Устройство для включения, выключения и регулирования напряжения трансформаторной подстанции

Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике, в частности к электроэнергетическим системам, и может быть использовано для трансформаторной подстанции промышленного электроснабжения.

Известно устройство для включения, выключения и регулирования напряжения трансформаторной подстанции (патент РФ на изобретение №2536304, Бюл. №35, 20.12.2014.), которое содержит три тиристорные ключа переменного тока с естественной коммутации и трехфазный контактор, которые соединены параллельно и включены между сетью и силовым трансформатором. При регулировании напряжения вверх и вниз относительно напряжения сети верхний предел задается коэффициентом трансформации силового трансформатора подстанции, а нижний предел углом регулирования тиристоров. К недостаткам этого устройство следует отнести высокий гармонический состав в кривой напряжения на входе силового трансформатора подстанции, а также то, что включение силового трансформатора производится при повышенном напряжении у потребителей.

Наиболее близким по физической сущности является устройство для включения, выключения и регулирования напряжения трансформаторной подстанции (патент РФ на полезной модель №166559, Бюл. №34, 10.12.2016), которое взято за прототип.

Управляемое включение, выключение и регулирование напряжения устройством прототипом описано в патенте №2622890, Бюл. №18, 21.06.17.

Устройство-прототип содержит входные и выходные зажимы, между которыми оно подключается к сети и трансформаторной подстанции. Оно состоит из тиристорных ключей с естественной коммутацией, трехфазного контактора и трехфазного реактора. Трехфазный реактор через трехфазный контактор подключен параллельно к тиристорным ключам, которые включены между входными и выходными зажимами.

Устройство осуществляет регулирование напряжения от максимального до минимального уровня. Максимальный уровень задается коэффициентом трансформации силового трансформатора, а минимальный сопротивлением реактора.

Положительным качеством устройства является то, что в процессе регулирования напряжения при искаженных токах в реакторе и через тиристоры результирующий ток, потребляемый из сети и ток силового трансформатора, остаются практический без искажения (Исследование входного тока трансформаторной подстанции при работе от магнитно-тиристорного пускорегулирующего устройства. Сборник статей победителей IX Международной научно - практической конференции «World Science: Problems and Innovations», г. Пенза, 30 апреля 2017 г, стр. 167-70). Вместе с тем устройство обладает недостатками, среди которых, прежде всего, следует выделить следующие: сравнительно большие искажения напряжения на входе силового трансформатора во всем диапазоне регулирования; при номинальном напряжении в сети устройство создает наибольшие искажения напряжения на входе трансформаторной подстанции и у потребителей; включение и отключение подстанции производится при максимально повышенном напряжении на входе силового трансформатора.

Наличие этих недостатков снижает срок службы электрооборудования и увеличивает несинусоидальность напряжения.

Задачей изобретения является обеспечение синусоидального напряжения на входе силового трансформатора при номинальном напряжении сети, а также включение и выключение трансформатора при напряжении на его входе, не превышающем напряжения сети.

В результате решения поставленной задач будет достигнуто повышение энергетических показателей силового трансформатора и потребителей как в стационарных, так и в динамических режимах работы подстанции. Повышаются коэффициенты мощности и полезного действия у силового трансформатора подстанции и у потребителей электроэнергии, снижается ток потребления, уменьшаются просадки напряжения и потери в сети в пусковых и стационарных режимах работы. Обеспечивается отсутствие электрической дуги, коммутационных потерь и перенапряжений на обмотках силового трансформатора при управляемом отключении подстанции. Кроме этого, как и в прототипе сохраняются преимущества управляемого включения подстанции. Не нарушается симметрия токов намагничивания и магнитных потоков силового трансформатора, что обуславливает снижение потерь в магнитопроводе и предопределяет улучшение массогабаритных показателей. Достигается снижение в 2 раза пусковых токов и в 4 раза электродинамических усилий на обмотки силового трансформатора подстанции.

Решение поставленной задачи достигается тем, что введены три дополнительных тиристорных ключа с двухсторонней проводимостью тока, трехфазный реактор выполнен сдвоенным реактором, причем средние точки сдвоенного реактора через дополнительные тиристорные ключи пофазно подключены к точкам подключения трехфазного контактора к входным или выходным зажимам.

Предлагаемое устройство приведено на фиг. Устройство содержит входные зажимы 1, выходные зажимы 2, трехфазный контактор 3, трехфазный сдвоенной реактор 4, дополнительные тиристорные ключи 5, основные тиристорные ключи 6, трансформаторную подстанцию 7 с силовым трансформатором 8 и нагрузкой 9.

Элементы устройства соединены следующим образом. Между входными 1 и выходными 2 зажимами через трехфазный контактор 3 подключен трехфазный сдвоенный реактор 4. Основные тиристорные ключи 6 подключены между входными 1 и выходными 2 зажимами, а дополнительные тиристорные ключи 5 включены между средними точками трехфазного сдвоенного реактора 4 и точками подключения трехфазного контактора 3 к входным 1 или выходным 2 зажимам.

Устройство работает следующим образом. Пуск трансформаторной подстанции и отключение ее от сети производится допольнительными тиристорными ключами при отключенных основных тиристорных ключах. При пуске сначала включают дополнительные тиристорные ключи двух фаз в момент перехода фазного напряжения третьей фазы через ноль, а затем дополнительный тиристорный ключ включает третью фазу в момент перехода линейного напряжения от двух предыдущих фаз через ноль. После этого включают трехфазный контактор и переходят к регулированию напряжения. При выключении трансформаторной подстанции дополнительные тиристорные ключи переводят в полностью проводящие состояние. Затем выключается трехфазный контактор и снимают управляющие импульсы с допольнительных тиристорных ключей с естественной коммутацией.

Устройство обеспечивает три уровня напряжения: максимальный, номинальный и минимальный. Максимальный уровень напряжения достигается при полностью включенных основных ключах 6, и задается коэффициентом трансформации при номинальном напряжения сети и номинальной нагрузке. Номинальный уровень обеспечивается при полностью включенных дополнительных ключах 5 и полностью выключенных основных тиристорных ключах 6 при номинальном напряжении сети и номинальной нагрузке. Минимальный уровень обеспечивается при полностью выключенных дополнительных и основных тиристорных ключах 5, 6 и включенном контакторе 3 при номинальном напряжении сети и номинальной нагрузке. Регулирование в нижнем поддиапазоне от минимального до номинального уровня осуществляется дополнительными тиристорными ключами 5 при полностью выключенных основных ключах 6. Регулирование в верхнем поддиапазоне производиться основным тиристорным ключом 6 при подаче широких управляющих импульсов на дополнительные тиристорные ключи, которые вступают в работу на интервалах прерывистых токов основных тиристорных ключей 6 и выключается при проводящем состоянии основных тиристорных ключей 6.

Целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются подстанции предприятий всех отраслей промышленности и агропромышленного комплекса с напряжениями 35/(10-6) кВ и (10-6)/0,4 кВ и их отклонениями в узком диапазоне.