Устройство дискретного регулирования фазового сдвига напряжений сети Советский патент 1976 года по МПК H01F29/14 H02M5/10 H02J3/12 

Изобретение относится к области электроэнергетики и преимущественно предназначено для электропередач повышенной пропускной способности.

Известно устройство регулирования фазового сдвига напряжений сети, содержащее многофазный трансформатор и реактор. Первый выполняет функции силового трансформатора, второй - фазорегулятора.

Контактная система фазорегулятора является наиболее вероятным источником повреждения, снижатондим надежность электропитания потребителей. Кроме того, при повторяющихся резких и глубоких перепадах нагрузки (плавильные печи, прокатные станы) н еобходимо минимально возможное время перехода от нулевого до предельного значения фазового сдвига между системами выходных напряжений. Механическая система регулирования под напряжением (РПН) должна при этом последовательно проходить все промежуточные ступени, что увеличивает время сра батывания.

Синхронизация работы РПН фазорегуляторов, установленных на противололожных концах электропередачи, требует многопозиционной системы телемеханического управления, предусматривающей реализацию и контроль больщого числа операций. Мощность обмоток поперечного сдвига (регулировочных обмоток) при максимальном значении угла фазового сдвига 60° равна мощности рабочих обмоток. Это означает, что установленная мощность фазорегулятора в два раза превышает максимальную передаваемую мощность. Если

учесть мощность силового трансформатора, то общая установленная мощность агрегата оказывается в три раза больше максимальной передаваемой, что является существенным недостатком прототипа.

Цель изобретения - повышение надел ности устройства в работе, увеличение его быстродействия и упрощение системы телемеханического управления. Это достигается тем, что рабочие обмотки реактора одним концом объединены в общую точку, а к другому концу каждой из них подсоединены концы первичных обмоток трансформаторов одноименных фаз и две последовательно соединенные вторичные обмотки трансформатора, не совпадающие по фазе с фазой реактора. Причем последовательно соединенные вторичные обмотки трансформатора могут принадлежать одной фазе трансформатора, следующей в порядке принятого чередования за фазой реактора, и соединены согласно или могут принадлежать различным фазам трансформатора и соединены встречно. К концам указанных вторичных обмоток

