Устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам стабилизации тока мощных преобразовательных подстанций алюминиевой промышленности. Технический результат заключается в создании устройства для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции, обладающего работоспособностью и обеспечивающего работоспособность мощной преобразовательной подстанции в целом при изменяющихся входных параметрах, характеризующегося при этом многократным повышением точности стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции, а также значительным улучшением массо-габаритных показателей самого устройства. Для этого устройство содержит трехфазный вольтодобавочный трансформатор, фазоповоротный трансформатор, реактивные элементы, представляющие собой трехфазный резонансный реактор и три однофазные конденсаторные установки, нагрузку, трехфазный автотрансформатор, питающую сеть, кроме того, в устройство может быть введен, по меньшей мере, один переключатель для регулирования напряжения; и, по меньшей мере, одна из обмоток автотрансформатора может содержать регулировочные секции; кроме того, в устройство может быть введен, по меньшей мере, один управляемый трехфазный реактор, при этом в автотрансформатор может быть введена дополнительная обмотка. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам стабилизации тока мощных преобразовательных подстанций алюминиевой промышленности.

Известно устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции, содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор, реактивные элементы, представляющие собой трехфазный резонансный реактор и три однофазные конденсаторные установки, а также фазоповоротный трансформатор, при этом обмотки фаз первой обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора, обмотки фаз трехфазного резонансного реактора и однофазные конденсаторные установки соединены в три трехфазные звезды, входные концы фазоповоротного трансформатора подключены к питающей сети, обмотки фаз второй обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора подключены к нагрузке и выходным концам фазоповоротного трансформатора, все реактивные (или резонансные, как у Вас, однако, ранее этот термин отсутствует) элементы и обмотки фаз первой обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора соединены с питающей сетью [Л.1].

Описанное в [Л.1] устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции характеризуется минимальным количеством элементов и позволяет достигнуть хороших показателей при следующих условиях:

- неизменности выпрямленного тока преобразовательной подстанции;

- неизменности величины напряжения питающей сети;

- незначительных изменений в величине сопротивления нагрузки.

Недостатком этого устройства является то обстоятельство, что при невыполнении указанных выше условий устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции приходится выполнять со значительно увеличенными массой и габаритными размерами, при необходимости даже незначительного изменения выходных параметров мощной преобразовательной подстанции оно становится неработоспособным. Даже при неизменности параметров мощной преобразовательной подстанции это устройство для стабилизации тока осуществляет стабилизацию тока мощной преобразовательной подстанции лишь с недостаточной степенью точности, так как ток изменяется в пропорции изменения питающей сети.

Изобретением решается задача устранения отмеченных выше недостатков, в частности: создания устройства для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции, обладающего работоспособностью и обеспечивающего работоспособность мощной преобразовательной подстанции в целом при изменяющихся входных параметрах, характеризующегося при этом многократным повышением точности стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции, а также значительным улучшением массогабаритных показателей самого устройства.

Для решения поставленной задачи в устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции, содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор, имеющий, по меньшей мере, две обмотки, фазоповоротный трансформатор, реактивные элементы, представляющие собой трехфазный резонансный реактор и три однофазные конденсаторные установки, причем обмотки фаз первой обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора, обмотки фаз трехфазного резонансного реактора и однофазные конденсаторные установки соединены в три трехфазные звезды; входные концы фазоповоротного трансформатора подключены к питающей сети, обмотки фаз второй обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора подключены к нагрузке, предложено, согласно настоящему изобретению ввести трехфазный автотрансформатор, содержащий, по меньшей мере, две обмотки, с одной из которых соединить, по меньшей мере, один из реактивных элементов; обмотки фаз первой обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора подключить к выходным концам фазоповоротного трансформатора, а обмотки фаз второй обмотки вольтодобавочного трансформатора подключить к питающей сети; кроме того, в устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции может быть введен, по меньшей мере, один переключатель для регулирования напряжения; и, по меньшей мере, одна из обмоток автотрансформатора может содержать регулировочные секции, соединенные, по меньшей мере, с одним из реактивных элементов и с введенным переключателем для регулирования напряжения; кроме того, в устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции может быть введен, по меньшей мере, один управляемый трехфазный реактор, при этом в автотрансформатор может быть введена дополнительная обмотка, соединенная с введенным управляемым трехфазным реактором.

