Источник реактивной мощности



Источник реактивной мощности
Источник реактивной мощности
Источник реактивной мощности
Источник реактивной мощности
Источник реактивной мощности
Источник реактивной мощности
Источник реактивной мощности
Источник реактивной мощности
Источник реактивной мощности

 


Владельцы патента RU 2410786:

Брянцев Александр Михайлович (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в обеспечении защиты от перенапряжений. Источник реактивной мощности (ИРМ) содержит трехфазную конденсаторную батарею, выполненную из подключенных через выключатели секций, трехфазный, управляемый подмагничиванием реактор (УШР) с шестью стержнями, причем стержни охвачены сетевыми обмотками, подключенными к сети высокого напряжения, и разделенными на части обмотками управления, фильтры высших гармоник, управляемый выпрямитель, ввод для заземления, систему автоматического управления. При этом части обмоток управления включены в открытые двойные треугольники и соединены с трансформатором питания управляемого выпрямителя и фильтрами высших гармоник. Отличие от известных устройств заключается в том, что введена вторая трехфазная конденсаторная батарея, два открытых двойных треугольника частей обмоток управления соединены последовательно, общая точка последовательно соединенных двойных открытых треугольников подключена к вводу для заземления, а вторая трехфазная конденсаторная батарея подсоединена к обмоткам управления. 9 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам, и может использоваться в высоковольтных электрических сетях напряжением 110÷750 кВ для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения.

Известны традиционные средства компенсации и регулирования реактивной мощности в электрических сетях - синхронные компенсаторы (СК) и статические тиристорные компенсаторы (СТК). Аналогом предлагаемого изобретения по назначению и частично по составу оборудования является СТК, содержащий трехфазную силовую индуктивность и подключенную параллельно ей конденсаторную батарею [1]. Недостаток СТК в том, что он нуждается в закрытом помещении, специальном охлаждении деионизированной водой, специальном обслуживании, поскольку средством регулирования в них являются высоковольтные тиристорные ключи на номинальную мощность, не допускающую неизбежных в эксплуатации кратковременных и аварийных перегрузок. Кроме того, СТК не могут быть выполнены на напряжение 110÷750 кВ, что требует подключения их к промежуточному трансформатору на полную мощность либо к третичной обмотке существующих автотрансформаторов (что возможно в существующих сетях далеко не всегда). При этом значительно снижается эффективность регулирования реактивной мощности на стороне высокого напряжения. Кроме того, увеличивается стоимость оборудования, монтажа и эксплуатации.

В то же время существует новый тип регулируемой силовой индуктивности - управляемый подмагничиванием реактор [2], на базе которого созданы источники реактивной мощности, лишенные указанных выше недостатков, успешно заменяющие СТК в сетях напряжением 110-750 кВ.

Наиболее близким по назначению и составу оборудования (прототипом) является источник реактивной мощности [3], в котором недостатки устройства-аналога частично устранены. В известном устройстве имеется трехфазная секционированная конденсаторная батарея, трехфазный, управляемый подмагничиванием реактор с сетевой обмоткой и обмоткой управления. Части обмоток управления соединены в открытые двойные треугольники, также соединенные с выходом источника подмагничивания - управляемого выпрямителя. Прототип обеспечивает эффективное регулирование реактивной мощности в высоковольтных электрических сетях, снижение стоимости установленного оборудования. Однако он имеет недостатки. Из-за необходимости обеспечения нормальной работы и соблюдения правил техники безопасности один ввод выпрямителя должен быть заземлен. При этом схема оказывается несимметричной, что приводит к возникновению опасных перенапряжений на выпрямителе при переходных режимах. Кроме того, имеются затруднения при выборе параметров элементов конденсаторных батарей и выпрямителя (например, их номинальных напряжений), что снижает технико-экономические характеристики и функциональные возможности источника реактивной мощности (ИРМ).

Целью изобретения является ликвидация указанных недостатков, повышение надежности, улучшение технико-экономических характеристик и увеличение функциональных возможностей источника реактивной мощности.

