Электронно-электрическое пускорегулирующее устройство на высокой стороне силового трансформатора 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 силового трансформатора подстанции всех отраслей систем электроснабжения.

Известно электронно-электрическое пускорегулирующее устройство на высокой стороне силового трансформатора (патент РФ на полезной модель №166559, Бюл. №34, 10.12.2016), которое состоит из входных и выходных зажимов, между которыми оно подключается к сети и трансформаторной подстанции. Известное устройство содержит дополнительные тиристорные ключи с двухсторонней проводимостью тока, трехфазный контактор и трехфазный сдвоенный реактор. Трехфазный сдвоенный реактор через трехфазный контактор подключен параллельно к дополнительными тиристорными ключами, которые включены между входными зажимами и первичной обмотке силового трансформатора.

Известное электронно-электрическое пускорегулирующее устройство на высокой стороне силового трансформатора поддерживает напряжения у потребителей при номинальном напряжении питающей сети и токе нагрузки благодаря частичного шунтирования индуктивном сопротивлении сдвоенного реактора дополнительными тиристорными ключами при включенном трехфазном контакторе. Сохранение номинального напряжения у потребителей при внезапном возникновении отрицательного отклонения и колебания напряжения питающей сети и повышении тока нагрузки обеспечивается основными тиристорными ключами за счет изменения коэффициента трансформации силового трансформатора при полностью шунтированием трехфазного сдвоенного реактора и трехфазного контактора.

Преимуществом известного устройства заключается в отсутствии несинусоидальности тока и напряжения при минимальном уровне напряжения питающей сети. Устройство, также имеет преимуществом, связанное с включением и выключением силового трансформатора, только при минимальном уровне напряжения в сети, а в остальных случаях, включение и выключение силового трансформатора производится с низкими энергетическими показателями. Вместе с тем устройство обладает недостатком, связное с искажением напряжения на входе и выходе силового трансформатора при номинальном напряжении питающей сети и токе нагрузки, а также при промежуточном диапазоне регулирования (регулирование напряжения между номинальным и минимальным уровнем напряжения сети) напряжения. Кроме этого, в качестве недостатки известного устройства можно, также отнести узкий придел (диапазон) регулирования напряжения.

Учитывая наличие выше указанных недостатков известного устройства, предлагается новое техническое решение для расширения придела (диапазона) регулирования напряжения, способа управления силового трансформатора, а также повышения технико-экономических показателей систем электроснабжения.

Известно также электронно-электрическое пускорегулирующее устройство на высокой стороне силового трансформатора (патент РФ на изобретение №2667481, Бюл. №26, 20.09.2018), которое взято за прототип.

Устройство-прототип состоит из входных и выходных зажимов, между которыми оно подключается к сети и трансформаторной подстанции. Устройство содержит промежуточные и дополнительные тиристорные ключи с естественной коммутацией, трехфазный контактор и трехфазный сдвоенный реактор. Трехфазный сдвоенный реактор через трехфазный контактор подключен параллельно к промежуточным и дополнительным тиристорным ключам, которые включены между входными и выходными зажимами.

Обеспечение номинального напряжения у потребителей при номинальном напряжении сети и тока нагрузки осуществляется при помощи промежуточных тиристорных ключей и сдвоенного реактора при выключении трехфазного контактора и дополнительных тиристорных ключей за счет создания падение напряжения на индуктивном сопротивлении сдвоенного реактора.

Устройство при минимальном уровне напряжения питающей сети и максимальной нагрузке поддерживает номинальный уровень напряжения у потребителей на заданном значении при помощи дополнительных тиристорных ключей, которые полностью шунтируют трехфазный контактор, трехфазный сдвоенный реактор и основные тиристорные ключи. Сохранение напряжения у потребителей на заданном значении при этом (минимальном) уровне напряжения питающей сети и максимальном значении тока нагрузки достигается за счет коэффициента трансформации силового трансформатора. Устройство - прототип, также позволяет регулировать напряжение у потребителей на заданном уровне и при промежуточном диапазоне. Регулирование напряжения в промежуточном диапазоне достигается при помощи промежуточных и дополнительных тиристорных ключей за счет частичного шунтирования индуктивного сопротивления сдвоенного реактора при снижении напряжения в сети от номинального до минимального уровня и(или) повышении тока нагрузки от номинального до максимального значения.

Положительные стороны устройства-прототипа заключаются в отсутствии несинусоидальности тока и напряжения на входе и выходе силового трансформатора при номинальном и минимальном уровне напряжения сети и(или) номинальной и максимальной нагрузке, а также в облегчении работу электрооборудования трансформаторных подстанций и потребителей электроэнергии в сохранении их эффективность работы при включении и выключении силового трансформатора подстанции при этих уровнях напряжений сети и токов нагрузки.

