Устройство для регулирования переменного напряжения

 

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии. Цель изобретения состоит в расширении диапазона регулирования напряжения и повышении надежности работы устройства, имеющего трансформатор и блок регулирования напряжения под нагрузкой. Она достигается тем, что блок регулирования напряжения под нагрузкой имеет токоограничивающий реактор, выполненный четырехстержневым, в котором две обмотки соединены последовательно и согласно и через ключ подключены к дополнительному источнику переменного напряжения. Кроме того, дополнительно введены преобразовательный блок и блок расформировки в управлении ключом и контактами контактора. 2 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, предназначено для преобразования электрической энергии и может быть использовано в трансформаторостроении, а также на электрических станциях и понизительных подстанциях, имеющих трансформаторы, для повышения надежности работы потребителей электрической энергии.

Известен трансформаторный регулятор переменного напряжения (авт.св.СССР N 694969, кл. Н 02 Р 13/06, 1972), содержащий автотрансформатор с отводами, обмотка которого через линейный дроссель подключена к источнику питания. Нагрузка через тиристорные ключи подключена к разным отводам обмотки трансформатора и к общей с линейным дpосселем цепи. Регулирование напряжения осуществляется изменением коэффициента трансформации трансформатора, которое достигается отключением одного тиристорного ключа и включением другого.

Недостатки регулятора состоят в сложности его конструкции, высокой стоимости, малом диапазоне регулирования напряжения и низкой надежности. Тиристорные ключи и линейный дроссель должны быть выбраны с учетом максимальных параметров устройства регулирования напряжения. Кроме того, низкой надежностью отличается работа тиристорных ключей при протекании через тиристоры токов короткого замыкания и в других нестационарных режимах, сопровождающихся повышенными значениями тока (перегрузка, режим самозапуска электродвигателей и т.д.).

Известно также устройство для регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой (РПН) (Порудомский В.В. Устройства переключения трансформаторов под нагрузкой, серия Трансформаторы, вып. 25, М.Энергия, 1974). Оно состоит из двухобмоточного тогоограничивающего реактора, последовательно с обмотками которого включены контакты контакторов и переключатель отводов обмотки. РПН устанавливается со стороны высокого напряжения трансформатора или со скоростью высокого или среднего напряжений автотрансформатора с целью повышения надежности работы контактов переключателя. Переключатель имеет две пары контактов, которые приводятся в действие электроприводом. Регулирование напряжения осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации трансформатора, путем изменения числа витков на высокой стороне трансформатора, посредством переключателя.

Работает устройство РПН следующим образом. Для изменения напряжения на низкой стороне трансформатора U₂ (на нагрузке) необходимо отключить первый контактор, контакты которого установлены в одной из обмоток реактора. Обесточенный контакт переключателя переводится электроприводом на соседний отвод обмотки. Затем снова включаются контакты контактора. Ток циркуляции ограничивается индуктивным сопротивлением обмоток реактора, которые включены для этого тока согласно. Затем отключаются контакты второго контактора и переводятся вторые контакты переключателя в бестоковую паузу на тот же отвод обмотки трансформатора. Включаются контакты второго контактора. После завершения переключений обмотка высокого напряжения трансформатора имеет иное количество витков (W₁) и согласно формуле U₂ U₁˙W₂/W₁ другое напряжение на вторичной обмотке трансформатора W₂, чем до переключения, при неизменной величине первичного напряжения U₁.

Устройство РПН имеет более простую конструкцию и относительно низкую стоимость. Обеспечивается регулирование напряжения в широком диапазоне ступенями через 1,5-2,5% относительно номинального первичного напряжения трансформатора. Основной недостаток устройства состоит в его низкой надежности работы при кратковременных пониженных напряжениях в электрической сети, вызванных удаленными короткими замыканиями, самозапуском электродвигателей при переключении с рабочего трансформатора на резервный и т.д. заключающейся в малом быстродействии РПН и ненадежной работе контактной системы при протекании повышенных токов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемым результатам является регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное (авт.св. СССР N 1200367, кл. Н 02 М 5/257, 1985). Преобразователь содержит трансформатор. К одному из выводов первичной обмотки трансформатора через токообмоточный токоограничивающий реактор подключен один из выводов источника переменного напряжения. Две обмотки реактора соединены встречно-параллельно через размыкающиеся контакты контактора и через контакты переключателя подключены к одному из отводов первичной обмотки. Третья обмотка реактора через тиристорный ключ соединена с другим отводом первичной обмотки трансформатора. Управление тиристорным ключом выполняется от блока управления, соединенного с блоком запуска форсировки, реле времени, обмоткой трансформатора напряжения, подключенного к обмотке низкого напряжения трансформатора. Ток нагрузки трансформатора через трансформатор тока и блок запрета форсировки подается в блок запуска форсировки. При понижении напряжения на обмотке трансформатора ниже заданного уровня и при условии, что ток во вторичной обмотке трансформатора меньше тока уставки, включается тиристорный ключ. Напряжение на первичной, а соответственно и на вторичной обмотке трансформатора повышается. Через время, устанавливаемое реле времени, тиристорный ключ отключается и схема возвращается в исходное положение.