Указанная цель достигается тем, что в источник реактивной мощности, содержащий трехфазную конденсаторную батарею, выполненную из подключенных через выключатели секций, трехфазный, управляемый подмагничиванием реактор с шестью стержнями, причем стержни охвачены сетевыми обмотками, подключенными к сети высокого напряжения, и разделенными на части обмотками управления, фильтры высших гармоник, управляемый выпрямитель, ввод для заземления, систему автоматического управления, при этом части обмоток управления включены в открытые двойные треугольники и соединены с трансформатором питания управляемого выпрямителя и фильтрами высших гармоник, введена вторая трехфазная конденсаторная батарея, два открытых двойных треугольника частей обмоток управления соединены последовательно, общая точка последовательно соединенных двойных открытых треугольников подключена к вводу для заземления, а вторая трехфазная конденсаторная батарея подсоединена к обмоткам управления.

На фиг.1. дана принципиальная схема трехфазного источника реактивной мощности в однофазном изображении. На фиг.2 показано расположение обмоток на стержнях магнитопровода трехфазного, управляемого подмагничиванием реактора (УШР), на фиг.3 - схема трехфазных секционированных батарей статических конденсаторов (БСК), на фиг.4 - схема трехфазного индуктивно-емкостного LC-фильтра высших гармоник (ФКУ), на фиг.5 - схема управляемого полупроводникового выпрямителя (ПП). На фиг.6 показаны сетевые обмотки, схема их соединений, части обмоток управления и вводы реактора (А, В и С), на фиг.7 представлена схема соединений частей обмоток управления реактора. На фиг.8 и фиг.9 показаны два варианта однофазных, управляемых подмагничиванием реакторов для использования их в трехфазной группе.

К шинам 1 трехфазной сети 110-750 кВ (фиг.1) подсоединена первая трехфазная конденсаторная батарея 2 - БСК1 (фиг.2). Она имеет две секции 3 и 4 с секционными выключателями 5 и 6. К сети подключен УШР 7 через выключатель 8.

К обмотке управления реактора (ОУ) подключен своим выходом (вводами «+» и «-») управляемый полупроводниковый выпрямитель ПП 9 (фиг.1 и фиг.5), а также вторая трехфазная секционированная конденсаторная батарея БСК2 10 (фиг.1) и трехфазный индуктивно-емкостной LC-фильтр высших гармоник (ФКУ) 11 (фиг.1 и фиг.4). ОУ подключена также к вводу для заземления 12 (фиг.1 и фиг.7).

Вход ПП 9 (вводы «≈») подсоединен к ОУ (питание трансформатора в ПП переменным током, фиг.1 и фиг.5).

Управление ПП 9 осуществляется системой автоматического регулирования 13 (САУ), к которой подводятся сигналы от трансформаторов тока и напряжения (на схеме не показаны). САУ 13 осуществляет автоматическое (при необходимости и ручное) регулирование тока подмагничивания и реактивной мощности УШР 7, управление коммутацией секционных выключателей БСК1 2 и БСК2 10, а также ряд других функций регулирования и защиты в аварийных режимах.

Магнитная система УШР (фиг.2) содержит шесть стержней 14 (по 2 стержня на каждую фазу), а также ярма - вертикальные 15 и горизонтальные 16. Обозначение стержней A1, A2, B1, B2, C1 и C2. Каждый стержень 14 охвачен сетевой обмоткой 17 и ОУ, разделенной на две части 18 и 19.

Расположение в магнитопроводе УШР стержней 14 в порядке A1-B1-C1-A2-B2-C2 необходимо для обеспечения оптимального распределения магнитной индукции по частям ярем, что обеспечивает минимальный расход электротехнической стали в ярмах.

Сетевые обмотки (СО) 17 стержней каждой фазы соединены попарно параллельно: A1 и A2, B1 и B2, C1 и C2 (фиг.6). Две части обмотки управления 18 и 19 первого стержня A1 фазы A обозначены а11 и а12 (первый индекс - номер стержня, второй - номер части обмотки управления на стержне, при этом единицей обозначена верхняя часть, а двойкой - нижняя). Соответственно две части ОУ 18 и 19 второго стержня A2 фазы A обозначены а21 и а22. Аналогично обозначены части ОУ стержней B1, B2, C1 и C2 других фаз. Части обмоток 17 и 18 соединены в четыре открытых треугольника. Попарно открытые треугольники соединены параллельно:

с11, в11, а1112, а12 с12 и

а21, с21, в2122, а22 с22,

Эти параллельно соединенные двойные открытые треугольники включены последовательно. Общая точка последовательно соединенных двойных открытых треугольников присоединена к вводу для заземления 12 (фиг.7).

