Многоступенчатое реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство трансформаторной подстанции Российский патент 2025 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 трансформаторных подстанций всех отраслей систем электроснабжения.

Известно многоступенчатое реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство трансформаторной подстанции (Б.Н. Сергеенков, В.М. Киселев, Н.А. Акимова. Электрические машины: Трансформаторы: Учеб. Пособие для электромех. Спец. вузов: Под ред. И.П. Копылова. - М.: Высш. Шк., 1989. - 352 с, стр. 289, рис. 9.6.), которое содержит силовой трансформатор, четыре трехфазных тиристорных ключа, на встречно-параллельно соединенных тиристорах, трехфазный реактор, трехфазный силовой контактор и трехфазный вольтодобавочный трансформатор. К недостаткам этого устройства следует отнести низкую надежность и технико-экономические показатели, большие массогабаритные показатели, сложное устройство и его управления, а также дискретное регулирование напряжения.

Известно также, многоступенчатое реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство трансформаторной подстанции (патент РФ на полезной модель №166559, Бюл. №34, 10.12.2016), которое состоит из входных и выходных зажимов, дополнительных тиристорных ключей с двухсторонней проводимостью тока, силового контактора, дополнительного сдвоенного реактора и силового трансформатора подстанции, где между входными и выходными зажимами последовательно к высоковольтной обмотке силового трансформатора подключены дополнительные тиристорные ключи, причем параллельно к дополнительным тиристорным ключам подключены силовой контактор и дополнительный сдвоенный реактор, а силовой контактор и дополнительный сдвоенный реактор включены между собой последовательно. Входные и выходные зажимы предназначены для подключения известного устройства к питающей сети и активно-индуктивной нагрузке.

Известное многоступенчатое реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство трансформаторной подстанции обеспечивает регулирование напряжения на высокой стороне силового трансформатора подстанции относительно номинального напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки в приделах ±10%. Устройство стабилизирует напряжения у потребителей при максимальном, номинальном и минимальном уровне напряжения питающей и(или) тока активно-индуктивной нагрузки.

Обеспечение номинального напряжения у потребителей на заданном уровне при максимальном уровне напряжения питающей сети и(или) минимальном токе активно-индуктивной нагрузки достигается дополнительным сдвоенным реактором при включенном силовом контакторе и полностью выключенных дополнительных тиристорных ключей, а поддержание напряжения у потребителей на заданном значении при номинальном уровне напряжения питающей сети и(или) номинальном токе активно-индуктивной нагрузки выполняется дополнительными тиристорными ключами и дополнительным сдвоенным реактором при включенном силовом контакторе, а сохранение номинального напряжения у потребителей на заданном уровне при минимальном уровне напряжения питающей сети и(или) максимальном токе активно-индуктивной нагрузки осуществляется дополнительными тиристорными ключами при выключенных силового контактора и дополнительного сдвоенного реактора.

В качестве преимущество известного устройства можно отнести отсутствие несинусоидальности тока и напряжения при максимальном и минимальном уровне напряжения питающей сети и(или) минимальном и максимальном токе активно-индуктивной нагрузки. Кроме этого, преимущество устройства заключается в сохранении эффективности работы системы электроснабжения при выполнении операции включения и выключения силового трансформатора подстанции при минимальном уровне напряжения в сети и(или) максимальном токе активно-индуктивной нагрузки. К недостаткам устройства можно отнести большие искажение напряжения и тока на входе и выходе силового трансформатора при номинальном напряжении питающей сети и(или) номинальном токе активно-индуктивной нагрузки, а также при промежуточных диапазонах регулирования напряжения. Кроме этого, в качестве недостатки существующего устройства можно отнести узкий придел (уровень) и диапазон регулирования напряжения, а также низкие значения энергетических показателей системы электроснабжения при включении и выключении силового трансформатора подстанции при номинальном и максимальном напряжении питающей сети и(или) номинальном и минимальном токе активно-индуктивной нагрузки.