Изобретение поясняется на примере выполнения чертежом, на котором представлена принципиальная электрическая схема заявляемого устройства для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции.

Устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции содержит трехфазный вольтодобавочный трансформатор 1.

Трехфазный вольтодобавочный трансформатор 1 содержит две обмотки: первую обмотку 2 и вторую обмотку 3. Первая обмотка 1 имеет три обмотки фаз 4, 5, 6 соответственно; вторая обмотка 3 имеет также три обмотки фаз 7, 8, 9.

Устройство содержит также фазоповоротный трансформатор 10 и реактивные элементы: трехфазный реактор 11 с обмотками фаз 12, 13, 14 и три однофазные конденсаторные установки 15, 16, 17.

Обмотки фаз 4, 5, 6 первой обмотки 2 вольтодобавочного трансформатора 1, обмотки фаз 12, 13, 14 резонансного реактора 11 и однофазные конденсаторные установки 15, 16, 17 соединены в три трехфазные "звезды".

Так, первую трехфазную "звезду" образуют обмотка фазы 5 первой обмотки 2 трехфазного вольтодобавочного трансформатора 1, обмотка фазы 12 резонансного реактора 11 и однофазная конденсаторная установка 15.

Вторую трехфазную "звезду" образуют обмотка фазы 4 первой обмотки 2 вольтодобавочного трансформатора 1, обмотка фазы 13 резонансного реактора 11 и однофазная конденсаторная установка 16.

Третью трехфазную "звезду" образуют обмотка фазы 6 первой обмотки 2 трехфазного вольтодобавочного трансформатора 1, обмотка фазы 14 резонансного реактора 11 и однофазная конденсаторная установка 17.

Входные концы фазоповоротного трансформатора 10 подключены к питающей сети 18.

Обмотки фаз 7, 8, 9 второй обмотки 3 вольтодобавочного трансформатора 1 подключены к нагрузке 19, которой является преобразовательная подстанция, питающая серию электролиза, и к питающей сети 18.

В состав устройства для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции большой мощности входит трехфазный автотрансформатор 20, содержащий обмотку 21, имеющую обмотки фаз 22, 23, 24, а также обмотку 25, имеющую обмотки фаз 26, 27, 28.

Однофазные конденсаторные установки 15, 16, 17 и обмотки фаз 12, 13, 14 резонансного реактора 11 подключены к обмоткам фаз 22, 23, 24, 26, 27, 28 обмоток 21 и 25 трехфазного автотрансформатора 20. В частности, однофазная конденсаторная установка 15 подключена к обмоткам фаз 22 и 26 обмоток 21 и 25 трехфазного автотрансформатора 20, однофазная конденсаторная установка 16 подключена к обмоткам фаз 23 и 27 обмоток 21 и 25 трехфазного автотрансформатора 20, а однофазная конденсаторная установка 17 подключена к обмоткам фаз 24 и 28 обмоток 21 и 25 трехфазного автотрансформатора 20.

Обмотка фазы 12 резонансного реактора 11 соединена с обмоткой фазы 26 обмотки 25 трехфазного автотрансформатора 20; обмотка фазы 13 резонансного реактора 11 соединена с обмоткой фазы 27 обмотки 25 трехфазного автотрансформатора 20; обмотка фазы 14 резонансного реактора 11 соединена с обмоткой фазы 28 обмотки 25 трехфазного автотрансформатора 20.

Обмотки фаз 4, 5, 6 первой обмотки 2 трехфазного вольтодобавочного трансформатора 1 подключены к выходным концам фазоповоротного трансформатора 10, обмотки фаз 7, 8, 9 второй обмотки 3 вольтодобавочного трансформатора 1 подключены к питающей сети 18.

