Трижды трехфазная система электроснабжения Советский патент 1988 года по МПК H02J3/00 

4

to ю to

со

14

iпитания 1, 2, 3, присоединенные сов- Iместно с нагрузками 13, 14, 15 к I сборным шинам 7, 8, 9. Фазные обмотки трех источников питания соединены так, что образуют три трехфазных соединения, вьшолненных из трех разноименных обмоток, принадлежащих разным

нсточникаМо К сборным шинам подключены дополнительные источники питания 10, 11, 12. При к.з. в рассматриваемой системе уровень токов снижен в результате повьшенного уровня напряжений в системе. 18 з.п. ф-лы, 7 ИЛ.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - улучшение качества напряжения при коротких замыканиях и несимметрии нагрузок в сети, а также повышение устойчивости параллельной работы с другими источ- .никами. Система содержит источники

1

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение на электрических станциях и мощных подстанциях электрических систем,

Цель изобретения - улучшение ка- честна напряжения при к,з, и несим- метрии нагрузки в сети, а также повышение устойчивости параллельной работы с другими источниками питания.

На фиг,1 и 2 представлены принци- пиальные схемы трижды трехфазной системы (ТТС)5 из фиг.З - схема электрической станции с восемью блоками ге- нератор-траисформатор на фиг.А и 5- схема электрической станции с двухоб моточными генераторами; на фиг.6 - схема головной подстанции промпред- приятияу на фиг.7 - схема преобразовательной подстанции, питающейся от ТТС.

Принципиальная схема ТТС (фиг.1) собрана на трех комплектах обмоток Трехфазного трехобмоточного генератора или трех трехфазных генераторах 1-3 для питания нагрузок 4-6, Фазные выводы комплектов обмоток генераторов образуют три подсистемы (ПС), выводы KOToptix подключаются к шинам 7-9, куда присоединяются также вывод потребителей 4-6, эквивалентируемые сопротивлениями нагрузок, соответственно Zt, Z и Z,. К секциям сборных шин 7-9 подключены трехфазные источники 10-12 с любым соединением обмоток и линии 13-15 электропередач, связывающие с другими частями энергосистемы.

На фиг.2 приведена принципиальная схема ТТС с соединением обмоток основных трехфазных генераторов 1-3 в треугольники (или звезды), а сборные шины представлены в виде трех систем

шин. В этом случае ТТС собирается на шинах 7-9, к которым подключаются линии 13-15 электропередач и трехфазные генераторы 10-12, с любой схемой соединения обмоток и нагрузки 4-6.

Между основными 1-3 и трехфазными 10-12 источниками и потребителями могут включаться повьш1ающие и понижающие трансформаторы, сборные шины высокого напряжения (в.н.), линии электропередач, выключатели, необходимые для нормального обслуживания потреби- теплей электроэнергии.

ТТС может создаваться на базе одного трехфазного генератора с тремя комплектами обмоток, на базе трех трехфазных генераторов, на базе двух генераторов, каждый из которых имеет по два комплекта обмоток (полуобмоток) . В последнем случае три комплекта обмоток (полуобмоток) используются для сборки ТТС, а один комплект - как трехфазный источник и подключается своими выводами к шинам любой из ПС ТТС. ТТС собирается из трех комплектов обмоток (полуобмоток) трех двухобмоточных генераторов, а три других комплекта используются как три трехфазных источника, каждьм из которых подключается к шинам ПС ТТС. ТТС может быть получена аналогичным соединением комплектов обмоток шести- фазных генераторов. Могут также из обмоток шестифазных генераторов собираться две ТТС, присоединяемые к со- ответствукщим обмоткам трансформаторов.

Схема электрической станции с восемью блоками генератор-трансформатор (фиг.З) содержит генераторы 16- 2:3, которые через трансформаторы 24- 31 и выключатели 32-39 гтодключены к

соответствующим сборным шинам 40-42, Часть трансформаторов может быть трехобмоточными или многообмоточными, их другие обмотки подключаются к шинам распределительных устройств другого класса напряжения. Эти ТТС другого класса напряжения и обладают . всеми свойствами, что и первая ТТС.

