Устройство повышения качества электроснабжения в трехпроводных электрических сетях

 

Использование: для повышения качества электроснабжения за счет использования многофункционального устройства, выполняющего задачи ограничения токов короткого замыкания, компенсации высших гармоник и реактивной мощности, регулирования напряжения и симметрирования токов нагрузки и напряжения. Сущность изобретения: токоограничивающее устройство и источник реактивной мощности, выполненные на основе управляемых реакторов и конденсаторных батарей, управляются с помощью программируемого контроллера, причем управляемые вентили тиристорного источника реактивной мощности соединены в звезду и подключены к фазам электрической сети через обмотки управления реактора, последовательно с которыми включены конденсаторные батареи, подключенные к фазам неуправляемого выпрямителя, нагруженного на обмотки подмагничивания реактора и резистор. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения качества электроснабжения промышленных установок в трехпроводных электрических сетях, под которым понимается повышение качества электроэнергии у электроприемников и надежности их работы за счет ограничения токов короткого замыкания, компенсации реактивной мощности, регулирования напряжения, компенсации высших гармоник, выравнивания токов нагрузки и симметрирования напряжений.

Известны комбинированные устройства симметрирования напряжений и токов трехфазных сетей, содержащие до шести силовых элементов, имеющие продольное и поперечное включение.

Основной их недостаток состоит в низкой экономичности и в невозможности использования одновременно для ограничения токов короткого замыкания, компенсации высших гармоник, компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения. Отсутствует возможность плавного регулирования показателей качества электроэнергии.

Известно устройство для регулирования реактивной мощности трехфазной сети переменного тока, содержащее трехфазную конденсаторную батарею, каждая фаза которой состоит из двух последовательно соединенных секций, цепочки по числу фаз из последовательно включенных двух реакторов и встречно-параллельно включенных тиристоров. Устройство может быть одновременно использовано для компенсации реактивной мощности и для симметрирования режима электрической сети.

Недостатки устройства заключаются в отсутствии ограничения токов короткого замыкания, в низких фильтрующих свойствах и в повышенной генерации высших гармоник.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является устройство, которое содержит тиристорный источник реактивной мощности, выполненный в виде тиристорного моста, в одну диагональ которого включены две обмотки управления управляемого реактора, а в другую диагональ включен резистор, причем основные обмотки управляемого реактора введены в электрическую сеть последовательно.

Недостатки устройства: малый диапазон регулирования реактивной мощности и повышенная генерация высших гармоник.

Указанные выше недостатки устраняются в предлагаемом устройстве повышения качества электроснабжения в трехпроводных электрических сетях путем повышения диапазона регулирования реактивной мощности и снижения уровня генерации высших гармоник.

Это достигается подключением управляемых вентилей тиристорного источника реактивной мощности, соединенных в звезду, к фазам электрической сети через обмотки управления управляемого реактора, обеспечивается подключением последовательно соединенных обмоток управления управляемого реактора и конденсаторных батарей к фазам неуправляемого трехфазного мостового выпрямителя, нагруженного на обмотки подмагничивания управляемого реактора и резистор.

На фиг. 1 приведена схема электрических соединений устройства повышения качества электроснабжения в трехпроводных электрических сетях; на фиг. 2 конструкция одной фазы магнитной системы управляемого реактора с немагнитными зазорами; на фиг. 3 блок-схема устройства управления симисторами управляемого реактора.

Устройство содержит три управляемых реактора, каждый из которых состоит из двух основных обмоток 1, 2, соединенных согласно-последовательно, с продольным включением в электрическую сеть (фиг. 1). К общей точке соединения обмоток 1, 2 подключены конденсаторные батареи 3, соединенные в треугольник, и последовательно соединенные обмотки 4, 5 управления. Другие выводы обмоток 4, 5 подключены к управляемым вентилям (симисторам) 6, соединенным в звезду, и к фазам неуправляемого выпрямительного моста 7 через конденсаторные батареи 8. Выпрямительный мост нагружен на обмотки 9, 10 подмагничивания и резистор 11.

Магнитная система 12 каждого управляемого реактора выполнена четырехстержневой с немагнитными зазорами в каждом стержне (фиг. 2). На средних стержнях размещаются основные обмотки 1, 2 и обмотки 4, 5 управления. На крайних стержнях находятся обмотки 9, 10 управления.

Система измерения и управления симисторами 6 (фиг. 3) состоит из датчика 15 тока (производной тока), подключенного к выходу трансформаторов 13 тока, фильтра 16 высших гармоник и фильтра 17 напряжений обратной и нулевой последовательностей, соединенных с вторичными обмотками трансформатора 14 напряжения, преобразователя 18 реактивной мощности, имеющего соединение с выходами трансформаторов 13 тока и трансформаторов 14 напряжения, и измерительного блока 19 напряжения, подключенного к вторичным обмоткам трансформатора 14 напряжения. Выходы измерительных блоков 15-19 через коммутатор 20 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 21 подключены к входу программируемого контроллера 22. Управление симисторами 6 осуществляется с выхода блока 24 импульсно-фазового управления через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 23, подключенный к выходу программируемого контроллера 22 в соответствии с заложенный в контроллер программой.

