Устройство дискретного регулирования фазового сдвига напряжений сети Советский патент 1978 года по МПК H01F29/14 H02M5/10 H02J3/12 

ei обеспечить общий диапазон регулирования фазового сдвига 0-120°.

При периодически изменяющейся нагрузке необходимо, путем регулирования фазового сдвига, часто изменять предел передаваемой по гшнии мощности. При этом РПН фазорегулятора находится в nocTOHJMOM действии. Так как число срабатываний РПН ограничено, требуется периодический вывод фазорегулятора из действия с целью проведения профилактического обслуживания. Контактная система фазорегулятора является наиболее вероятным истошиком повреждений, снижающим надежность электропитания потребителей. Кроме того, при повторяющихся резких и глубоких перепадах нагрузки (плавильные печи, прокатные станы) необхоллмо минимально возможное время перехода от нулевого до предельного значения фазового сдвига между системами выходных напряжений. Меха}шческая система РПН должна при этом пскледовательно проходить все промежуточные ступени, по увеличивает общее время срабатьтания.

Синхронизация работы РПН фазорегуляторов, установле1шых на противоположных концах злектропередачи, требует миогопозидионной системы телемеханического управления, предусматривающей peaличацию и контроль больщого числа сшераций.

Мощность обмоток поперечного сдвига (регулирово1Ц1ых обмоток) при максимальном значе(ши угла 60° равна мощности рабочих обмоток. Это означает, что установленгтя мощность фазорегулятора в два раза превышает максимальную передаваемую мощность. Если учесть мощность силового трансформатора, то общая установленная мощность агрегата оказьшается в три раза больше максимальной передаваемой, что является также существенным недостатком прототипа.

Цель изобретения состоит в повьниении надежности работы устройства, С1шжении установленной мощности, увеличе1ши быстродействия и пропускной способности электропередачи, улучшении нагрузочной характеристики и упрощении системы телемеханического управления.

Указанная цепь может быть достигнута благодаря тому, что первичные обмотки одноименных фаз различных трансформаторов соединены между собой последовательно и объединены в звезду, при этом концы вторичных обмоток одного трансфорг«атора подсоединены к общей нулевой точке, а к началам указанных обмоток подсоединены обмотки различных фаз другого трансформатора.

К началам вторичных обмоток каждой фазы могут быть подсоединены начала двух других фаз вторичных обмоток другого трансформатора.

К шИлнм вторичных обмоток каждой фазы могут бьггь подсоединены общей точкой соединенные между собой последовательно и согласно вторичные обможи одной фазы другого трансформатора, следующей за да1шой фазой первого трансформатора в порядке чередования фаз.

Один из трансформаторов может быть снабжен дополнительными вторичными обмотками, коищ 1 которых подсоединены к концам обмотсж разноименных фаз того же трансформатора.

Каждый из трансформаторов может бьггь снабжен обмотками управления, подключенными пофедством выключателей к блоку управления.

С целью улучшения нагрузочной характеристики параллельно первичным обмоткам трансформаторов могут бьггь подсоединены вьшлючателн.

С целью повьпцения быстродействия в качестве вьпслючателей могут быть применены, силовые управляемые полупроводниковые вентили.

С целью уменьшения установленной мощности только один из трансформаторов может быть выбран на полную мощность нагрузки.

С целью дополнительного увеличения пропускной способности электропередачи коэффициент трансформации одного трансформатора превыциет коэффициент трансформации другого.

На фиг. I представлена принципиальная схема одного из вариантов предлагаемого устройства; на фиг. 2 - то же, другой вариант; на фиг. 3 - то же третий вариант; на фиг. 4 - векторные диаграммы поясняющие статическое состояние устройства, показанного на фиг. 1; на фиг. 5 - то же, устройства на фиг. 2; на фиг. 6 - то же устройства на фиг. 3.

Устройство обеспечивает преобразование трехфазной системы напряжений питакяцей сети Од, Uj, UpB две трехфазные системы выходных напряжений и д , йд , DC и Од , и, УС , между которыми может быть установлен фазовый сдвиг 0°120° или 180°. Обмотки W первого трансформатора обозначены индексами а, обмотки второго индексами (3. Начала и концы обмоток обозначены соответственно буквами ник. Индексом 1 обозначены превичные обмотки, индексом 2 - вторичные. Обмотки управления обозначены индексом у .

Первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно W, . с , i/SB iocc с iftc и подключены на напряжения питающей сети Од, Ug, U соответственно (на схеме соединение первичных обмоток показано в звезду, однако эти обмотки могут бьпъ соединены и в треугольник ).