Фазы батарей конденсаторов БСК2A, БСК2B и БСК2C подсоединяются к ОУ между попарно соединенными параллельно открытыми треугольниками к точкам соединений частей ОУ внутри каждого треугольника. На фиг.7 в левых попарно соединенных треугольниках с11, в11, а11, и в12 а12 с12 фаза A батареи БСК2A подключена одним вводом к точке соединения частей ОУ с11 и в11, а вторым вводом - к точке соединения частей ОУ в11 и a12. Соответственно фаза БСК2B - к точке соединений частей ОУ в11 и а11 и к точке соединения частей ОУ а12 и с12. В правых попарно соединенных треугольниках фаза БСК2C подключена к точке соединения частей ОУ a21 и с21 и к точке соединения частей ОУ в22 и а22. Фазы фильтра высших гармоник ФКУA, ФКУB и ФКУC подсоединяются параллельно соответствующим фазам БСК2A, БСК2B и БСК2C (фиг.7).

Питание ПП от ОУ осуществляется подключением входа ПП (вводы «≈») к точке соединения частей ОУ с21 и в21 и к точке соединения частей ОУ а22 и с22 (фиг.7).

Расположение двенадцати частей ОУ 18 и 19 а11…с22 в определенном порядке в каждом из 4-х открытых треугольников необходимо для того, чтобы обеспечить симметричное трехфазное напряжение на фазах БСК2A, БСК2B и БСК2C и фазах ФКУA, ФКУB и ФКУC. Кроме того, применяя заданный порядок расположения частей обмоток, можно варьировать величину напряжения: U, 2U или √3U, где U - напряжение одной части ОУ в режиме холостого хода реактора.

Например, в варианте на фиг.7 на фазы БСК; и ФКУ подается трехфазное напряжение величиной Uа, Uв и Uc, а на вход ПП (на вводы «≈» на фиг.1 и фиг.5) - напряжение величиной Uа. По модулю все напряжения равны U.

При необходимости экспертизе могут быть предоставлены подробные обоснования выбора чередования частей ОУ в открытых треугольниках.

Выполнение УШР, входящего в состав ИРМ, возможно не только в виде трехфазного реактора с одним магнитопроводом (фиг.2), но и в виде трехфазной группы однофазных реакторов.

В магнитопроводе каждого однофазного реактора имеется два стержня 14, ярма вертикальные 15 и горизонтальные 16 (фиг.8 и фиг.9). Стержни охвачены сетевой обмоткой 17 и ОУ, состоящей на каждом стержне из двух частей 18 и. 19. Если стержни 14 и части ОУ 18 и 19 имеют круглое сечение, то оба стержня реактора охвачены двумя круглыми сетевыми обмотками 17 (фиг.8). Если стержни 14 и части ОУ 18 и 19 имеют овальное сечение, то оба стержня реактора охвачены одной круглой сетевой обмоткой 17 (фиг.9). В трехфазной группе однофазных реакторов в сумме имеется шесть стержней, охваченных сетевой обмоткой и частями ОУ. Поэтому для трехфазной группы применяются все ранее рассмотренные схемы соединений.

ОУ конструктивно может быть выполнена как в виде обмотки, разделенной по высоте на две части 18 и 19 (фиг.2, фиг.8, фиг.9), так и в виде двух обмоток, расположенных концентрично, или двух обмоток, вмотанных друг в друга.

Источник реактивной мощности работает следующим образом.

При полной нагрузке сети (в дневное время суток) из-за падения напряжения возникает недостаток реактивной мощности и снижение напряжения сети. САУ 13, получив соответствующую информацию о величине напряжения в сети, вырабатывает и передает сигналы на включение выключателями секций БСК1 2 и БСК2 10 и снижение до нуля напряжения УШР 7. УШР 7 снижает свой ток до минимального и переходит в режим холостого хода. ИРМ переходит в режим выдачи в сеть максимальной реактивной мощности от конденсаторной батареи.