15

20

Выключатель 43 осуществляет секциони- Ю рого и тоетьего - на третьей, Одно - рование сборных шин 40-42. При необходимости вывода в ремонт одного из генераторов ТТС переводится в трехфазный режим с помощью выключателей 44 и 45. Возможен также перевод ТТС в трехфазный режим с помощью выключателей 46 и 47. К с екциям сборных шин 40-42 подключены трехфазные линии 48-55, При наличии в энергосистеме других ТТС эти линии могут слу- жить для связи выходов ПС (шины 40- 42) одной ТТС с одноц, двумя или тремя ПС другой ТТС. При необходимости вывода в ремонт одного из генераторов ТТС переводится в трехфазньш режим включателями 45 (фиг.З, условно показан один выключатель) и отключе- нием выключателей 44, собирающих ТТС, возможен также перевод ТТС в трех- фазные включением выключателей .46 и 47. Возможна раздельная работа обеих ТТС и их пара1шельная работа при включении выключателей 43,

Аналогично собирается ТТС на обмотках одного трехобмоточного генератора, работа оп1его с тремя трехфазными трансформаторами 24-26, (28-30) подключенными к трем системам (секциям) сборных шин. Также собирается схема на трех полуобмотках двух синхронных генераторов. Использование четвертой полуобмотки аналогично использованию генератора 19 (23) в трехфазном режиме.

Схема (фиг.4) содержит двухобмо- точные генераторы 1-3 с обмотками 1,1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1 и 3.2 и три трехобмоточных трансформатора 24-26 с обмоткам - 24, 1, 24.2, 24,3, 25,1, 25,2, 25,3, 26,1, 26.2 и 26.3-.

Сборка ТТС производится со стороны нулевых выводов обмоток генераторов с помощью коммутационных аппара- тов (КА) 45 и 56 (фиг.4) на шинах 57,1-57.3 или с помощью.КА 45 и 58 (фиг,5). На первой шине собирается

временное включение коммутагщонных аппаратов 45 и 58 при переводе из ре жима ТТС в трехфазных режим и обратн производится без разрыва токов обмоток генераторов, В двухобмоточньгх ге нераторах собирается две ТТС, каждая из них на обмотках с одинаковыми группами соединения. Каждая из ТТС включается к своим первичным обмоткам Первая ТТС подключается к обмот кам 24,2, 25,2 и 26.2, а вторая - к обмоткам 24,3, 25.3 и 26,3. Возможе перевод в режим ТТС любой из систем и их совместная работа на обилие тран

25 сформаторы.

Во всех приведенных- схемах электрических станций, собранных по ТТС, вся энергия выдается от трех ПС чере три системы шин, имеюшд х между собой

30 такую же по величине электромагнитну связь, как и три генератора, работаю щих на обоще шины.

Это видно для ТТС, собранной на обмотках трехобмоточного трехфазного

35 генератора, в котором одноименные обмотки, всех трех ПС размещены в об- пазах магнитопровода, чем достигается коэффициент связи между витками (обмотками близкой единице). Та

40 КИМ образом, между ПС имеет место эф фективная трансформаторная связь.

Схема главной подстанции системы электро.снабжения крупного промьшшен- ного федприятия от двух ТТС (фиг,6)

45 имеет связь с другими трехфазными транс4юрматорами или с заводской ТЭЦ Эти ТТС могут собираться на шести вторичных обмотках трех трансформаторов 59-61 с двумя расщепленными обмотками или двух трансформаторов с расщепленными на три обмотками. Любые имеюш 1еся обмотки на трансформаторах или отдельные трансформаторы могут подключаться при необходимости

55 к ПС ТТС на параллельную работу. Эти ТТС являются второй ступенью токо- ограннчения при к.з, на шинах и в распределительных сетях системы элек троснабжеш я. Токи повреждения изо50

нейтраль выводов обмоток а,, Ь, с , всех трех генераторов, на второй - обмоток с,, а, Ьз и на третьей - аз.

Ь,, с„. В качестве КЛ могут применяться разъединители 56 (Лиг.4), накладки или выключатели 58 (фиг.5). В последнем случае переключение режима можно произвоц1тть под нагрузкой. При сборке трехфазного соединения КА 58 нейтраль обмоток первого генератора собирается на первой шине, вто

рого и тоетьего - на третьей, Одно -

временное включение коммутагщонных аппаратов 45 и 58 при переводе из режима ТТС в трехфазных режим и обратно производится без разрыва токов обмоток генераторов, В двухобмоточньгх генераторах собирается две ТТС, каждая из них на обмотках с одинаковыми группами соединения. Каждая из ТТС включается к своим первичным обмоткам Первая ТТС подключается к обмоткам 24,2, 25,2 и 26.2, а вторая - к обмоткам 24,3, 25.3 и 26,3. Возможен перевод в режим ТТС любой из систем и их совместная работа на обилие трансформаторы.