Недостатками данного преобразователя являются малый диапазон регулирования напряжения и низкая надежность работы. Предел форсировки напряжения ограничивается наличием отводов в первичной обмотке трансформатора, снабженного РПН. При работе форсировки напряжения токи циркуляции через часть первичной обмотки трансформатора, обмотки реактора и тиристорный ключ в 1,5-1,8 раза превышают номинальный ток трансформатора. Кроме того, тиристорный ключ и третья обмотка реактора имеют непосредственную электрическую связь с первичной обмоткой высокого напряжения трансформатора. Данные обстоятельства снижают надежность работы преобразователя, трансформатора и потребителей.

Технический результат изобретения заключается в расширении диапазона регулирования напряжения и в повышении надежности работы устройства.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройство для регулирования переменного напряжения, содержащее ключ с двусторонней проводимостью, силовой трансформатор, связанный с источником переменного напряжения, причем первичная обмотка трансформатора выполнена с отводами и соединена через две параллельные цепи из обмоток токоограничивающего реактора, размыкающие контакты контактора и подвижные контакты переключателя напряжения с входными выводами, а вторичная обмотка силового трансформатора соединена с выходными обмотками, последовательно с вторичной обмоткой силового трансформатора включена первичная обмотка трансформатора тока, а параллельно выходным выводам подключена первичная обмотка трансформатора напряжения, где вторичная обмотка подключена через блок запрета форсировки к одному их входов блока запуска форсировки, выходы которого соединены один непосредственно, другой через реле времени с первым и вторым входами блока управления ключом, третий вход которого и второй вход блока запуска форсировки связаны с вторичной обмоткой трансформатора напряжения, введены преобразователь и блок расфорсировки, а также дополнительный источник переменного напряжения, при этом токоограничивающий реактор снабжен двумя дополнительными обмотками, которые соединены последовательно и согласно и через ключ подключены к дополнительному источнику переменного напряжения, вторичная обмотка трансформатора напряжения подключена к второму входу блока запуска форсировки через преобразователь, второй выход которого соединен с третьим входом бока управления через блок расфорсировки, а второй выход блока управления связан с цепями управления контактами контактора.

Расширение диапазона регулирования напряжения получено за счет выполнения токоограничивающего реактора с обмотками, имеющими трансформаторную связь с обмотками реактора и подключение через ключ к дополнительному источнику переменного напряжения, а также за счет отключения одной из обмоток токоограничивающего реактора посредством контактов контактора под воздействием блока управления в режиме форсировки напряжения.

Повышение надежности устройства достигнуто за счет введения гальванической развязки между высоковольтными обмотками реактора и обмотками, подключенными к дополнительному источнику питания переменного напряжения, выполняемому низковольтным, а также введения блока расфорсировки, который возвращает устройство регулирования в исходное положение в случае восстановления напряжения на нагрузке выше заданного и тем самым сокращает время воздействия повышенного напряжения на изоляцию обмоток силового трансформатора и нагрузку, На фиг. 1 приведена схема устройства для регулирования переменного напряжения; на фиг.2 показан вариант конструкции реактора.

К источнику 1 переменного напряжения (фиг.1) подключен силовой трансформатор 2, обмотка 3 высокого напряжения которого имеет отводы. К вторичной обмотке 4 трансформатора 2 подсоединена нагрузка 5, надежность работы которой существенно зависит от понижения уровня напряжения. Одна из цепей источника 1 переменного напряжения подключена к отводам обмотки 3 высокого напряжения через обмотки токоограничивающего реактора 6, имеющего четыре обмотки 7-10. Обмотки 7,8 соединены встречно-параллельно через контакты 11 и 12 контакторов и контакты переключателя 13, подключенного к одному из отводов обмотки 3 трансформатора 2. Обмотки 9,10 соединены последовательно и через тиристорный ключ 14 подсоединены к дополнительному источнику 15 переменного напряжения. Причем обмотки 7, 10 имеют согласное включение, а обмотки 8,9 встречное включение.

Напряжение вторичной обмотки 4 трансформатора 2 подается через измерительный трансформатор 16 напряжения в преобразователь 17, выходы которого соединены с блоком 19 запуска форсировки и блоком 18 расфорсировки. Измерительный ток вторичной обмотки 4 через трансформаторы 20 тока поступает в блок 21 запрета форсировки, выход которого соединен с одним из входов блока 22 управления через блок 19 запуска форсировки. Другой вход блока 22 через орган 23 времени соединен с блоком 19 запуска форсировки. Один выход блока 22 управления подключен к цепям управления тиристорного ключа 14, а другой выход к цепям управления контактами 11 контактора.

Токоограничивающий реактор (фиг.2) выполнен на базе трехстержневого магнитопровода 24, все стержни которого имеют немагнитные зазоры 25. На среднем стержне размещены обмотки 7,8, а на крайних стержнях обмотки 9,10. Наличие обмоток 9,10 необходимо для расширения диапазона регулирования напряжения путем трансформации напряжения в обмотки 7,8 реактора. Кроме того, с помощью обмоток 9,10 схема токоограничивающего реактора получается симметричной.