К недостаткам устройства-прототипа можно отнести наличие несинусоидальности напряжения при промежуточном диапазоне регулировании напряжения. Наиболее серьезным недостатком устройства-прототипа является узкий придел (диапазон) регулирования напряжения.

Наличие вышеперечисленных недостатков приводит к ухудшению качество электроэнергии, сокращению срока службы электрооборудования и комплексному ухудшению энергетических показателей систем электроснабжения.

Задачей изобретения являются расширение предела (диапазона) регулирования напряжения и улучшение синусоидального напряжения на входе и выходе силового трансформатора подстанции при отрицательном отклонении и колебании напряжения сети и повышении тока нагрузки, а также расширение функциональных возможности предлагаемого технического решения при включении и выключении силового трансформатора несмотря на нестабильности напряжения питающей сети и тока нагрузки.

В результате решения поставленной задачи будет достигнуто улучшение качества электроэнергии и повышение энергетических показателей системы электроснабжения при возникновении необходимости регулирования напряжения на высокой стороне силового трансформатора подстанции при отрицательном отклонении и колебании напряжения сети и(или) повышении тока нагрузки, а также и при включении и выключении силового трансформатора. Предлагаемое устройство также, как и устройство-прототип, обладает преимущества сохранить синусоидальности тока и напряжения при номинальном и минимальном уровнем напряжении сети и(или) номинальной и максимальной нагрузке, а также управления включения и выключения силового трансформатора подстанции с высокими энергетическими показателями при этих уровнях напряжений сети и токов нагрузки.

Решение поставленной задачи достигается тем, что введены три основных тиристорных ключа с двухсторонней проводимостью тока, которые пофазно последовательно со сдвоенным реактором подключены между входными и выходными зажимами.

Схема заявляемого технического решения в однолинейном исполнении представлена на фиг. Предлагаемое техническое решение содержит входные зажимы 1, выходные зажимы 2, высоковольтный выключатель 3, питающая сеть 4, силовой трансформатор 5, основные тиристорные ключи 6, дополнительные тиристорные ключи 7, промежуточные тиристорные ключи 8, трехфазный сдвоенный реактор 9.

Элементы заявляемого устройства на высокой стороне силового трансформатора соединены следующим образом. Между входными 1 и выходными 2 зажимами подключены дополнительные тиристорные ключи 7 и параллельно к дополнительным тиристорным ключам 7 подключен трехфазный сдвоенный реактор 9 через основные 6 и промежуточные 8 тиристорные ключи, где конец сдвоенного реактора 9 подключен к выходными зажимами 2, а его начало через основные тиристорные ключи 6 подключено к входным зажимам 1. Кроме этого средняя точка сдвоенного реактора 9 подключена через промежуточные тиристорные ключи 8 к входным зажимам 1, которые шунтируют (расшунтируют) основные тиристорные ключи. Входные зажимы 1 предназначены для подключения предлагаемого устройства к питающей сети 4 через высоковольтный выключатель 3, а выходные зажимы 2 подключают предлагаемое устройство к первичной обмотке силового трансформатора 5.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Включение и выключение силового трансформатора 5 подстанции при номинальном напряжении питающей сети и(или) номинальном токе нагрузки, а также при отрицательном отклонении и колебании напряжении питающей сети и(или) при повышении тока на вторичной обмотке силового трансформатора 5 осуществляется основными 6 (промежуточными 8) и(или) дополнительными 7 тиристорными ключами. При включении силового трансформатора 5 сначала основные 6 (промежуточные 8) и(или) дополнительные 7 тиристорные ключи включают две фазы силового трансформатора 5 в момент перехода фазного напряжения третьей фазы через ноль, а затем основные 6 (промежуточные 8) и(или) дополнительные 7 тиристорные ключи включают третью фазу в момент перехода линейного напряжения от двух предыдущих фаз через ноль. После включения силового трансформатора 5, по мере снижения напряжения в питающей сети 4 и(или) повышения тока на нагрузке меняется угол управления проводящего состояния основных 6 (промежуточных 8) и(или) дополнительных 7 тиристорных ключей и сохраняется напряжения у потребителей на заданном (номинальном) уровне. При выключении силового трансформатора 5 подстанции, также учитывая уровень напряжения питающей сети 4 и тока нагрузки основные 6 (промежуточные 8) и(или) дополнительные 7 тиристорные ключи переводятся в полностью проводящее состояние и в обратной последовательности без возникновения электрической дуги, коммутационных потерь и перенапряжения основными 6 (промежуточными 8) и(или) дополнительными 7 тиристорными ключами отключается силовой трансформатор 5 и по завершению процесса выключения силового трансформатора 5 снимаются управляющие импульсы с основных 6 (промежуточных 8) и(или) дополнительных 7 тиристорных ключей с естественной коммутацией.