Такое выполнение устройства для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции позволит значительно снизить угол фазового сдвига между токами в обмотках 4 и 7 вольтодобавочного трансформатора 1, что, в свою очередь, обеспечит снижение мощности реактивных элементов устройства, а следовательно, и суммарной мощности всех элементов устройства.

Кроме того, устройство содержит трехфазный переключатель для регулирования напряжения 29. Обмотка 25 трехфазного автотрансформатора 20 содержит регулировочные секции, соединенные с обмотками фаз 12, 13, 14 резонансного реактора 11 и трехфазным переключателем для регулирования напряжения 29.

Введение в обмотку трехфазного автотрансформатора 20 регулировочных секций, а также трехфазного переключателя для регулирования напряжения позволит оптимизировать устройство и обеспечить дискретную подстройку под необходимые выходные параметры преобразовательной подстанции.

Дополнительно к дискретной подстройке устройства может осуществляться плавное, точное регулирование за счет введенной в трехфазный автотрансформатор 20 дополнительной обмотки 30, соединенной с дополнительно введенным управляемым трехфазным реактором 31. В каждой фазе управляемый трехфазный реактор 31 имеет две ветви, индуктивность каждой из которых определяется током в его цепи управления. Таким образом, коэффициент трансформации трехфазного автотрансформатора 20 определяется в том числе соотношением индуктивности ветвей управляемого трехфазного реактора 31.

Как показали проведенные расчеты, стоимостные показатели заявляемого устройства для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции не превышают стоимости системы стабилизации тока на дросселях насыщения. В сравнении с последней система стабилизации, выполненная на базе заявленного устройства, позволяет, используя имеющееся оборудование, на несколько процентов увеличить выход алюминия. Это происходит за счет того, что дроссели насыщения снижают уровень напряжения на серии и только в моменты возникновения анодных эффектов поднимают его. При использовании же заявляемого технического решения постоянно имеет место повышенное напряжение на серии, а при возникновении анодных эффектов происходит их компенсация. В свою очередь, это обеспечит повышение степени точности мгновенной стабилизации тока в десятки раз, доведя ее до уровня ±0,2÷0,3%, а также повысить коэффициент мощности приблизительно с 0,88÷0,9 до 0,94÷0,96.

Стабилизация тока с указанной точностью уже достигнута на сериях электролиза алюминия, выполненных на базе параметрических источников тока (заявленное устройство также представляет собой параметрический источник тока) на Саянском и Тайшетском алюминиевых заводах.

В настоящее время готовится техническое предложение "Русалу" по использованию заявляемого решения на ряде алюминиевых заводов России.

Литература:

1. Авт. свид. СССР №1173487 МКИ³, Н 02 J 3/00, 1985 г.

1. Устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции, содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор, имеющий, по меньшей мере, две обмотки, фазоповоротный трансформатор, реактивные элементы, представляющие собой трехфазный резонансный реактор и три однофазные конденсаторные установки, причем обмотки фаз первой обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора, обмотки фаз трехфазного резонансного реактора и однофазные конденсаторные установки соединены в три трехфазные звезды; входные концы фазоповоротного трансформатора подключены к питающей сети, обмотки фаз второй обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора подключены к нагрузке, отличающееся тем, что оно содержит трехфазный автотрансформатор, содержащий, по меньшей мере, две обмотки, с одной из которых соединен, по меньшей мере, один из реактивных элементов; обмотки фаз первой обмотки трехфазного вольтодобавочного трансформатора подключены к выходным концам фазоповоротного трансформатора, а обмотки фаз второй обмотки вольтодобавочного трансформатора подключены к питающей сети.

2. Устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции по п.1, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один переключатель для регулирования напряжения; по меньшей мере, одна из обмоток автотрансформатора содержит регулировочные секции, соединенные, по меньшей мере, с одним из реактивных элементов и с введенным переключателем для регулирования напряжения.

3. Устройство для стабилизации тока мощной преобразовательной подстанции по п.1, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один управляемый трехфазный реактор, при этом в автотрансформатор введена дополнительная обмотка, соединенная с введенным управляемым трехфазным реактором.