могут быть подсоединены встречно дополнительные вторичные обмотки разноименных фаз трансформатора. Трансформатор и реактор могут быть снабжены обмотками управления, подключенными посредством выключателей к блоку управ.тення. С целью улучшения нагрузочной характеристики параллельно первичной обмотке трансформатора и рабочей обмотке реактора могут быть подсоединены выключатели. Чтобы .повысить быстродействие устройства, в качестве выключателей могут быть применены силовые управляемые вентили. С целью увеличения пропускной способности электропередачи коэффициент трансформации трансформатора может быть больше единицы. На фиг. 1, 2 и 3 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства, варианты; на фиг. 4, 5 и 6 показаны векторные диаграммы, поясняющие статические состояния устройства. На фигурах приняты следующие обозначения; Wf - обмотки трансформатора, WIT - его первичные обмотки, W2T - вторичные, W-p - обмотки реактора, Wy - обмотки управления, н - начало, к - конец обмоток. Устройство, изображенное на фиг. I, обеспечивает преобразование трехфазной системы напряжений питающей сети (U, UB, Uc) в две трехфазные системы выходных напряжений (UA , ив , i/c я , , Uc, между которыми может быть установлен фазовый сдвиг О нли 180°. Выходные напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряжений трансформатора и напряжения на реакторе в соответствии с равенствами: и А U2TS, IJA .- f/Рл + UzTs, Us t/Рв - 2Тс; UB UfB + 2Тс; (/с г йр - бгтд; йс (Jpc + гтд. Устройство, показанное на фиг. 2, обеспечивает преобразование трехфазной системы напряжений питающей сети (VA, в. Ос) в две трехфазные системы выходных напряжений (UA , Us , Ос к , йв , ), между которыми может быть установлен фазовый сдвиг О или 120°. Выходные напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряжений трансформатора и напряжения на реакторе в соответствии с равенствами: и А f/рд + U2Tff UA -- UfA + 2Тс; ijs Upj, + U2Tc; Us Up + 6/2ТД; Uc (PC + ; Uc Upc + U2TsУстройство, изображенное на фиг. 3, обеспечивает преобразование трехфазной системы напряжений питающей сети (U., UB, Uc) в две трехфазные системы выходных напряжеНИИ {(7л, UB , Uc и UA, UB , Uc}, между которыми может быть установлен фазовый сдвиг О или 180°. Выходные напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряжений трансформатора и напряжений на реакторе в соответствии с равенствами: и А - Up - U2TB+ 2Т-с; Up - (УгтсЧ+ U2Tn; Us Upj -U Tr+U: ив L/Рд - L/2T + Uc- Up -U2T +U27s; Uc . Между сопряженными выходными напряжениями устройств (UA ii , ив н ив , ис и Uc ) устанавливается некоторый угол в. Закорачивание обмоток управления трансформатора и реактора осуществляют выключателями 1 и 2 соответственно, управление которыми осуществляется блоком 3. Значение фазового сдвига между трехфазными системами выходных напряжений, равное О, устанавливают закорачиванием обмоток управления трансформатора, а значение фазового сдвига, равное 180° (см. фиг. 1 и 3) и 120° (см. фиг. 2), - закорачиванием обмоток управления реактора. Блок управления выключателями обеспечивает два рабочих состояния устройства, исключая возможность одовременного закорачивания обеих обмоток управления, и одно переходное состояние, в котором ни одна из об.моток управления не закорочена. На фиг. 4, 5 и 6 показаны векторные диаграммы выходных напряжений для случая, когда обмотки управления трансформатора и реактора разомкнуты. При одинаковых сопротивлениях контуров на.магничивания трансформатора и реактора приложенные напряжения поровну распределяются между первичными обмотками трансформатора и рабочими обмотками реактора. Если при этом коэффициент трансформации трансформатора (К) равен 1 (см. фиг. 1), 1 (см. фиг. 2) и (см. фиг. 3), то угол фазового сдвига .между выходными па-пряжениями равен 90, 60 и 90° соответственно. Показанное на фиг. 4, 5 и 6, а состояние устройства не является рабочим, однако использование его может быть целесообразно в некоторых особых режимах (например, при коротких замыканиях в линии, когда целесообразно понижение напряжения). На фиг. 4, 5 и 6, б показаны векторные диаграммы выходных напряжений устройства при закорачивании обмотки управления трансформатора. В этом случае сопротивление контура намагничивания трансформатора щунтируется контуром короткого замыкания. В результате напряжения UA, UB, Uc оказываются практически полностью приложенными к рабочей обмотке реактора и выходные напряжения фактически совпадают с приложенным, а фазовый сдвиг между ними равен 0. На фиг. 4, 5 и 6, в изображены векторные диаграммы напряжений при закорачивании обмоток управления реактора. В этом случае фазовый сдвиг между сонряженными выходными напряжениями равен 180° (см. фиг 4 и 6) и 120° (см. фиг. 5). Ввиду того что предлагаемое устройство обладает только двумя рабочими состояниями, управление такими устройствами, установленными на противоположных концах линии, и синхронизация их работы осуществляются по максимально простой схеме телемеханического управления. В реальных условиях остаточное налряжение на обмотках закорачиваемого трансформатора или реактора отлично от нуля, что обусловлено наличием активных сопротивлений и сопротивления рассеяния рабочих обмоток и обмоток управления. Поэтому устаповка значения угла фазового сдвига О, 120 или 180° осуществляется с некоторой погрещностыо. Если объем меди закорачиваемой обмотки управления равен объему меди вторичной рабочей обмотки трансформатора, то остаточное напряжение на первичной обмотке закороченного трансформатора при номинальной нагрузке равно UK . Потери мощности в цеии управления при этом равны активным потерям в меди вторичных обмоток трансформатора. Соотнощение числа витков рабочих обмоток и обмоток управления определяется рабочими параметрами выключателей. В частном случае, если напряжение иитаюп;ей сети и ток нагрузки первичных обмоток трансформатора и рабочих обмоток реактора соответствуют рабочему напряжению и рабочему току выключателей, последние подключают параллельно первичной обмотке трансформатора и рабочей обмотке реактора. При этом отпадает необходимость в применении обмоток управления, а из цепи нагрузки исключают сопротивление рассеяния и активное сопротивление первичных обмоток закорачиваемого трансформатора или реактора, что повышает общий КПД и улучшает нагрузочную характеристику устройства. В ряде случаев может оказаться целесообразным с увеличением нагрузки изменять не только угол в от О до 120 или 180°, но и увеличивать напряжение в линии электропередачи. Это условие выполнимо, если коэффициент оансформации трансформатора больше единицы (). Таким образом, устройство позволяет в зависимо:ти от нагрузки, путем закорачивания обмоток управления трансформатора или реактора, осущ-естБЛять перевод электропередачи повышенной пропускной способности из режима, при котором между напряжениями, прикладываемыми к сближенным проводам, установлен фазовый сдвиг О, на режим фазового сдвига 120 или 180°, и наоборот. В связи с тем что в режимах малых нагрузок линия работает при 6 0 и все напряжение приложено к реактору, так как трансформатор закорочен, реактор может играть роль устройства, компенсирующего избыток зарядной М01ЦНОСТИ линии, и совмещать функции элемента фазоповоротного устройства и компенсирующего реактора. Поэтому установленную мощность фазоповоротного устройства с учетом мощности трехфазного трансформатора, непосредственно входящего в его состав, и с учетом необходимого повысительного питающего трансформатора можно считать равной двукратному значению максимальной передаваемой мощности. Формула изобретения 1.Устройство дискретного регулирования фазового сдвига напряжений сети, содержащее многообмоточный трансформатор и реактор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности электроснабжения потребителей, рабочие обмотки реактора одним концом объединены в общую точку, а к другому концу каждой из них присоединены концы первичных обмоток трансформаторов и общая точка двух последовательно соединенных вторичных обмоток трансформатора, не совпадающих с фазой реактора. 2.Устройство по п. 1. отличающееся тем, что последовательно соединенные вторичные обмотки трансформатора принадлежат одной фазе трансформатора, следующей в порядке принятого чередования за фазой реактора, и соединены согласно. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанные вторичные обмотки трансформатора принадлежат разноименным фазам трансформатора и соединены встречно. 4.Устройство по пп. 1 и 3, отличающеес я тем, что к концам указанных вторичных обмоток подсоедипены встречно дополнительные вторичные обмотки разноименных фаз трансформатора. 5.Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что указанные трансформаторы и реактор снабжены обмотками управления, подключенными посредством выключателей к блоку управления. 6.Устройство по пп. 1-4, отличающеес я тем, что, с целью улучшения нагрузочной характеристики, параллельно первичной обмотке трансформатора и рабочей обмотке реактора подсоединены выключатели. 7.Устройство по пп. 1-6, отличающеес я тем, что, с целью повышения быстродействия, в качестве выключателей применены силовые управляемые вентили. 8.Устройство по пп. 1-4, отличающеес я тем, что, с целью увеличения пропускной способности электропередачи, коэффициент трансформации больше единицы.

-:::

zr,

(L

ФигЛ

а