Результат интеллектуальной деятельности: Комбинированное устройство компенсации реактивной мощности и плавки гололеда на основе управляемого шунтирующего реактора-трансформатора

Область техники

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено на электрических подстанциях высокого и сверхвысокого напряжения, на которых для регулирования напряжения подводимых воздушных линий электропередачи (ВЛ) требуется компенсация реактивной мощности и стоит задача плавки гололеда на проводах и тросах ВЛ в сезон гололедообразования.

Уровень техники

Регулирование напряжения на линии электропередачи осуществляют за счет компенсации ее реактивной мощности, для чего шунтируют линию управляемыми реакторами, функционирующими в качестве регуляторов реактивного тока [Статические компенсаторы реактивной мощности для электрических сетей. Сборник статей, под ред. В.И. Кочкина, Элекс-КМ 2010 г.].

Для плавки гололеда на проводах и тросах ВЛ обычно применяют специализированные устройства, предназначенные для выполнения этой функции [Щуров А.Н. «Общая схема плавки гололеда в районе электрических сетей на базе дискретно управляемой выпрямительной установки». Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Новочеркасск - 2015. Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.npi-tu.ru/assets/files/full_text_diss/schurov/diss.pdf, свободный (дата обращения 19.06.16).

Применение комбинированных устройств компенсации реактивной мощности и плавки гололеда (при необходимости выполнения обеих функций) позволяет более эффективно использовать оборудование, размещенное на электрических подстанциях, поскольку плавки гололеда на предварительно отключенной ВЛ осуществляют эпизодически (в течение нескольких часов) в гололедоопасный сезон и специализированное оборудование для плавки гололеда бездействует большую часть года, когда нет гололедообразования.

Известны комбинированные устройства, способные использовать для плавки гололеда размещенное на подстанции оборудование компенсатора реактивной мощности за счет переконфигурации его силовой схемы с помощью дополнительно введенных коммутаторов (разъединителей) [RU 2316867, RU 2505898, RU 2376692].

Устройство по патенту RU 2376692 выполнено на основе компенсатора типа СТАТКОМ с полностью управляемыми ключами и помимо понижающего силового трансформатора использует два трехфазных реактора и конденсаторную батарею. Недостаток этого устройства - большой объем оборудования и высокие капитальные затраты.

Устройство по патенту RU 2505898, выполненное на основе подключенного к понижающему силовому трансформатору одного трехфазного шунтирующего реактора, управляемого двунаправленными тиристорными ключами, требует меньшего объема оборудования, однако способно плавить гололед только переменным током, что ограничивает длину проплавляемого участка ВЛ из-за потерь на индуктивном сопротивлении проводов.

В качестве прототипа выбрано свободное от этого недостатка комбинированное устройство плавки гололеда и компенсации реактивной мощности [RU 2316867].

Прототип содержит электромагнитную, вентильную и коммутаторную части, при этом электромагнитную часть образуют питающий трехфазный силовой трансформатор и подключенные к его вторичным обмоткам шунтирующие реакторы. Электромагнитная часть вместе с тиристорами, образующими вентильную часть, обеспечивает работу устройства в режиме компенсации реактивной мощности и частично используется в режиме плавки гололеда. Вентильная часть обеспечивает регулирование тока в обоих режимах работы, а коммутаторная часть меняет конфигурацию схемы при смене режимов.

Недостаток прототипа - большой объем оборудования электромагнитной части (трехфазный питающий трансформатор и две трехфазные группы реакторов) и коммутаторной части (семь трехполюсных разъединителей).

Раскрытие сущности изобретения

Прототип построен на основе схемы статического тиристорного компенсатора (СТК) реактивной мощности, регулирующего реактивную составляющую тока с помощью тиристорно-реакторной группы.

Известен другой тип компенсатора реактивной мощности - компенсатор на основе УШРТ - управляемого шунтирующего реактора-трансформатора [RU 2065654, RU 2478236, RU 123598], конструкция которого обеспечивает высокую индуктивность рассеяния его вторичных обмоток, расщепленных на секции и выполняющих функции шунтирующих реакторов, управляемых тиристорами, подключенными по схеме «звезда» или «треугольник». Комбинированных устройств на основе такого компенсатора, обеспечивающих его переконфигурацию в режим плавки гололеда, в настоящее время неизвестно.

