Способ передачи электрической энергии трехфазного напряжения на переменном токе и система для его реализации

Изобретение относится к области передачи и распределения электрической энергии и может быть использовано для ограничения величины токов короткого замыкания (т.к.з.) в питающей сети и нагрузки, а также в системах резервирования источников питания переменного тока. Технический результат заключается в снижении величины т.к.з., уменьшении потери в питающей сети при снижении требований к выключателям по отключающей способности, уменьшении суммарного сечения питающих токоведущих проводников, а следовательно, в снижении материальных затрат. Согласно способу на передающей подстанции трехфазное переменное напряжение преобразовывают в две трехфазные системы напряжения с однонаправленными встречными токами и передают электроэнергию по шестипроводной распределительной сети, на конце которой осуществляют обратное преобразование напряжения в трехфазное переменное путем суммирования магнитных потоков в магнитопроводе трехфазного трансформатора с расщепленными первичными обмотками. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области передачи и распределения электрической энергии и может быть использовано для ограничения величины токов короткого замыкания (т.к.з.) в питающей сети и нагрузки, а также в системах резервирования источников питания переменного тока.

Практическая необходимость в использовании предлагаемого решения заключается в потребности снижения потерь гидроэнергии, облегчения конструкции распределительных устройств (РУ) и, в первую очередь, коммутационной аппаратуры как самой дорогостоящей части РУ, экономии кабельной продукции.

Увеличение эффективности передачи электрической энергии и снижение ее потерь достигается уменьшением сопротивления токопроводящих элементов системы электропитания, что, в свою очередь, обусловливает наличие больших т.к.з. в аварийных режимах, которое и определяют основную проблему. Именно большие т.к.з. - причина удорожания РУ коммутационной аппаратуры, завышения сечения проводов и кабелей. Известен способ дифференциальной высокочастотной защиты трехфазной линии электропередачи и устройство для его реализации (пат. РФ №2171003, H02H 3/28, опубл. 20.07.2001). Это изобретение касается релейной защиты, как основной, на линиях электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения. Техническим результатом является повышение чувствительности, надежности и снижение массогабаритных показателей, что достигается за счет использования электромагнитного токового реле с насыщающимся трансформатором тока, через последовательно соединенные первичные обмотки которого пропускают преобразованные трансформаторами тока фаз А, В и С линии. При этом ток фазы В протекает через каждую из первичных обмоток насыщающегося трансформатора тока встречно по контурному протеканию током фаз А и С. Для истечения информации о фазе токов на каждой из сторон линии последовательно в цепь короткозамкнутой обмотки включена первичная обмотка промежуточного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к информационному входу приемопередатчика который преобразует ее в высокочастотный сигнал и передает на приемопередатчик другой стороны линии. При возникновении короткого замыкания в линии сигнал с выхода приемопередатчика, и с выхода исполнительного органа электромагнитного реле обеспечивает замыкание соответствующих замыкающих контактов цепи отключения защиты, с которой подается сигнал на отключение линии.

Однако это решение имеет следующие недостатки:

- способ не снижает величину т.к.з., а отключает линию электропередачи, что приводит к перерывам в электропитании потребителей;

- используется многоуровневая система измерения и передачи информации, что снижает надежность в целом;

- наличие дополнительных электромеханических контактов, имеющих ограниченные ресурсы работы и снижающие надежность.

В качестве прототипа принят способ передачи электрической энергии трехфазного напряжения на переменном токе (Глазунов А.А. Электрические сети и системы. Госэнергоиздат, М., 1960, с.233-237).

В этом способе на передающей подстанции снижают потери в токоведущих проводах, уменьшая величину тока за счет увеличения напряжения электромагнитным путем при помощи трансформаторного оборудования, затем энергию передают через линию электропередачи, на конце которой производят обратное преобразование - понижают напряжение до величины, определяемой распределительными сетями и потребителями электрической энергии, также электромагнитным путем понижающими трансформаторами.

Недостаток способа - высокие т.к.з., повышенные потери.

Система передачи электрической энергии для реализации способа по прототипу (см. там же) приведена на фиг.1 - принципиальная схема. Она содержит передающую подстанцию I, высоковольтный выключатель II, выключатель отходящей линии III, линию электропередачи с трехфазными кабелями, трансформаторную подстанцию IV, распределительную сеть.