Работает устройство повышения качества электроснабжения в трехпроводных электрических сетях следующим образом.

При возникновении короткого замыкания в электрической сети происходит срабатывание датчика 15 тока (производной тока), под действием которого программируемый контроллер 22 воздействует через ЦАП 23 на блок 24 импульсно-фазового управления. Обеспечивается полное открывание симисторов 6. Подмагничивание с реакторов, которое вызывалось протеканием выпрямленного тока через обмотки 9, 10, снимается. Индуктивное сопротивление реакторов, зависящее от основных обмоток 1, 2 и согласно включенных с обмотками 1, 2 обмоток 4, 5 управления, резко возрастает, обеспечивая эффективное ограничение токов короткого замыкания. После исчезновения (отключения) короткого замыкания устройство возвращается в нормальный режим работы.

При полностью закрытых симисторах 6 обеспечивается максимальное подмагничивание магнитной системы 12 реакторов. Их индуктивное сопротивление мало. Конденсаторные батареи 8 выдают максимальную реактивную мощность в электрическую сеть. Конденсаторные батареи 3 обеспечивают базовую компенсацию реактивной мощности, которая не изменяется во времени. Изменяя угол управления симисторов 6 в зависимости от показаний преобразователя 18 и измерительного блока 19 под воздействием блока 24, управляемого контроллером 22, обеспечивают изменение реактивной мощности, вызываемой конденсаторными батареями 8, степени подмагничивания магнитной системы 12 управляемых реакторов, а следовательно, падение напряжения на обмотках 1, 2 реактора. Таким образом обеспечиваются регулирование напряжения на нагрузке и компенсация реактивной мощности.

Компенсация напряжений обратной и нулевой последовательностей в случае несимметрии трехпроводной электрической сети обеспечивается пофазным управлением симисторов 6 под воздействием блока 24 в зависимости от выходных сигналов контроллера 22 и ЦАП 23 в соответствии с показаниями фильтра 17 обратной и нулевой последовательностей напряжений электрической сети. Изменению подвержены три продольных индуктивных элемента (обмотки 1, 2), три поперечных индуктивных элемента (обмотки 4, 5), три емкостных поперечных элемента (конденсаторные батареи 8), индуктивные элементы (обмотки 9, 10 подмагничивания) и активный элемент (резистор 11), которые также имеют поперечное включение через выпрямительный мост 7.

Компенсация высших гармоник обеспечивается Т-образным широкополюсным фильтром, состоящим из основных обмоток 1, 2 реактора и цепи, содержащей последовательно включенные обмотки 4, 5 управления, конденсаторные батареи 8, неуправляемый выпрямительный мост 7, нагруженный на резистор 11 и обмотки 9, 10 подмагничивания. Подстройка полосы пропускания фильтра обеспечивается изменением угла управления симисторов 6 в соответствии с показаниями фильтра 16, воздействующим через коммутатор 20 и АЦП 21 на контроллер 22.

Изменение угла управления симисторов 6 под действием непрерывных выходных сигналов блока 24 через ЦАП 23 осуществляется в соответствии с алгоритмом программ, заложенной в контроллер 22, в зависимости от показаний датчиков и блоков 15-19, подключенных через коммутатор 20 и АЦП 21 к входу контроллера 22.

Устройство повышения качества электроснабжения в трехпроводных электрических сетях выполнено из хорошо известных элементов, выпускаемых отечественной промышленностью. Оно может найти самое широкое применение для надежного и качественного электроснабжения потребителей электрической энергии путем выполнения компенсации реактивной мощности, компенсации высших гармоник, регулирования напряжения, симметрирования тока и напряжения нагрузки, а также ограничения токов короткого замыкания.

Экономический эффект от применения устройства может быть достигнут за счет улучшения технико-экономических показателей: снижения потерь электроэнергии, повышения срока службы электроприемников, снижения капитальных затрат, снижения ущерба от ненадежности электроснабжения за счет повышения качества электроэнергии и снижения уровней токов короткого замыкания.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В ТРЕХПРОВОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ, содержащее тиристорный источник реактивной мощности с управляемым реактором, основные обмотки которого продольно включены в электрическую сеть, а обмотки управления поперечно включены в электрическую сеть, отличающееся тем, что управляемые вентили тиристорного источника реактивной мощности соединены в "звезду" и подключены к фазам электрической сети через обмотки управления реактора, последовательно с которыми включены конденсаторные батареи, подключенные к фазам неуправляемого выпрямителя, нагруженного на обмотки подмагничивания реактора и резистор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3