Предметом изобретения является комбинированное устройство для компенсации реактивной мощности и плавки гололеда, содержащее электромагнитную, вентильную и коммутаторную части, отличающееся тем, что электромагнитная часть выполнена в виде трехфазного управляемого шунтирующего реактора-трансформатора с трехфазной вторичной обмоткой, расщепленной на две секции, вентильная часть - в виде подключенных к выходам указанных секций трехфазных выпрямительных мостов на тиристорах, а коммутаторная часть - в виде двух однополюсных и двух двухполюсных разъединителей, предназначенных для закорачивания выходов каждого из указанных мостов и для подключения их к ВЛ соответственно.

Технический результат изобретения - сокращение оборудования и соответствующее снижение капитальных затрат.

Развитие изобретения состоит в том, что одна из указанных секций трехфазной вторичной обмотки соединена в звезду, а другая - в треугольник.

Это позволяет снизить уровень высших гармоник, генерируемых устройством в питающую сеть.

Осуществление изобретения с учетом его развития

Предлагаемое устройство представлено на чертеже.

Устройство содержит электромагнитную, вентильную и коммутаторную части. Электромагнитная часть выполнена в виде трехфазного шунтирующего реактора-трансформатора 1 с вторичной (управляющей) обмоткой, расщепленной на трехфазные секции 2 и 3. Вентильная часть выполнена в виде трехфазных тиристорных выпрямительных мостов 4 и 5, подключенных к выходам секций 2 и 3 соответственно. Схема вентильной части изменена по сравнению с известным из патента RU123598 компенсатором на УШРТ, в котором к выходам секций расщепленных обмоток подключены тиристоры, собранные по схеме «звезда» или «треугольник». Коммутаторная часть устройства включает два однополюсных разъединителя 6 и 7 и два двухполюсных разъединителя 8 и 9. Разъединители 6 и 7 предназначены для закорачивания выходов выпрямительных мостов 4 и 5 соответственно, а разъединители 8 и 9 - для подключения выпрямительных мостов 4 и 5 к проплавляемым проводам и/или тросам ВЛ1 и ВЛ2 соответственно.

Кроме того, на чертеже показан блок 10, управляющий вентилями мостов 4 и 5.

Комбинированное устройство работает следующим образом.

Трехфазный реактор-трансформатор 1 подключен первичной обмоткой к питающей линии 11, на которой регулируется напряжение путем компенсации реактивной мощности. Фазы первичной обмотки реактора-трансформатора 1 могут быть соединены в треугольник или в звезду с заземленной нейтралью.

В режиме компенсации реактивной мощности двухполюсные разъединители 8 и 9 разомкнуты, а однополюсные разъединители 6 и 7 замкнуты.

Подключенные к секциям 2 и 3 выпрямительные мосты 4 и 5 в результате закорачивания их выходов разъединителями 6 и 7 собраны в схему «звезда» и регулируют импеданс реактора-трансформатора 1, шунтирующий линию 11, под управлением блока 10, аналогично тиристорным управляющим ключам компенсатора на УШРТ [RU 123598].

В режиме плавки гололеда однополюсные разъединители 6 и 7 разомкнуты, а двухполюсные разъединители 8 и 9 замкнуты и подключают проплавляемые провода и/или тросы ВЛ1 и ВЛ2 к выходам мостов 4 и 5. В этом режиме выпрямительные мосты 4 и 5 под соответствующим управлением блока 10 регулируют токи плавки, разделяя между ВЛ1 и ВЛ2 мощность реактора-трансформатора 1.

Возможен комбинированный режим работы установки, в котором один из мостов, например 4, закорочен однополюсным разъединителем 6, а другой, например 5, подключен к ВЛ2 двухполюсным разъединителем 9. При этом блок 10 управляет тиристорами мостов 4 и 5, обеспечивая компенсацию реактивной мощности и плавку гололеда с соответствующим распределением мощности реактора-трансформатора 1.

Во всех режимах работы предлагаемой установки токи ограничиваются за счет высокой индуктивности рассеяния секций 2 и 3 расщепленных обмоток реактора-трансформатора 1 без использования дополнительных токоограничивающих реакторов.

Одна из трехфазных секций 2 и 3 и может быть соединена в «звезду», а другая - в «треугольник». Это позволяет практически полностью исключить поступление в линию 11 гармоник с номерами 6⋅(2n-1)±1 (где n - натуральное число). Суммарный показатель гармонических искажений THD (Total Harmonic Distortion) не превышает 2%.

Как видно из вышеизложенного, в заявляемом устройстве нет необходимости в дополнительном (помимо реактора-трансформатора 1) реакторном оборудовании, а требуемое количество коммутаторного оборудования значительно уменьшено (в прототипе для плавки гололеда на одной ВЛ используется семь трехполюсных разъединителей, а в заявляемом устройстве для одновременной или поочередной плавки гололеда на двух ВЛ - два однополюсных и два двухполюсных разъединителя).