Предлагаемое устройство позволяет сохранить напряжение у потребителей на номинальном уровне при трех уровнях напряжения питающей сети 4 и положительном отклонении, и колебании тока нагрузки: номинальный, промежуточный и минимальный уровень напряжения сети. Устройство, кроме этих трех уровней напряжения питающей сети 4, также поддерживает напряжение у потребителей на заданном уровне и при двух промежуточных диапазонах: верхний и нижний диапазоны.

Номинальное напряжения у потребителей при номинальном уровне напряжения питающей сети 4 и номинальной нагрузке достигается основными тиристорными ключами 6 и сдвоенным реактором 9 при выключенных дополнительных 7 и промежуточных 8 тиристорных ключей благодаря создания отклонение напряжения на индуктивным сопротивление обмотки сдвоенного реактора 9. Поддержание напряжения у потребителей при промежуточном уровне напряжения питающей сети 4 и номинальной (промежуточной) нагрузке обеспечивается при помощи промежуточных тиристорных ключей 8 и сдвоенного реактора 9 при полностью закрытых как основных 6, так и дополнительных 7 тиристорных ключей. Сохранение напряжения у потребителей при минимальном уровне напряжения питающей сети 4 и номинальной (максимальной) нагрузке осуществляется дополнительными тиристорными ключами 7 при выключенных основных 6 и промежуточных 8 тиристорных ключах, а также сдвоенного реактора 9 за счет коэффициента трансформации силового трансформатора 5.

Поддержание напряжения у потребителей на заданном уровне при верхнем и нижнем промежуточными диапазонами регулирования напряжения выполняется следующим образом.

Под верхним промежуточным диапазоном регулирование напряжения понимается регулирование напряжения между номинальным и промежуточным уровнями напряжения питающей сети и достигается основными 6 и промежуточными 8 тиристорными ключами благодаря изменения индуктивного сопротивления сдвоенного реактора 9 при выключенных дополнительных тиристорных ключей 7.

Под нижним промежуточным диапазонам регулирование напряжения понимается регулирование напряжения между промежуточным и минимальным уровнями напряжения питающей сети, который достигается при помощи промежуточных 8 и дополнительных 7 тиристорных ключей за счет регулирования индуктивности сдвоенного реактора 9 при полностью закрытых основных тиристорных ключей 6.

Целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются трансформаторные подстанции всех отраслей систем электроснабжения напряжениями 35/(10-6) кВ и (10-6)/0,4 кВ, где замечается снижение напряжения у потребителей от номинального уровня (значения) и их работы на пониженном напряжении.

Наиболее целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются систем электроснабжения, где возникает необходимость обеспечения многоступенчатого узкоподдиапазонного регулирования напряжения в пределах от 0 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 силового трансформатора подстанции всех отраслей систем электроснабжения. Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение качества электроэнергии и повышение энергетических показателей системы электроснабжения при возникновении необходимости регулирования напряжения на высокой стороне силового трансформатора подстанции, а также и при включении и выключении силового трансформатора. Технический результат достигается тем, что в электронно-электрическое пускорегулирующее устройство на высокой стороне силового трансформатора дополнительно введены три основных тиристорных ключа с двухсторонней проводимостью тока, которые пофазно последовательно со сдвоенным реактором подключены между входными и выходными зажимами. Это позволяет сохранить напряжение у потребителей на номинальном уровне при трех уровнях напряжения питающей сети, положительном отклонении напряжения питающей сети и колебании тока нагрузки. Устройство, кроме этих трех уровней напряжения питающей сети 4, также поддерживает напряжение у потребителей на заданном уровне и при двух промежуточных диапазонах: верхний и нижний диапазоны. 1 ил.

Электронно-электрическое пускорегулирующее устройство на высокой стороне силового трансформатора, содержащее три промежуточных тиристорных ключа с двухсторонней проводимостью тока, включенных пофазно между входными зажимами и средней точкой сдвоенного реактора и параллельно подключенных к дополнительным тиристорным ключам, где дополнительные тиристорные ключи подключены между входными и выходными зажимами, при этом входные зажимы предназначены для подключения к питающей сети через высоковольтный выключатель, а выходные зажимы предназначены для подключения к первичной обмотке силового трансформатора подстанции, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке, отличающееся тем, что введены три основных тиристорных ключа с двухсторонней проводимостью тока, которые пофазно последовательно со сдвоенным реактором подключены между входными и выходными зажимами.