Вышеперечисленные недостатки известного устройства, создает необходимость разработать новое техническое решение для расширения придела (уровня) и диапазона регулирования напряжения, способа управления силового трансформатора, а также улучшения энергетических показателей системы электроснабжения.

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

Устройство прототип состоит из входных и выходных зажимов, силового контактора, дополнительного сдвоенного реактора, дополнительных и дополнительно-промежуточных тиристорных ключей с двухсторонней проводимостью тока, где силовой контактор и дополнительный сдвоенный реактор подключены между входными и выходными зажимами и параллельно к силовому контактору и дополнительному сдвоенному реактору подключены дополнительные тиристорные ключи между входными и выходными зажимами и параллельно к ним пофазно включенный дополнительно-промежуточные тиристорные ключи между входными зажимами и средней точки дополнительного сдвоенного реактора, где входные зажимы предназначены для подключения к питающей сети через сетевой высоковольтный выключатель, а выходные зажимы предназначены для подключения к первичной обмотке силового трансформатора подстанции, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке.

Устройство позволяет регулировать напряжения на входе трансформаторной подстанции при нестабильности напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки, и обеспечивает номинальное напряжения у потребителей на заданном значении при трех уровнях напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки: максимальный, номинальной и минимальный.

Поддержание номинального напряжения у потребителей на заданном значении при максимальном напряжении питающей сети и(или) номинальном (минимальном) токе активно-индуктивной нагрузки выполняется при помощи дополнительного сдвоенного реактора при включенном силовом контакторе и полностью закрытых как дополнительных тиристорных ключей, так и дополнительно-промежуточных тиристорных ключей за счет создания падения напряжения на индуктивном сопротивлении дополнительного сдвоенного реактора.

Обеспечение номинального напряжения у потребителей при номинальном напряжении питающей сети и(или) номинальном токе активно-индуктивной нагрузки достигается при помощи дополнительно-промежуточных тиристорных ключей и дополнительного сдвоенного реактора за счет создания падения напряжения на индуктивном сопротивлении дополнительного сдвоенного реактора при выключенных силового контактора и дополнительных тиристорных ключей.

Сохранение номинального напряжения у потребителей на заданном значении при минимальном напряжении питающей сети и(или) номинальном (максимальном) токе активно-индуктивной нагрузки обеспечивается дополнительными тиристорными ключами за счет коэффициента трансформации трансформатора при выключенных силового контактора, дополнительного сдвоенного реактора и дополнительно-промежуточных тиристорных ключей.

Устройство-прототип помимо вышеуказанных трех уровнях напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки, также обеспечивает номинального напряжения у потребителей при промежуточных диапазонах регулирования напряжения на два диапазона: верхний и нижний.

Верхний промежуточный диапазон регулирования напряжения достигается дополнительно-промежуточными тиристорными ключами и дополнительным сдвоенным реактором при включенном силовом контакторе и полностью выключенным дополнительных тиристорных ключей, а нижний промежуточный диапазон регулирования напряжения осуществляется дополнительно-промежуточными и дополнительными тиристорными ключами при выключенном силовом контакторе.

В качестве преимущества устройство-прототипа можно отнести отсутствии несинусоидальности тока и напряжения на входе и выходе силового трансформатора при вышеуказанных трех уровнях напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки, а также сохранение высокие значения энергетических показателей системы электроснабжения при включении и выключении силового трансформатора подстанции при номинальном и минимальном напряжения питающей сети и(или) номинальном и максимальном токе активно-индуктивной нагрузки.

Вместе с тем устройство-прототип обладает недостатками, связные с наличием большие гармонические составляющие входного и выходного напряжения силового трансформатора подстанции при промежуточных диапазонах регулирования напряжения. Наиболее основная недостатка устройство-прототипа является узкий придел (уровень) и диапазон регулирования напряжения, а также низкие значения энергетических показателей системы электроснабжения при включении и выключении силового трансформатора подстанции при максимальном напряжении питающей сети и(или) минимальном токе активно-индуктивной нагрузки.

