ТРАНСФОРМАТОРНО-ТИРИСТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВНОСТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ

Изобретение относится к трансформаторному оборудованию с регулированием напряжения под нагрузкой, в частности к трансформаторно-тиристорным устройствам для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой.

Из источников [1], [2] известен трансформаторно-тиристорный регулятор переменного напряжения, в котором для ограничения аварийных и коммутационных токов используют расщепленные первичные обмотки трансформатора с однонаправленным протеканием тока (Лоскутов А.Б., Чивенков А.И., Нажимов А.В., Солдатова М.С. Снижение токовых коммутационных перегрузок в трансформаторно-тиристорных регуляторах переменного напряжения. Промышленная энергетика №9, 2010 г., стр. 38-41 [1]. Патент на полезную модель №88863, МПК⁶ H02J 3/00, опубликовано 20.11.2009, Бюл. 32 [2]).

Использование расщепленных обмоток в трансформаторно-тиристорном регуляторе переменного напряжения приводит к увеличению габаритной мощности, а следовательно, и его себестоимости на 20%.

Известен также трансформаторно-тиристорный регулятор, обеспечивающий ступенчатое или плавноступенчатое регулирование напряжения трансформатора под нагрузкой (Аржанников Б.А., Фролов Л.А. Автоматическое регулирование напряжения в системе электроснабжения постоянного тока 3,0 кВ. Курс лекций, г. Екатеринбург: Федеральное агентство железнодорожного транспорта. Издательство: УрГУПС, 2009 г., стр. 11, рис. 1.6). Указанный трансформаторно-тиристорный регулятор для каждой фазы содержит регулировочную обмотку с ответвлениями, переключатель (избиратель) с входными контактами для каждого ответвления и двумя выходными контактами. Переключатель (избиратель) обеспечивает выборочное подключение ступени регулировочной обмотки с помощью двух выходных контактов, которые с одной стороны подключают два ответвления ступени регулировочной обмотки, а с другой стороны каждый выходной контакт избирателя подключен к одному из двух тиристорных ключей и токоограничивающих реакторов. При этом свободные концы токоограничивающих реакторов соединены между собой, замыкая контур ступени регулировочной обмотки. Общий конец обмоток токоограничивающих реакторов соединен с концом фазы.

Использование постоянно включенных токоограничивающих реакторов в контуре коммутации ступени регулировочной обмотки повышает себестоимость на 10-15% и увеличивает потери электроэнергии работающего трансформатора. При этом подключение двух соседних ответвлений регулировочной обмотки через два выходных контакта избирателя к тиристорным ключам усложняет монтажную схему устройства, что приводит к повышению себестоимости устройства.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении потерь электроэнергии и себестоимости трансформаторно-тиристорного устройства для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой.

Техническим результатом изобретения является минимизирование потерь электроэнергии за счет шунтирования части обмотки каждого токоограничивающего реактора в контуре коммутации тиристоров и снижение себестоимости устройства за счет выполнения двух токоограничивающих реакторов в виде блока реакторов.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что в трансформаторно-тиристорном устройстве для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой, содержащем в каждой фазе регулировочную обмотку с ответвлениями, избиратель с входными и двумя выходными контактами, при этом два выходных контакта, подключенных к двум ответвлениям, образуют с двумя симметрично расположенными тиристорными ключами и токоограничивающими реакторами контур ступени регулировочной обмотки, который подключен к концу фазы, согласно изобретению, в контуре ступени регулировочной обмотки каждой фазы два токоограничивающих реактора выполнены в виде блока реакторов, обмотки которых расположены концентрично с максимальным приближением друг к другу и со встречной намоткой обмоток, при этом каждый токоограничивающий реактор блока выполнен в виде первой и второй частей обмоток, первые части которых свободными концами подключены к соответствующему выходному контакту избирателя, а каждая вторая часть обмотки подключена к одному тиристорному ключу и зашунтирована быстродействующим предохранителем, при этом свободные концы тиристорных ключей соединены между собой и с концом фазы.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Выполнение двух токоограничивающих реакторов в контуре ступени регулировочной обмотки каждой фазы в виде блока реакторов, обмотки которых расположены концентрично с максимальным приближением друг к другу и со встречной намоткой обмоток, обеспечивает их электромагнитное взаимодействие и реактивное сопротивление контура максимально возможных значений, что позволяет за счет уменьшения количества витков обмоток уменьшить себестоимость блока реакторов и соответственно снижает себестоимость всего трансформаторно-тиристорного устройства.

Выполнение каждого токоограничивающего реактора блока в виде первой и второй частей обмоток, первые части которых свободными концами подключены к соответствующему выходному контакту избирателя, а каждая вторая часть обмотки токоограничивающего реактора последовательно подключена к одному тиристорному ключу и зашунтирована быстродействующим предохранителем, позволило с помощью первых частей обмоток реакторов получить необходимое реактивное сопротивление контура ступени регулировочной обмотки для обеспечения надежной коммутации тиристоров и шунтированием второй части обмотки каждого реактора быстродействующим предохранителем ограничить параметры тока коммутации.

Вторая часть обмоток токоограничивающих реакторов вступает в работу после срабатывания быстродействующих предохранителей и вместе с первой частью обмоток реакторов обеспечивает снижение уровней токов внешнего короткого замыкания и токов короткого замыкания в контуре ступени регулировочной обмотки. В результате только первая часть обмоток токоограничивающих реакторов работает во всех режимах устройства и обеспечивает снижение амплитуды и уменьшение крутизны фронтов коммутационных токов при работе тиристоров.