Во всех приведенных- схемах электрических станций, собранных по ТТС, вся энергия выдается от трех ПС через три системы шин, имеюшд х между собой

такую же по величине электромагнитную связь, как и три генератора, работающих на обоще шины.

Это видно для ТТС, собранной на обмотках трехобмоточного трехфазного

генератора, в котором одноименные обмотки, всех трех ПС размещены в об- пазах магнитопровода, чем достигается коэффициент связи между витками (обмотками близкой единице). ТаКИМ образом, между ПС имеет место эффективная трансформаторная связь.

Схема главной подстанции системы электро.снабжения крупного промьшшен- ного федприятия от двух ТТС (фиг,6)

имеет связь с другими трехфазными транс4юрматорами или с заводской ТЭЦ, Эти ТТС могут собираться на шести вторичных обмотках трех трансформаторов 59-61 с двумя расщепленными обмотками или двух трансформаторов с расщепленными на три обмотками. Любые имеюш 1еся обмотки на трансформаторах или отдельные трансформаторы могут подключаться при необходимости

к ПС ТТС на параллельную работу. Эти ТТС являются второй ступенью токо- ограннчения при к.з, на шинах и в распределительных сетях системы элек- троснабжеш я. Токи повреждения изо

ля1рчи на линиях, питающих подстанцию и трансформаторы, ограничиваются пер- BJoft ступенью ТТС, собранной на станции,

В этой схеме (фиг.6) шины ГПП раздавлены на шесть секций по три секции 62-64 на каждую ТТС. Между казной из niap секций 62 и 63, 63 и 64 установл|вны секционные выключатели 65, обес- ю раторе или в трех трехфазных генерапрчивающие резервное питание при от- .фючении выключателей 66 со стороны п|нтаю1цей линии или со стороны н.н, т|рансформатора. Каждая цеховая под- с ганция имеет по две секции, питаю- щИхся от одинаковых подсистем двух

Tire.

Между секциями цеховых подстанций установлены выключатели 67,

При значительной несимметрии нагрузки из ТТС могут выключателями 65 бЬггь переведены в трехфазный режим И|1И обе ТТС могут работать параллель- н0 с генераторами ТЭЦ промышпенного предприятия. При незначительной несимметрии нагрузок режим можно улучшить параллельным включением вторич- ньк обмоток трансформаторов, питающихся от цеховых подстанций, т.е. оЬеспечением связи между ПС через реактансы этих трансформаторов и рас- пt)eдeлитeльньbc линий. Это обеспечивает поддержание гштанлцих напряжений на вьгаодах потребителей при меньшем возрастании тока к.з. по сравнению с режимом при включении выключателей 65.

Аналогично можно организовать питание распределительных сетей крупмх городов от двух или трех подстан- 40

В п положе ПСе Р что в со сто моток менты ц линии ничени ТТС (ф водах этому сборны токоог

ций, собранных по схеме ТТС, работа- ю)Дих параллельно с трехфазными источниками.

ТТС может применяться для улучшения режимов и технико-эконрмических показателей передач энергии постоянным током. На фиг.7 приведена схема преобразовательной подстанции, питающейся двумя трехфазными линиями от двух разных ПС ТТС. При повреждении изоляции любой из линий, трансформаторов 68, преобразователей 69 и 70 или полюса 71 постоянного тока имеет место ограничение тока к.з. Уровень

45

50

В приведенных схемах (фиг,1 и 2) положены два принципа формирования ПСе Различие их заключается в том, что в схеме ТТС (фиг,1) собирается со стороны нулевых выводов фазных обмоток источников, поэтому все элементы цепи (источники, трансформаторы, линии н нагрузки) входят в зону ограничения тока К.З., во второй схеме ТТС (фиг.2) собирается на фазных выводах трех трехфазных источников, поэтому сами источники 1, 2, 3, 10 и сборные шины 7-9 не входят в зону токоограничения.