Наличие вышеперечисленных недостатков устройства-прототипа не только не удовлетворяют требованиям потребителей электроэнергию по обеспечению номинального напряжения на заданном уровне с сохранением его синусоидальности, но и приводят к сокращению срока службы электрооборудования и комплексному ухудшению энергетических показателей систем электроснабжения.

Задачей изобретения являются расширение функциональных возможности предлагаемого технического решения при включении и выключении трансформаторной подстанции, а также при регулировании напряжения на высокой стороне трансформаторной подстанции с высокими технико-экономическими показателями.

В результате решения поставленной задачи будет достигнуто увеличение придела регулирования напряжения до ±16%, а также возможности обеспечения включения и выключения трансформаторной подстанции при разных уровнях напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки с высокими технико-экономическими показателями.

Решение поставленной задачи достигается тем, что введены основной сдвоенный реактор, основные и основно-промежуточные тиристорные ключи с двухсторонней проводимостью тока, где основной сдвоенный реактор подключен между силовым контактором и дополнительным сдвоенным реактором и точкой подключения основных тиристорных ключей, где основные тиристорные ключи пофазно включены между основным и дополнительным сдвоенными реакторами и точкой подключения силового контактора к входными зажимами, а основно-промежуточные тиристорные ключи пофазно включены между входными зажимами и средней точки основного сдвоенного реактора.

Схема предлагаемого технического решения в однолинейном исполнении представлена на фиг. Предлагаемое техническое решение состоит из входных 1 и выходных 2 зажимов, сетевого высоковольтного выключателя 3, питающей сети 4, трансформаторной подстанции 5 с силовым трансформатором 6 и активно-индуктивными нагрузками 7, силового контактора 8, основного 9 и дополнительного 10 сдвоенных реакторов, основных 11 и дополнительных 12 тиристорных ключей, а также основно-промежуточных 13 и дополнительно-промежуточных 14 тиристорных ключей.

Элементы предлагаемого устройства на высокой стороне трансформаторной подстанции соединены следующим образом. Между входными 1 и выходными 2 зажимами подключены силовой контактор 8, основной 9 и дополнительный 10 сдвоенные реакторы. Основные тиристорные ключи 11 подключены между основным 9 и дополнительным 10 сдвоенными реакторами и точками подключения силового контактора 8 к входным зажимам 1, а дополнительные тиристорные ключи 12 подключены между входными 1 и выходными 2 зажимами. Кроме этого, основно-промежуточные тиристорные ключи 13 включены между средними точками основного сдвоенного реактора 9 и точками подключения силового контактора 8 к входным зажимам 1, а дополнительно-промежуточные тиристорные ключи 14 включены между средней точки дополнительного сдвоенного реактора 10 и точками подключения силового контактора 8 к входным зажимам 1. Входные зажимы 1 предназначены для подключения предлагаемого устройства к питающей сети 4 через сетевой высоковольтный выключатель 3, а выходные зажимы 2 подключают предлагаемого устройства к первичной обмотке силового трансформатора 6 трансформаторной подстанции 5, где к вторичной обмотке силового трансформатора 6 подключены активно-индуктивной нагрузки 7.

Предлагаемое многоступенчатое реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции 5 работает следующим образом.

Включение и выключение силового трансформатора 6 подстанции 5 производится тирсторными ключами 11, 12, 13, 14 после включения силового высоковольтного выключателя 3 в зависимости от напряжения питающей сети 4 и(или) тока активно-индуктивной нагрузки 7 при помощи соответствующих тиристорных ключей. Например, включение и выключение силового трансформатора 6 подстанции 5 при номинальном напряжении питающей сети 4 и(или) номинальном токе активно-индуктивной нагрузки 7 осуществляется основными тиристорными ключами 11 при полностью выключенных дополнительных тиристорных ключей 12, а также основно-промежуточных 13 и дополнительно-промежуточных 14 тиристорных ключей при выключенном силовом контакторе 8.