При снижении нагрузки (например, в ночное время суток) и ее отсутствии (в аварийных ситуациях) в сети имеется избыточная реактивная мощность из-за наличия распределенной емкости сети на землю. В сети возникает повышенное напряжение, для снижения которого необходима работа ИРМ в режиме потребления реактивной мощности. В этом случае САУ 13 автоматически обеспечивает работу в режиме потребляемой устройством реактивной мощности при отключенных БСК1 2 и БСК2 10 и включенном на полную мощность УШР 7. В этом режиме ПП 9, питаемый от обмоток управления УШР 7, загружен на полную мощность. Двойные открытые треугольники частей обмоток управления фактически переходят в режим работы, при котором цепи постоянного тока и подмагничивания и цепи переменного тока питания трансформаторов электрически работают независимо. В этом режиме, как и во всех режимах нагрузки, реактор фактически работает как реактор-трансформатор.

В промежуточных режимах при изменении нагрузки в сети происходит изменение напряжения, и САУ 13, которая, регулируя ток подмагничивания УШР 7 и включение или отключение секций БСК1 2 и БСК2 10, автоматически поддерживает напряжение сети в заранее установленных в САУ 13 пределах.

При работе УШР в заданных режимах в его токе могут возникать нелинейные искажения высшими гармониками. Радикальное снижение всех высших четных гармоник тока достигается параллельным включением двух СО в каждой фазе (A1 и A2, B1 и B2, C1 и C2). Радикальное снижение всех высших гармоник, кратных трем, достигается включением в треугольник ОУ. Включенный LC-фильтр ФКУ 11 обеспечивает необходимое снижение уровня высших гармоник (в основном 5-й и 7-й гармоник). Все указанные меры обеспечивают снижение нелинейных искажений в токе УШР и в напряжении на его сетевых вводах (A, B и C) до уровня, необходимого для соблюдения норм качества электрической энергии у потребителей.

Отличием предлагаемого ИРМ от известных устройств является то, что схема позволяет осуществить симметричное заземление цепи обмоток управления УШР 7 и преобразователя ПП 9, что исключает возникновение на низковольтных ОУ недопустимого «плавающего потенциала» из-за емкостных и индуктивных паразитных связей со стороной высокого напряжения и из-за трансформирования перенапряжений со стороны сетевых обмоток. Это опасно из-за возможных разрядов и пробоев изоляции в УШР.

Полная симметричность схемы гарантирует отсутствие опасных перенапряжений на низковольтном выходе ПП (вводы «+» и «-») со стороны управляемого реактора при любых стационарных и переходных режимах, что опасно для тиристоров ПП, которые могут быть повреждены. Симметричность схемы отличает предлагаемое устройство и от прототипа, и от всех аналогов.

Повышение надежности ИРМ, гарантированное отсутствием опасных перенапряжений за счет полной симметричности схемы, полученное установкой новых связей между элементами устройства, - это один из основных положительных факторов. Также улучшаются другие технико-экономические характеристики ИРМ-конденсаторных батарей и LC-фильтров высших гармоник - за счет возможности оптимального выбора их номинальных напряжений. Полученные преимущества нового устройства в сумме увеличивают функциональные возможности ИРМ.

Работоспособность ИРМ и его высокие технико-экономические показатели подтверждены расчетами, математическим моделированием, результатами испытаний аналогичных устройств. На ближайшее время намечено изготовление опытных образцов ИРМ для серийного производства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Статические тиристорные компенсаторы для энергосистем и сетей электроснабжения. Бортник И.М. и др. Электричество, 1985, №2.

2. Управляемые подмагничиванием электрические реакторы. Сб. статей./ Под ред. доктора тех. наук проф. А.М.Брянцева. - М.: Знак. 2004.

3. Патент на изобретение РФ №2335026 по заявке №2007128878, приоритет изобретения 27.07.2007. Опубликовано 27.09.2008.