Шунтирование второй части обмоток токоограничивающих реакторов быстродействующими предохранителями позволяет включать вторую часть обмоток токоограничивающих реакторов только в аварийных режимах, что приводит к минимизации потерь электроэнергии в номинальных режимах работы трансформатора и позволяет ограничить аварийные токи в случае срабатывания предохранителя.

Подключение выходных контактов избирателя в контуре ступени регулировочной обмотки к свободным концам первой части обмоток токоограничивающих реакторов, а второй части каждой обмотки к соответствующему тиристорному ключу позволяет упростить монтажную схему предлагаемого устройства.

Силовая электрическая схема трансформаторно-тиристорного устройства для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой приведена для одной фазы.

Трансформаторно-тиристорное устройство для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой содержит в каждой фазе регулировочную обмотку 1 с ответвлениями, механический избиратель 2 с двумя выходными контактами 3, 4, два токоограничивающих реактора, образующих блок 5 реакторов, и два симметрично расположенных тиристорных ключа 6.

Конструкция механического избирателя 2 известна из источников информации. Например, Порудоминский В.В. Устройства переключения трансформаторов под нагрузкой. Издание, М., «Энергия» 1974 г.

Все ответвления регулировочной обмотки 1 подключены к входным контактам механического избирателя 2. При этом два соседних ответвления регулировочной обмотки, выборочно, через избиратель 2 подключены к выходным контактам 3, 4 и образуют с двумя токоограничивающими реакторами блока 5 и последовательно подключенными к ним симметрично расположенными тиристорными ключами 6 контур коммутации ступени регулировочной обмотки, который связан с концом X фазы.

Обмотки двух токоограничивающих реакторов блока 5 расположены концентрично с максимальным приближением друг к другу и со встречной намоткой обмоток. При этом каждая обмотка блока 5 реактора выполнена из двух частей 7 и 8. Первые части 7 обмоток подключены к выходным контактам 3 и 4 избирателя 2. Каждая вторая часть 8 обмоток зашунтирована соответствующим быстродействующим предохранителем 9 и подключена к одному из тиристорных ключей 6.

Тиристорные ключи 6 выполнены в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Свободные концы тиристорных ключей 6 соединены между собой и с концом X фазы.

Трансформаторно-тиристорное устройство для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой работает следующим образом.

При выполнении ступенчатого регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой избирателем 2 выбирается его требуемое положение, заданное величиной напряжения. Затем с помощью коммутации тиристорных ключей 6 выбирается одно из двух ответвлений ступени регулировочной обмотки 1, по которому должен протекать ток. Этим выбором ответвления регулировочной обмотки 1 обеспечивается заданный уровень напряжения при ступенчатом регулировании напряжения.

При плавном регулировании напряжения в пределах контура коммутации ступени регулировочной обмотки 1 работают два тиристорных ключа 6, осуществляя коммутацию токов двух ответвлений ступени регулировочной обмотки 1 поочередно в пределах каждого полупериода переменного тока (напряжения). Для обеспечения необходимых параметров токов коммутации тиристорных ключей 6 постоянно включена первая часть 7 обмотки каждого токоограничивающего реактора в контуре коммутации ступени регулировочной обмотки 1 с целью выполнения задачи электромагнитной совместимости тиристоров в режиме регулирования напряжения, которые увеличивают до требуемого значения величину реактанса контура коммутации ступени регулировочной обмотки 1.

Для ограничения токов коротких замыканий ступени регулировочной обмотки и внешних коротких замыканий трансформатора после срабатывания быстродействующих предохранителей 9 включаются обе части 7, 8 обмоток блока 5 реакторов.

Таким образом, первая часть 7 обмоток реакторов работает во всех режимах устройства и обеспечивает снижение амплитуды и уменьшение крутизны фронтов коммутационных токов при работе тиристоров, а вторая часть 8 обмотки каждого токоограничивающего реактора ответвлений ступени регулировочной обмотки 1, зашунтированная быстродействующим предохранителем 9, в номинальных режимах устройства обеспечивает повышение энергетических показателей трансформатора.

В аварийных режимах при срабатывании (разрыве цепи) быстродействующих предохранителей 9 за время всего нескольких единиц миллисекунд обеспечивается полное включение частей 7, 8 обмоток блока 5 реакторов, после чего сопротивление каждого токоограничивающего реактора становится больше и равно сумме сопротивлений его частей 7 и 8 обмоток.

Реактивное сопротивление токоограничивающих реакторов совместно с реактансом обмотки ступени регулировочной обмотки 1 служат для защиты тиристорных ключей 6 и ступени регулировочной обмотки 1 от сверхтоков в режимах короткого замыкания ступени регулировочной обмотки или внешнего короткого замыкания трансформатора, которые могут достигать пределов от 10 до 100 крат от номинального тока нагрузки. Благодаря выполнению обмоток токоограничивающих реакторов из двух частей, вторая из которых зашунтирована быстродействующим предохранителем, обеспечивается снижение потерь электроэнергии, а выполнение обмоток в виде блока позволяет снизить себестоимость трансформаторно-тиристорного устройства.

Предложенное техническое решение может быть использовано для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой как в трансформаторно-тиристорных устройствах с одной фазой, так в трансформаторно-тиристорных устройствах с большим количеством фаз, например тремя фазами.

Внедрение предлагаемого изобретения позволяет обеспечить более высокий технический уровень трансформаторно-тиристорных устройств с плавноступенчатым регулированием напряжения.