При включении силового трансформатора 6 подстанции 5 сначала основные тиристорные ключи 11 включают две фазы силового трансформатора 6 в момент перехода фазного напряжения третьей фазы через ноль, а затем основные тиристорные ключи 11 включают третью фазу силового трансформатора 6 в момент перехода линейного напряжения от двух предыдущих фаз через ноль. После включения силового трансформатора 6 подстанции 5, по мере отклонения и колебания напряжения в питающей сети 4 и(или) тока на активно-индуктивной нагрузке 7 меняется угол управления проводящего состояния основных тиристорных ключей 11 и подаются сигналы на включении соответствующих тиристорных ключей 12, 13, 14 для сохраняется напряжения у потребителей на заданном (номинальном) уровне. При выключении силового трансформатора 6 подстанции 5 основные тиристорные ключи 11 в обратной последовательности отключают силового трансформатора 6 без возникновения электрической дуги, коммутационных потерь и перенапряжения и по завершению процесса выключения силового трансформатора 6 снимаются управляющие импульсы с основных тиристорных ключей 11 с естественной коммутацией, в результате чего выключается сетевой высоковольтный выключатель 3.

Предлагаемое техническое решение позволяет сохранить напряжения у потребителей на номинальном уровне при пяти уровнях напряжения питающей сети 4 и(или) тока активно-индуктивной нагрузки 7 без создания несинусоидальности напряжения на входе и выходе силового трансформатора 6 подстанции 5: максимальный, промежуточно-максимальный, номинальный, промежуточно-минимальный и минимальный уровень напряжения питающей сети 4 и(или) тока активно-индуктивной нагрузки 7. Предлагаемое техническое решение между уровнями напряжения питающей сети 4 и(или) тока активно-индуктивной нагрузки 7 вводит два диапазона регулирования напряжения: верхний и нижний диапазоны. Между верхним и нижним диапазонами регулирования напряжения разделены два промежуточные поддиапазоны: верхний и нижний поддиапазоны.

Номинальное напряжения у потребителей при максимальном уровне напряжения питающей сети 4 и(или) минимальном уровне тока активно-индуктивной нагрузки 7 достигается основным 9 и дополнительным 10 сдвоенными реакторами при включенном силовом контакторе 8 и выключенных основных 11 и дополнительных 12 тиристорных ключей, а также основно-промежуточных 13 и дополнительно-промежуточных 14 тиристорных ключей. Обеспечение номинального напряжения у потребителей при промежуточно-максимальном уровне напряжения питающей сети 4 и(или) промежуточно-минимальном уровне тока активно-индуктивной нагрузки 7 выполняется основным 9 и дополнительным 10 сдвоенными реакторами, основными тиристорными ключами 11 и основно-промежуточными тиристорными ключами 13 при включенном силовом контакторе 8 и полностью закрытых как дополнительных тиристорных ключей 12, так и дополнительно-промежуточных тиристорных ключей 14. Поддержание номинального напряжения у потребителей на заданном значении при номинальном уровне напряжения питающей сети 4 и тока активно-индуктивной нагрузки 7 достигается основными тиристорными ключами 11 и дополнительным сдвоенным реактором 10 при выключенных дополнительных тиристорных ключей 12, основно-промежуточных 13 и дополнительно-промежуточных 14 тиристорных ключей, а также силового контактора и основного сдвоенного реактора. Сохранение номинального напряжения у потребителей при промежуточно-минимальном уровне напряжения питающей сети 4 и(или) промежуточно-максимальном уровне тока активно-индуктивной нагрузки 7 выполняется дополнительным сдвоенным реактором 10, дополнительными тиристорными ключами 12 и дополнительно-промежуточными тиристорными ключами 14 при выключенных силового контактора 8 и основного сдвоенного реактора 9, а также полностью закрытых как основных тиристорных ключей 11, так и основно-промежуточных тиристорных ключей 13. Обеспечение номинального напряжения у потребителей при минимальном уровне напряжения питающей сети 4 и(или) максимальном уровне тока активно-индуктивной нагрузки 7 достигается дополнительными тиристорными ключами 12 при выключенных силового контактора 8, основного 9 и дополнительного 10 сдвоенных реакторов, а также полностью закрытых основных тиристорных ключей 11, основно-промежуточных 13 и дополнительно-промежуточных 14 тиристорных ключей.