Преобразователь 17 выполнен на базе трансформатора с двумя вторичными обмотками, которые включены на выпрямительные мосты постоянного тока. Блок 18 расфорсировки содержит реле максимального напряжения, выходные цепи которого воздействуют на блок 22 управления. При повышении напряжения до 0,85-0,9 от номинального реле напряжения срабатывает и запрещает выдачу сигналов управления на тиристоры ключа 14 и в цепи управления контактами 11 контактора с блока 22. Блоки 19-23 выполнены так же, как и регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное (авт.св. СССР N 1200367).

Работает устройство следующим образом.

При понижении напряжения на нагрузке 5 ниже заданного уровня, определяемого блоком 19, и при условии, что ток во вторичной обмотке трансформатора 2 меньше тока уставки, через блок 22 управления разрешается включение тиристорного ключа 14 и отключение обмотки 7 реактора путем размыкания контактов 11 контактора. Блок 21 запрета форсировки напряжения не разрешает запуск устройства форсировки в режиме короткого замыкания в цепях вторичной обмотки 4 трансформатора 2. Орган 23 времени устанавливает максимально допустимую длительность форсировки напряжения.

При возрастании напряжения на нагрузке 5 выше заданного уровня блок 18 снимает форсировку напряжения и запрещает выдачу управляющих импульсов на тиристорный ключ 14 и в цепи управления контактами 11 контактора с выхода блока 22. В преобразователе 17 напряжение, снимаемое с трансформатора 16 напряжения, размножается и выпрямляется.

При отключенном ключе 14 и замкнутом контакте 11 контактора устройство, состоящее из двух обмоток 7,8 реактора 6, двух контактов 11,12 контакторов и переключателя 13, работает так же, как и известное устройство РПН. При встречном включении обмоток 7,8 реактора падение напряжения на обмотках незначительное, что не ухудшает режима работы нагрузки при нормальном уровне напряжения в питающей сети.

При включенном ключе 14 и разомкнутом контакте 11 контактора ток протекает по обмоткам 9,10 реактора и обмотке 8. За счет трансформации напряжение на обмотке 8 резко увеличивается и к первичной обмотке 3 трансформатора прикладывается напряжение, равное сумме напряжений источника 1 и напряжения на обмотке 8. Напряжение на нагрузке возрастает.

Диапазон расширения форсировки напряжения не имеет ограничений и зависит от конструктивного исполнения токоограничивающего реактора 6.

Обмотки 9,10 и тиристорный ключ 14 с высоковольтными обмотками 7,8 имеют гальваническую развязку, что существенно повышает надежность работы устройства регулирования напряжения.

Предлагаемое устройство может найти самое широкое применение во всех трансформаторах с РПН, которые обеспечивают электроснабжение потребителей, чувствительных даже к кратковременному понижению напряжения, а также для повышения уровня напряжения при самозапуске электродвигателей в случае переключения их с рабочего трансформатора на резервный.

Экономический эффект от применения данного устройства по сравнению с базовым объектом, за которое может быть принято устройство РПН, заключается в повышении надежности работы электроустановок, чувствительных к кратковременным понижениям напряжения или зависящих от уровня напряжения. Например, на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности бумагоделательные машины, имеющие тиристорные приводы, отключаются как при работе устройства автоматического ввода резерва (перерыв в питании 0,35-3,5с), так и при кратковременных понижениях напряжения, вызванных, например, удаленными короткими замыканиями в питающей системе, Наблюдается расстройство технологического процесса, отпадают магнитные пускатели электродвигателей и т.д. Получается ущерб от недовыпуска продукции. В то же время затраты на устройство регулирования напряжения незначительные.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее ключ с двусторонней проводимостью, силовой трансформатор, связанный с источником переменного напряжения, первичная обмотка выполнена с отводами и соединена через две параллельные цепи из обмоток токоограничивающего реактора, размыкающие контакты контактора и подвижные контакты переключателя напряжения с входными выводами, а вторичная обмотка силового трансформатора соединена с выходными выводами, кроме того последовательно со вторичной обмоткой силового трансформатора включена первичная обмотка трансформатора тока, а параллельно выходным выводам подключена первичная обмотка трансформатора напряжения, где вторичная обмотка трансформатора тока подключена через блок запрета форсировки к одному из входов блока запуска форсировки, выходы которого соединены один непосредственно, другой через реле времени с первым и вторым входами блока управления ключом, третий вход которого и второй вход блока запуска форсировки связаны с вторичной обмоткой трансформатора напряжения, отличающееся тем, что в устройство введены преобразователь, блок расфорсировки и дополнительный источник переменного напряжения, а токоограничивающий реактор снабжен двумя дополнительными обмотками, которые соединены последовательно и согласно и через ключ подключены к дополнительному источнику переменного напряжения, кроме того вторичная обмотка трансформатора напряжения подключена к второму входу блока запуска форсировки через преобразователь, второй выход которого соединен с третьим входом блока управления через блок расфорсировки, а второй выход блока управления связан с цепями управления контактами контактора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2