Электромагнитные и электромеханитока к.з. определяется сопротивлением55ческие процессы в энергосистеме, в

линии, суммарной нагрузкой и мощно-которой параллельно работают источстью электростанции, на шинах кото-ники, собранные по трижды трехфазным

р|ОЙ собрана ТТС,и трехфазным схемам, при повреждениях

В синхронных генераторах каждая фазная обмотка является самостоятельным преобразователем подводимой механической энергии в электрическую и имеет электромагнитную связь с другими обмотками. Разобрав со стороны нейтралей трехфазное соединение обмоток в трехобмоточном трехфазном гене5

0

5

0

5

торах, получают три трехфазных комплекта обмоток, сдвинутых в пространстве на 120, т.е, девять однофазных обмоток. Не изменяя присоединения трехфазных нагрузок к фазным выводам обмоток по аналогии с соединением трехфазной группы из трех однофазных трансформаторов, собирают три трехфазные группы (ПС) обмоток из разноименных фаз трех разных комплектов, обмоток. Первая ПС собирается из обмотки А первого генератора из обмотки В второго генератора, из обмотки С третьего генератора. Вторая ПС собирается из обмотки С первого гене- ратора, из обмотки А второго генератора, из обмотки В третьего генератора. Третья ПС собирается из обмотки В первого генератора, из обмотки С второго генератора, из обмотки А третьего генератора. Возможно и другое сочетание. При таком соединении обмоток каждый из генераторов питает одну из трех обмоток ПС и их нагруз- ки, а каждая ПС и ее нагрузка питается от трех генераторов. Это обеспечивает во всех генераторах взаимосвязанные потокосцепления и ЭДС как в нормальных, так и в аварийных

В приведенных схемах (фиг,1 и 2) положены два принципа формирования ПСе Различие их заключается в том, что в схеме ТТС (фиг,1) собирается со стороны нулевых выводов фазных обмоток источников, поэтому все элементы цепи (источники, трансформаторы, линии н нагрузки) входят в зону ограничения тока К.З., во второй схеме ТТС (фиг.2) собирается на фазных выводах трех трехфазных источников, поэтому сами источники 1, 2, 3, 10 и сборные шины 7-9 не входят в зону токоограничения.

Электромагнитные и электромеханические процессы в энергосистеме, в

изоляции зависят от взаимного влияния обоих источников. Составляющая токов к,з. от трехфазных источников определяется их суммарной мощностью и эквивалентной реактивностью до места к,3. В ТТС определяющим величину токов к.з, является эквивалентное сопротивление нагрузки и линий, связывающих ее с источником. Сопротивле- Ю мощности, что улучшает при аварии

ние генератора меньше влияет на величину токов к.з.

При к.з. на выводах одной ПС (например, на выводах первой ПС) ТТС напряжение в месте трехфазного по- вреждения становится равным нулю, поэтому ток в нагрузке, питающейся от ее шин, также равен нулю (фиг.1). При этом ЭДС неповрежденных ПС ТТС суммируется с ЭДС первой ПС, т.е. возрас- тает до линейного значения. По своему действию на устойчивость параллельной работы ТТС и ТС-возрастание ЭДС на выводах неповрежденных ПС 2ПС и ЗПС эквивалентно безинерционной форсировке возбуждения генераторов. При этом возрастание напряжения проявляется мгновенно при любых видах к.з. в любой точке ТТС, когда еще не успел возрасти ток ни в месте к.з., ни в статорах и роторах генераторов

Между неповрежденными ПС с возросшими в tT раз ЭДС и трехфазными источниками, работающими параллельно в ПС, образуются уравнительные токи и перетоки мощности, которые будут понижать напряжение неповрежденных ПС и повышать напряжение трехфазных источников. Резко возросшая электромагнитная связь улучшает условия параллельной работы генераторов, собранных по трижды трехфазным и трехфазным схемам, и изменяет перераспределение нагрузок между источниками. Допустим, что мопшость источников ТТС составляет 55-60% подсистем. Мощности трехфазных исто чнико.в в ПС мо-; гут значительно отличаться (например, 10, 15 и 20% от мощности системы). При трехфазном 1с. 3. вблизи шин первой ПС выдаваемая потребителям мощность во время k.3. снижается до нуля, а 10% трехфазных источников работают в условиях, аналогичных условиям 100% трехфазных генераторов современных энергосистем, расположен- ных вблизи места k.3. Во второй и третьей ПС на нагрузку работают 100% источников ТТС и соответственно 15

и 20% трехфазных источников. образом, остается в работе 90% всех источников, готовых сразу после отключения повреждения набрать нагрузку. Повышение устойчивости параллельной работы объясняется тем, что при рассматриваемом повреждении не происходит значительного сброса активной

0

5 0

5

нагрузочно-угловые характеристики.

При необходимости возможно регулирование напряжения на выводах неповрежденных ПС ТТС за счет перевода выпрямителей систем возбуждения в ин- верторный режим. Это обеспечивает быстрое понижение напряжения в зависимости от выдаваемой мощности или тока ПС ТТС.