Поддержание напряжения у потребителей на заданном уровне при верхним диапазоне регулирования напряжения выполняется при помощи основных тиристорных ключей 11 и основно-промежуточных тиристорных ключей 13 при выключенных дополнительных тиристорных ключей 12 и дополнительно-промежуточных тиристорных ключей 14, а сохранение напряжения у потребителей на заданном значении при нижним диапазоне регулирования напряжения осуществляется дополнительными тиристорными ключами 12 и дополнительно-промежуточными тиристорными ключами 14 при выключенных основных тиристорных ключей 11 и основно-промежуточных тиристорных ключей 13.

Сохранение напряжения у потребителей на номинальном значении при верхним и нижним промежуточными поддиапазонами регулирования напряжения выполняется при помощи основно-промежуточных 13 и дополнительно-промежуточных 14 тиристорных ключей.

Целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются трансформаторные подстанции всех отраслей систем электроснабжения напряжениями 35/(10-6) кВ и (10-6)/0,4 кВ.

Наиболее целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются трансформаторные подстанции систем электроснабжения, где возникает необходимость обеспечения многоступенчатого узкоподдиапазонного регулирования напряжения в приделах±16% 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 трансформаторных подстанций всех отраслей систем электроснабжения. Техническим результатом является увеличение предела регулирования напряжения до ±16%, а также возможности обеспечения включения и выключения трансформаторной подстанции при разных уровнях напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки. Технический результат достигается тем, что введены основной сдвоенный реактор, основные и основно-промежуточные тиристорные ключи с двухсторонней проводимостью тока, где основной сдвоенный реактор подключен между силовым контактором и дополнительным сдвоенным реактором и точкой подключения основных тиристорных ключей, где основные тиристорные ключи пофазно включены между основным и дополнительным сдвоенными реакторами и точкой подключения силового контактора к входными зажимами, а основно-промежуточные тиристорные ключи пофазно включены между входными зажимами и средней точки основного сдвоенного реактора. Предлагаемое техническое решение позволяет сохранить напряжения у потребителей на номинальном уровне при пяти уровнях напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки без создания несинусоидальности напряжения на входе и выходе силового трансформатора подстанции: максимальный, промежуточно-максимальный, номинальный, промежуточно-минимальный и минимальный уровень напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки. Предлагаемое техническое решение между уровнями напряжения питающей сети и(или) тока активно-индуктивной нагрузки вводит два диапазона регулирования напряжения: верхний и нижний диапазоны. Между верхним и нижним диапазонами регулирования напряжения разделены на два промежуточных поддиапазона: верхний и нижний поддиапазоны. 1 ил.

Многоступенчатое реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство трансформаторной подстанции, содержащее входные и выходные зажимы, силовой контактор, дополнительный сдвоенный реактор, дополнительные и дополнительно-промежуточные тиристорные ключи с двухсторонней проводимостью тока, где силовой контактор и дополнительный сдвоенный реактор подключены между входными и выходными зажимами, и параллельно к силовому контактору и дополнительному сдвоенному реактору подключены дополнительные тиристорные ключи между входными и выходными зажимами, и параллельно к ним пофазно подключены дополнительно-промежуточные тиристорные ключи между входными зажимами и средней точкой дополнительного сдвоенного реактора, где входные зажимы предназначены для подключения к питающей сети через сетевой высоковольтный выключатель, а выходные зажимы предназначены для подключения к первичной обмотке силового трансформатора подстанции, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, отличающееся тем, что введены основной сдвоенный реактор, основные и основно-промежуточные тиристорные ключи с двухсторонней проводимостью тока, где основной сдвоенный реактор подключен между силовым контактором и дополнительным сдвоенным реактором и точкой подключения основных тиристорных ключей, где основные тиристорные ключи пофазно включены между основным и дополнительным сдвоенными реакторами и точкой подключения силового контактора к входным зажимам, а основно-промежуточные тиристорные ключи пофазно включены между входными зажимами и средней точкой основного сдвоенного реактора.