10 и по завершению процесса выключения силового трансформатора 10 снимаются управляющие импульсы с основных 4 и(или) допольнительных 7 тиристорных ключей с естественной коммутацией.

Номинальный уровень напряжения у потребителей при номинальном напряжении сети и номинальной нагрузке достигается за счет коэффициента трансформации трансформатора. На этом уровне напряжения на высокой стороне силового трансформатора подстанции 10 прикладывается через высоковольтный выключатель 3 при полностью выключенных как основных 4, так и дополнительных 7 тиристорных ключей, а также при выключенном трехфазном контакторе 5. Устройство при максимальном уровне напряжения сети или минимальном уровне тока нагрузки 11 поддерживает номинальное напряжение у потребителей на заданном уровне при помощи трехфазного сдвоенного 6 и дополнительного 8 реакторов при включенном трехфазном контакторе 5. На этом уровне напряжения сети, трехфазным контактором 5 полностью шунтируются основные 4 и дополнительные 7 тиристорные ключи, а также высоковольтный выключатель.

Предлагаемое устройство между номинальным и максимальным уровнем напряжения сети обеспечивает плавное и дискретное регулирование напряжения на трех диапазонах: минимальный, промежуточный и максимальный.

Обеспечение номинального напряжения у потребителей на заданном уровне при минимальном диапазоне регулирования напряжения выполняется дополнительными тиристорными ключами 7 при полностью выключенных основных тиристорных ключей 4, высоковольтного выключателя 3 и трехфазного контактора 5. Дополнительные тиристорные ключи 7 на этом диапазоне регулирования напряжения полностью включены.

Поддержание номинального напряжения у потребителей при промежуточном диапазоне регулирования напряжения осуществляется основными 4 и дополнительными 7 тиристорными ключами при выключенном высоковольтном выключателе 3 и трехфазном контакторе 5.

Сохранение номинального напряжения у потребителей на заданном уровне при максимальном диапазоне регулирования напряжения достигается основными тиристорными ключами 4 и трехфазным контактором 5, которые вводят в работу трехфазный сдвоенный 6 и дополнительный 8 реакторы. Высоковольтный выключатель 3 и дополнительные тиристорные ключи 7 при этом диапазоне регулирования напряжения выключены.

Целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются трансформаторные подстанции всех отраслей систем электроснабжения напряжениями 35/(10-6) кВ и (10-6)/0,4 кВ, где в системах электроснабжения в основном замечается положительное отклонение и колебание напряжении.

Наиболее целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются системы электроснабжения, где возникает необходимость обеспечения многоступенчатого узкоподдиапазонного регулирования напряжения с высокими технико-экономическими показателями.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроэнергетическим системам, и может быть использовано для включения, выключения и непрерывного регулирования напряжения трансформаторной подстанции всех отраслях систем электроснабжения. Задачей изобретения являются расширение диапазона регулирования напряжения и улучшение синусоидального напряжения на входе силового трансформатора подстанции и у потребителей электроэнергии при плавном и дискретном регулировании напряжения между номинальным и максимальным уровнем напряжения сети. В результате решения поставленной задачи будет достигнуто улучшение качества электроэнергии и повышение энергетических показателей силового трансформатора и потребителей электроэнергии при регулировании напряжения между номинальным и максимальным уровнем напряжения сети. Кроме этого, как и в прототипе сохраняются преимущества стабилизационного свойства устройства при максимальном и номинальном уровнем напряжении сети, а также управляемого включения и выключения трансформаторной подстанции. Целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются трансформаторные подстанции всех отраслей систем электроснабжения напряжениями 35/(10-6) кВ и (10-6)/0,4 кВ, где в системах электроснабжения в основном замечается положительное отклонение и колебание напряжении. Наиболее целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются системы электроснабжения, где возникает необходимость обеспечения многоступенчатого узкоподдиапазонного регулирования напряжения с высокими технико-экономическими показателями. 1 ил.

Реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции, содержащее трехфазный сдвоенный реактор, который через трехфазный контактор пофазно подключен между входными и выходными зажимами и три основных тиристорных ключей с двухсторонней проводимостью тока, включенных между средними точками трехфазного сдвоенного реактора и точками подключения трехфазного контактора к входным зажимам, при этом входные зажимы предназначены для подключения к сети, а выходные зажимы предназначены для подключения к первичной обмотке силового трансформатора подстанции, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, отличающееся тем, что введены дополнительный трехфазный реактор и три дополнительных тиристорных ключа с двухсторонней проводимостью тока, где трехфазный дополнительный реактор подключен последовательно к трехфазному сдвоенному реактору и включен между концом трехфазного сдвоенного реактора и выходными зажимами, а дополнительные тиристорные ключи включены между дополнительным трехфазным реактором и концом трехфазного сдвоенного реактора и точками подключения трехфазного контактора к входным зажимам причем дополнительные тиристорные ключи параллельно подключены к трехфазному сдвоенному реактору и последовательно к дополнительному трехфазному реактору, которые шунтируют высоковольтный выключатель, где высоковольтный выключатель через входные и выходные зажимы подключен к сети и силовому трансформатору.