Концы вторичных обмоток трансформатора j3 соединены в общую нулевую точку. К началу каждой из них подсоединены начала двух вторичных обмоток других фаз трансформатора.

Выходные напряжения ид.и-з.исиид.Оц, и отсчитьшают от концов вторичных обмоток трансформатора а относительно общей нулевой точки. Закорачивание обмоток управления трансформатора а осуществляют тиристорными выключателями В1, закорачивание обмоток управление трансформатора - выключателями В2. Управление выключателями В1 и В2 осуществляется блоком уп{ивления БУ.

Значение фазового сдвига между трехфазными системами выходных напряжений, равное 0°, устанавливают замыканием накоротко обмокж управления трансформатора о, а значение сдвига, равное 120° или трансформатора . Блок управления тиристориыми выключателями обеспечивает два рабочих состолпшя устройства, исключающих возможность одновременного включения выключателей, и одно переходное состояние, в котором ни один из выключателей не включен. На фиг. 4 а представлена векторная выходных напряжений для случая, когда ни на одном из тран форматоров обмотки управления не закорочены. При одинаковых сопротивлеюшх контуров намагнм чивания трансформаторе разные напряжения равно мерно распределяются между их первичными обмотками. В случае равенства коэффициентов транс формации (Kf К я ) вторичные напряжения транс форматоров также равны между сббой, а выходны напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряжений трансформаторов а и в соответствии с равенствами: Ui.WU2c bи;; y2flA+U2 c Vb V2PS -Uzcccи; U /JB+U2ccA Ui J2AC+ 2/30+ Между сопряженными выходными напряжени.I.ll. ..ll..и. I ЯМИ устройства Ыд и U , U и U , U. и U,, устанавливается некоторьш угол 0. В случае приня того условия ( ) ® 60°. Показанное на фиг. 4 а состояние устройства не является рабочим, однако использование его может быть целесообразным в некоторых особых режимах (например, при коротких замьпсаниях в линии). На фиг. 4 б показана векторная диаграмма выходных напряжений устройства при закорачивании обмоток управления трансформатора а. В этом случае сопротивление контура намагничивания тран форматора а шунтируется контуром короткого замьпсания, в результате чего напряжения ид , U, Ug оказьшаются практически полностью приложен ными к первичным обмоткам трансформатора (3. Первичные, а следовательно, и вторичные напряжетш трансформатора а при зтом близки к нулю и фазовый сдвиг между сопряженными выходными напряжениями в этом случае равен 0°. На фиг. 4 в приведена векторная диаграмма напряжений при закорачивании обмоТок управления трансформатора . В этом случае фазовый сдвиг между сопряженными выходными напряжениями равен 120°. На фиг. 2 изображено устройство, в котором к началам вторичных обмоток каждой фазы подсоеди нены общей точкой соединенные между собой последовательно и согласно вторичные обмотки одной фазы другого трансформатора, следующей за данной фазой первого трансформатора в порядке чередования фаз; на фиг, 5 - векторные диаграммы, поясняющие его статические состояния. Устройство, изображенное на фиг. 2 обеспечивает преобразование трехфазной системы напряжеНИИ питающей сети U. , U«, Оо в две трехфаз I . I -.1 ные системы выходных напряжений Уд , U, Ug и Од , C)g, и , между которыми может быть установлен фазовый сдаиг 0° или 180°. Первичные обмотки трансформаторов соединены так же, как на фиг. 1. Концы вторичных обмоток трансформатора 0 соединены в общую точку 0. К началу каждш из них присоединены средней точкой соединенные последовательно и согласно обмотки следующей по чассшой стрелке фазы трансформатора а. Выходные напряжения Од, О 0, , отсчитьгоают от концов, а выходные напряжения (Од, Ug, U ) - от начал вторичных обмоток трансформатора а относительно общей нулевой точки. Значение фазового сдвига между трехфазными системами выход11ьк напряжений, равное 0°, устанавливают замыканием накоротко обмоток управления транмформатора а, а занчение ыаыор управления трансформатора а, а значение фазового сдвига, равное 180° - трансформатора |3. На фиг, 5 а представлена векторная диаграмма выходных напряжений при разомкнутых обмотках управления. При одинаковых сопротивлениях контуров налйгничивания трансформаторов а и j3, приложенные напряжения равномерно распределяются между первичными обмотками. При К К л выходные напряжения устройства будут равны по модулю при 0° и 180° фазовом сдвиге. Выходные напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряжений трансформаторов а и j3 в соответствии с равенствами:VA