Подключение осуществлено трехпроводным кабелем с последовательно установленным токоограничивающим реактором V к трехфазному трансформатору трансформаторной подстанции IV. В настоящее время для целей ограничения т.к.з. в распределительных сетях широко применяют токоограничивающие реакторы. Однако снижая т.к.з. за ними, реакторы увеличивают потери всех видов (электроэнергии, напряжения, мощности), при этом сама проблема больших т.к.з. не решается. Например, при к.з. перед реактором выключатель должен по отключающей способности быть рассчитан на полный т.к.з., и часто этот выключатель является единственным резервирующим защитным аппаратом для нижестоящих при крайне ограниченном ассортименте его выбора. Эта проблема особенно остро стоит для мощных районных РУ, главных РУ ТЭЦ и аналогичных (на таких объектах выключатели уникальны и дорогостоящи). Область применения токоограничивающих реакторов ограничена, и на низком напряжении (до 1000 В) они практически не применяются.

Большие т.к.з. вместе с нарастающей (по мере приближения к источнику питания) выдержкой времени релейной защиты - главная причина термического действия т.к.з. на все элементы распределительной сети до точки к.з. и, как следствие, выбора вынужденного запаса по сечению проводникового материала, усложнения конструкции элементов сети для выдерживания больших термических нагрузок и динамических усилий. Т.о., недостаток системы для реализации способа - дороговизна, большое суммарное сечение питающих токоведущих проводников, проводов, кабелей, высокие требования к выключателям по отключающей способности.

Недостатки способа и системы устраняются предлагаемым решением.

Решаемая задача - совершенствование известного способа и системы для его реализации в части повышения эффективности первого и удешевления второго.

Технический результат для способа заключается в снижении т.к.з., уменьшении потерь в питающей сети при снижении в системе требований к выключателям по отключающей способности, уменьшении суммарного сечения питающих токоведущих проводников.

Этот технический результат достигается тем, что в способе передачи электрической энергии трехфазного напряжения на переменном токе, при котором на передающей подстанции снижают потери в токоведущих проводах, уменьшая величину тока за счет увеличения напряжения электромагнитным путем при помощи трансформаторного оборудования, затем энергию передают через линию электропередачи, на конце которой производят обратное преобразование - понижают напряжение до величины, определяемой распределительными сетями и потребителями электрической энергии, также электромагнитным путем понижающими трансформаторами, на передающей подстанции трехфазное переменное напряжение преобразуют в две трехфазные системы напряжений с однонаправленными встречными токами, передают электроэнергию по шестипроводной распределительной сети, на конце которой осуществляют обратное преобразование напряжения в трехфазное переменное путем суммирования магнитных потоков в магнитопроводе трехфазного трансформатора с расщепленными первичными обмотками; в системе для реализации способа, содержащей передающую подстанцию, высоковольтный выключатель, выключатель отходящей линии, линию электропередачи с трехфазными кабелями, трансформаторную подстанцию, распределительную сеть, между выключателем отходящей линии и трансформаторной подстанцией включены две трехфазные вентильные группы с взаимно противоположными направлениями электропроводности, в трансформаторной подстанции установлен понижающий трансформатор с расщепленными первичными обмотками, соединенными по схеме "звезда", нейтрали которых соединены между собой, а вентильные группы соединены двумя трехфазными кабелями с первичными обмотками понижающего трансформатора.

При любом виде к.з. за трансформатором величина его не превышает двухкратного номинального тока нагрузки, а повреждения в кабельной линии сопровождаются нессиметричным режимом работы трансформатора.

На фиг.2 приведена структурная схема для реализации способа. Она состоит из передающей подстанции ГПП-1, вводного высоковольтного выключателя ВВ1-2, выключателя отходящей линии ВВ2-3, двух трехфазных вентильных групп (ВГ1, ВГ2)-4 с взаимно противоположными направлениями электропроводности, шестипроводной системы проводников - 5, трансформаторной подстанции (ТП) - 6, оборудованной понижающим трансформатором 7 с расщепленными первичными обмотками, соединенными по схеме "звезда", их нейтрали соединены между собой, а вентильные группы 4 соединены двумя трехфазными кабелями с первичными обмотками понижающего трансформатора.