Таким образом, мощность ИСТОЧНИКОЕ ТТС в аварийном режиме, а значит и тормозные моменты на валах генераторов изменяются мало и не вызывают появления больших избыточных момен- 5 тон на валах турбин, которые могли бы привести к уменьшению, а затем и к потере электромеханической связи между всеми параллельно работающиьш генераторам.

Сравнивая электромеханическую связь, электромагнитные процессы при к.з. на выводах трех трехфазных генераторов, работают;их на общие шины, с аналогичными режимами ТТС из трех генераторов, получают, что в первом случае полностью прекращается электромагнитная и электромеханическая связь между всеми генераторами. В ТТС при к.з. на выводах одной ПС аналогичная связь между генераторами не нарушается и не ослабляется, а генераторы продолжают работать с повьщ1ен- ными токами.

отключения к.з. на выходах трехфазной системы генераторы оказываются в режиме асинхронного хода и наброс нагрузки может только ухудшить их состояние и втягивание в синхронизм станет невозможным. При отключении рассматриваемого к.з. на выводах ТТ€ напряжение на выводах поврежденной ПС мгновенно восстанавливается и нагрузки успешно разворачивается. Б неповрежденных ПС напряжение на выводах понижается до номинального и нормальный режим ТТС восстанавливается .

Пониженное уравнительными токами напряжение неповрежденных ПС вызывает

5

0

5

0

20

25

возрастание токов второй и третьей ПС в 1,3-1,5 раза (при линейных ха- р ктеристиках сопротивлений нагру- ). Во время к.з. суммарный ток ДЙух неповрежденных ПС протекает по обмоткам фаз поврежденной системы и место к.з.

: в ТТС можно уменьшить кратность т коограничения,, если в зону токо- ю О1 раничения включить только сопротив- линий электропередач и источ- HijtKOB питания. Это возможно, если две .ц4пи линий подводятся от первой и в+орой ПС на одну из подстанций энер- з ия. госистёмы, а две другие цепи линий - ot второй и третьей ПС к другой подстанции. Объединив на общей системе шин первой подстанции концы линий от первой и второй ПС, а на второй под- ctaнции концы линий от второй и третьей ПС, получают ТТС, в которой токи к.з. ограничиваются сопротивлени- яг4и генераторов и линий, а зона ТТС ограничивается этими подстанциями.

Bde внешние (относительно шин подстанций) линии, подстанции, электри- станции и другие элементы пи- тфются от трехфазных источников. Та- к4я схема в ряде случаев облегчает сйстемообразование и полностью исключает особенности построения ТТС и связи попутных систем с проходящими мощными линиями.

Предлагаемые схемы ТТС электроснабжения на базе существукнцего оборудования позволяют при незначитель- ньпс дополнительных капитальньрс вложе- киях добиться значительного повышения устойчивости параллельной работы генераторов и уменьшения токов к.з. при любых видах повреждения в любых т Очках ТТС в пределах до 7, 4 раза, термических и динамически воздействий в пределе до 50 раз.

Формула изобретения

30

35

40

45

50

55

при к нагру ния у с дру основ трома а сис источ к сбо

2„ щая фазны ны -ну

3 щ а я фазны Hbfx 1

9 о щая ных и t

обмот щепле из об допол

ю щ а новны ны об тремя

ия.

при коротких замыканиях и несимметрии нагрузок в сети, а также для повышения ус,тойчивости парапле.льной работы с другими источниками питания, три основных источника выполнены с электромагнитной и электрической связью, а система снабжена дополнительными источниками питания, подключенными к сборным шинам.

2„ Система поп.1, отличающаяся тем, что упомянутые трехфазные соединения выполнены со стороны -нулевых выводов источников пита0

5

з ия.

0

5

0

5

0

5

9 о Система пап.1, отличающаяся тем, что в качестве основных источников питания использованы t

обмотки двух трансформаторов с расщепленными обмотками, причем одна из обмоток использована в качестве дополнительного источника питания.

«;- ОхА-ЛчУ

f-Ovxxy

-е

иг 6,

r-Q-v xy

-e.jj

а,вгСз , д,в/

«/

Cj

г

Of

6г Cj

Чг Л/

. Иг

Sj :г

3

if

Ci

uj в,

сриг.з

j2 0 «7 г 9 / -tb

Л7

51

Ч-А

«7

D 0 У

«7

cpw.«- - - 57 J От П От г гОтГ- З

а-, 6i Cjа I 61 GIffj 63 fj

.58

32

фиг. 5

net X3

68

фиг,. 7