Vf - Vi/JA V2otB Ч-в VZ/SB VB i/SB- ioLcr C 2/JC+ UjecA c Мг/зс- глА Между сопряженными выходными напряжени „ л и Л .. ,, ., „ ,,м ЯМИ устройства Уд и 0 , 0- и Ug , U, с е усганавжтается некоторьш угол 0 При вьшолнении условия К /Гд,0 90°. Показанное на фиг. 5 а состояние устройства не является рабочим, однако его использование может быть целесообразным в некоторых особых ре- жимах (например, при коротких замыканиях в линии). На фиг. 5 б показана векторная диаграмма выходных напряжений при закорачивании обмоток управления трансформатора а. В зтом случае сопротивление контура намагничивания трансформатора а шунтируется контуром короткого замыкания, в результате чего напряжения Од, Од , О, оказываются практически полностью приложенными к первичным обмоткам трансформатора р. Первичные, а следовательно, и вторичные напряжения трансформатора а при этом близки к нулю, и фазсшый сдвиг между сопряженными выходными напряжениями в зтом случае практически равен 0°. На фиг. 5,приведена вектортия диаграмма на« пряжений при закорачивании обмоток управления трансформатора . В этом случае фазовый сдвиг между ссяфяженными выходными напряжениями равен 180. Очевидно, что при одинаковых коэффициентах трансформации .К - /з модули выходных напряжений при 0° и 180 фазовом сдвиге одинаковы. На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема описанного устройства, на фиг. 6 векторные диаграммы, пояснякжще его статические состояния. На фиг. 3 изображено устройство, в котором к началам вторичных обмоток каждой фазы подсо /щнены начала двух других фаз вторичных обмоток другого трансформатора. Устройство преобразует трехфазную систему напряжений питающей сети О.д, 0, 0 в две трехфазные системы выходных напряжений йд , и., и и Од, Ug, и, между которыми может быть установлен фазовый сдвиг 0° или 180°-. Первичные обмотки транс орматоров соединены последовательно, так же, как на фиг. 1 и 2. Концы вторичных обмоток трансформатора /J соединены в общую точку 0. К тчалу каждой из них подсоединены начала двух вторичных обмоток других фаз трансформатора а, концы которых соединены с концами обмоток этих же двух фаз трансформатора Q, но таким образом, что последовательне соединенными оказьшаются две обмотки разных фаз трансформатора. Выходные напряжения йд , U, и UJ(, U, 0 отсчитьшают от тчал вторичных обмоток трансформатора а относительно общей нулевой точ ки 0. При закорачивании обмоток управления транс форматора нагрузку несет трансформатор а, и, наоборот, при закорачивании обмоток управления трансформатора нагрузку несет трансформатор а. Целесообразность установки фазового сдвига, равного 0° или 120°, определяется величиной мощнос ти, передаваемой по линии. Так, в режиме холостого хода и малых нагрузок необходимо устанавливать угол фазового сдвига 0°. В реяа1ме больши нагрузок - 120°. Величина нагрузки, при которой электропередачу необходимо переводить из режима работы при фазовом сдвиге 0° в режим работы при фазовом сдвиге 120°, сяхределяетсятехникоэкономическим расчетом. Анализ показьшает, .что значение этой 1егрузки приблизительно в два раза меньше максимальной мощности, передаваемой по 1ШНИИ. Поэтому мощность трансформатора может быть в два раза меньше мощности трансформатора а, рассчитываемого на максимальную Нагрузку. Общая установленная мощность агрегата, таким образом, равна полуторакратному (а не трехкратному, как у прототипа) значению максимальной передаваемой мощности. В реальных условиях остаточные напряжения на обмотках закорачиваемых трансформаторов отличны от нуля, что обусловлено наличием активных сопротивлений и сопротивлений рассеяния рабочих обмоток и обмоток управления. Поэтому установка значениГ: угда фазового сдвига О и 120 осуществляется с некоторш погрешностью. На фнг. 6а представлена векторная Д1| а1рамма выходных напряжений этого варианта устройства для случая, когда обмотки управления разомкнутые, Выходные напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряжений трансформаторов а и /J в соответствии с равенствами TJ.pA V l -if2/SA-U2 C ; Чв- 2ocC- 4i.A 2уЭВ- 2«СА гоСС ( (,,, Между сопряженнь1ми выходными напряжениями устройства Од и Од , Og и Од , OJ; и Ос - устанавливается некоторьш угол S . При одинаковых сопротивлениях контуров намагничивания трансформаторов о: и /J приложенные напряжения распределяются поровну между первичными обмотками трансформаторов. Если при этом К я ,, то в режиме холостого хоД1 б 90°. Показанное на фиг. 6а состояние устройства не является рабочим, однако его использование может быть целесообразным в некоторых особых режимах (например, при коротких замыканиях в линии). На фиг. 6 б показана векторная диаграмма выходных напряжений устройства при закорачивании обмоток управления трансформатора а. В этом случае сопротивление контура намагничивания трансформатора а. шунтируется контуром короткого замыкания, в результате чего напряжения оказываются практически полностью приложенными к первичным обмоткам трансформатора j8. Пертичные, а следовательно, и вторичнью напряжения .