Способ осуществляют следующим путем. Токи каждой питающей сети распределяются по двум расщепленным обмоткам трансформатора на подстанции 6 посредством двух вентильных групп 4. Сумма токов всех высоковольтных обмоток в нейтрали равна нулю, условия электропроводности вентелей определяются фазными напряжениями питающей сети относительно нейтрали трансформатора 7.

Пример осуществления способа реализуется в соответствии с принципиальной схемой (фиг.3), которая содержит трехфазную питающую сеть А В С, две вентильные группы 4 с вентилями VD1, VD2, VD3 одного направления и вентилями VD4, VD5, VD6-образного направления электропроводности, соединенные с началом соответствующих первичных обмоток W1, W2, и W4, W5, W5 трансформатора 7 (ТП). Высоковольтные обмотки трансформатора 7 соединены по схеме "звезда" с общим нулевым проводом для обеспечения первого закона Кирхгофа в предлагаемой шестипроводной системе электропитания.

Токи каждой фазы сети распределяются по двум расщепленным обмоткам W1, W4; W2, W5; W3, W6 посредством двух вентильных групп VD1, VD2, VD3 и VD4, VD5, VD6. Сумма всех высоковольтных обмоток W1-W6 в нейтрали Т равна нулю, условия электропроводности вентилей VD1-VD6 определяются фазными напряжениями питающей сети относительно нейтрали Т трансформатора 7. Каждый из вентилей находится в проводящем состоянии в интервалах 180 электрических градусов в соответствующей сети относительно нейтрали Т первичных обмоток трансформатора 7. Это определяет однонаправленное протекание токов в обмотках W1-W6. Магнитные потоки, создаваемые токами расщепленных обмоток W1-W6, суммируются в магнитопроводе трансформатора 7 и наводят переменные э.д.с. во вторичных обмотках Wа, Wв, Wс.

При любом виде к.з. за трансформатором величина его не превышает двухкратного номинального тока нагрузки, а повреждения в кабельной линии сопровождаются нессиметричным режимом работы трансформатора со значительно более низкими значениями к.т.з., т.к. их величины ограничены индуктивными сопротивлениями от магнитных потоков рассеяния обмоток трансформатора.

Таким образом, при реализации предлагаемого изобретения достигаются следующие результаты:

- существенное снижение величины т.к.з. в любой точке между вентильными группами и нагрузкой и, как следствие, снижение требований к выключателям по отключающей способности,

- удешевление РУ и распределительной подстанции (РП) в целом,

- уменьшение суммарного сечения питающих токоведущих проводников (проводов, кабелей),

- снижение потерь электроэнергии, напряжения и мощности (активной и реактивной составляющих).

1. Способ передачи электрической энергии трехфазного напряжения на переменном токе, при котором на передающей подстанции снижают потери в токоведущих проводах, уменьшая величину тока за счет увеличения напряжения электромагнитным путем при помощи трансформаторного оборудования, затем энергию передают через линию электропередачи, на конце которой производят обратное преобразование - понижают напряжение до величины, определяемой распределительными сетями и потребителями электрической энергии, так же электромагнитным путем понижающими трансформаторами, отличающийся тем, что на передающей подстанции трехфазное переменное напряжение преобразуют в две трехфазные системы напряжений с однонаправленными встречными токами, передают электроэнергию по шестипроводной распределительной сети, на конце которой осуществляют обратное преобразование напряжения в трехфазное переменное путем суммирования магнитных потоков в магнитопроводе трехфазного трансформатора с расщепленными первичными обмотками.

2. Система передачи электрической энергии трехфазного напряжения на переменном токе, содержащая передающую подстанцию, высоковольтный выключатель, выключатель отходящей линии, линию электропередачи с трехфазными кабелями, трансформаторную подстанцию, распределительную сеть, отличающаяся тем, что между выключателем отходящей линии и трансформаторной подстанцией включены две трехфазные вентильные группы с взаимно противоположными направлениями электропроводности, в трансформаторной подстанции установлен понижающий трансформатор с расщепленными первичными обмотками, соединенными по схеме «звезда», нейтрали которых соединены между собой, причем вентильные группы соединены двумя трехфазными кабелями с первичными обмотками понижающего трансформатора.