трансформатора а при этом близки к нулю и фазовый сдвиг между сопряженными выходными напр яжещякш В этом случае практически равен 0°. На фиг.: 6 приведена векторная диаграмма напряжений при закорачивании обмоток управления трансформатора (3. В этом случае фазовый сдвиг между сгатряженными выходными Jнaпpяжeниями равен 180°. Очевидно, что при утсазанньи коэффициентах трансформации К л VS модули вь1хсдных напряжений при О и 180° фазовом сдвиге одинаковы. Ввиду того, что отисываемое устройство имеет только два рабочих состояния, управление такими устройствами, установленными на противоnonojfCHbrx концах линии, и синхршшзагщя их работы осуществляется по максимально простой схеме телемеханического управления. При закорачивании обмоток управления трансформатора а нагрузку несет трансформатор , и наоборот. Целесообразность установки фазового сдвига, равного 0° или 180°, определяется величиной мощности, передаваемой по линии. Так, в режиме, холостого хода и малых нагпузок необходимо устанавливать угол фазового cflSHia 0°, а в режиме цшх нагрузок - 180°. Устройство позволяет в зависимости от нагруз ки путем закорачивания обмоток управления того или инбго трансформатора осуществлять перевод зжктрсттередачи повышеннсж прсетускиой способиости из режима, при котором между напряжениями, приложенными к сближенным проводам, установлен фазовый сдвиг 0°. в режим фазового сдвига 180°, и наоборот. В зависимости от нагрузки путем закорачивания обмоток управления того или иного трансформатора предлагаемое устройство позволяет осуществлять перевод электропередачи повьпиенной пропускнад способности из режима, при котором между напряжениями, прикладьшаемыми к сближенным проводам, установлен фазовый сдвиг 0°, в режим фазового сдвига 120° и наоборот. Формула изобретения 1.Устройство дискретного регулирования фазового сдвига напряжений сети, вьшолненное из двух многообмоточных трансфорлиторов, о т л ичающееся тем, по, с целью повьшюния надежности электроснабжения потребителей и упрощения системы управления, первичные обмотки одноименных фаз различных трансформаторов соединены между собой Последовательно и объеданены в звезду, при этом койцы вторичных обмоток одного трансформатора подсоединены к общей нулевой точке, а к началам указаиньЕс обмоток подсоедине нь обмотки различных фаз друзгййго трансформатора 2.Устршство по п. Г, отличающееся тем, что к началам вторичных обмоток каждой фазы подсоединены начала двух других фаз вторичных обмоток другого трансформатора. 3.Устройство по п. 1,отличающеес я тем, что к началам вторичных обмоток каждой фазы подсоединены общей точкой соединенные между соб.ой последовательно и согласно вторичные обмогки одной фазы другого трансформатора, следующей за данной фазой первого трансфорVHTOpa в порядке чередования фаз. 4.Устройство по гш. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что один из трансформаторов снабжен дополнительными вторичными обможами, концы которых подсоединены к ко1щам обмоток разноименных фаз того же трансформатора. 5.Устройство по Ш1. 1-4, отличающееся тем, что каждьш из трансформаторов снабжен обмотками управления, подключенными посредством выключателей к блоку управления. 6.Устройство по 1ш. 1-4, отличающееся тем, что, с целью улучшения нагрузочной характеристики, параллельно первичным обмоткам трансформаторов подсоединены выключатели. 7.Устройство по Ш1. 1-6, отличающееся тем, что, с целью повьпиення быстродействия, в качестве выключателей применены силовые управляемые полупроводниковые вентили. 8.Устройство по Ш1. 1-4, отличающеЬ с я тем, что, с целью уменьщения установленной мощности, только один из трансформаторов выбран на полную мощность нагрузки. 9.Устройство по п. 1,отличающеес я тем, что, с целью дсятолнительного увеличения пропускной шособности электропередачи, коэффициенты трансформации трансформаторов различны.

ТГ

vN or

H K

1

V

Й//

Ofe

ff.

SI

xKH

B1

BZ

82

HR

(ptJt.f

2

,

и

и:

(

а

2г(С

.

Q-0

/

i)

«ЧК/