Источник реактивной мощности, содержащий трехфазную конденсаторную батарею, выполненную из подключенных через выключатели секций, трехфазный управляемый подмагничиванием реактор с шестью стержнями, причем стержни охвачены сетевыми обмотками, подключенными к сети высокого напряжения, и разделенными на части обмотками управления, фильтры высших гармоник, управляемый выпрямитель, ввод для заземления, систему автоматического управления, при этом части обмоток управления включены в открытые двойные треугольники и соединены с трансформатором питания управляемого выпрямителя и фильтрами высших гармоник, отличающийся тем, что введена вторая трехфазная конденсаторная батарея, два открытых двойных треугольника частей обмоток управления соединены последовательно, общая точка последовательно соединенных двойных открытых треугольников подключена к вводу для заземления, а вторая трехфазная конденсаторная батарея подсоединена к обмоткам управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к устройствам для компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым шунтирующим реакторам-трансформаторам (УШРТ), и может быть использовано для компенсации избыточной реактивной мощности высоковольтной линии электропередачи и изменения в ней в широких пределах общего уровня напряжения.

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве статического компенсатора избыточной реактивной мощности в электрических сетях. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к защите и автоматике энергосистем, и может использоваться для эффективного гашения дуги емкостного тока в цикле однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) линии электропередач при возникновении однофазных замыканий на землю.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в управляемых подмагничиванием реакторах, устанавливаемых, например, в электрических сетях в качестве шунтирующих реакторов для компенсации реактивной мощности параллельно с конденсаторными батареями и др.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ограничения тока короткого замыкания в сети. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам, и может использоваться в высоковольтных электрических сетях напряжением 110-750 кВ для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам, и может использоваться в высоковольтных электрических сетях напряжением 110...750 кВ для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети для компенсации реактивной мощности, стабилизации Т напряжения, параллельной работы с конденсаторными батареями, повышения пропускной способности и др

Изобретение относится к области электротехники, а именно к реле направления мощности на основе трансформаторов с вращающимся магнитным полем, и может быть использовано при направленной защите линий электропередач

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети для компенсации реактивной мощности, стабилизации напряжения, параллельной работы с конденсаторными батареями, повышения пропускной способности и др

Изобретение относится к области электротехники, в частности к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам, и может использоваться в высоковольтных электрических сетях напряжением 110÷750 кВ для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения

Изобретение относится к электротехнике, к высоковольтным регулируемым электротехническим комплексам для высоковольтных электрических сетей напряжением 110-750 кВ для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения

Изобретение относится к электротехнике, к управляемым шунтирующим реакторам (УШР) в сетях с существенной долей нагрузки, чувствительной к уровню напряжения и к скорости его изменения

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в управляемых подмагничиванием реакторов, устанавливаемых, например, в электрической сети для компенсации реактивной мощности, стабилизации напряжения, параллельной работы с конденсаторными батареями, повышения пропускной способности и др

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации избыточной реактивной мощности преимущественно дальних линий электропередачи и изменения на них напряжения. Технический результат заключается в совмещении в шунтирующем реакторе-автотрансформаторе функций регулирования реактивной мощности и регулирования напряжения в широком диапазоне на линии электропередачи. Устройство содержит магнитопровод с ярмами и основным стержнем, разделенным на два продольных стержня, первый из которых охватывают обмотка управления и последовательная часть сетевой обмотки, включенной по автотрансформаторной схеме, а второй - охватывает обмотка подмагничивания. Компенсационная обмотка и общая часть сетевой обмотки охватывают оба стержня с размещенными на них обмотками. Регулирование напряжения производится путем изменения сцепления основного магнитного потока с последовательной частью сетевой обмотки, выполняемого регулированием тока обмотки управления. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам управляемых подмагничиванием шунтирующих реакторов (УШР), представляющих собой комплексы электротехнического оборудования для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП). Технический результат состоит в повышении быстродействия, снижении влияния режимов работы преобразователя подмагничивания реактора на сеть собственных нужд подстанции, расширении функциональных возможностей, в том числе за счет подмагничивания при отсутствии напряжения на высоковольтных вводах. УШР содержит электромагнитную часть, преобразователь подмагничивания, систему управления, регулирования, защиты и автоматики. Электромагнитная часть содержит магнитопровод с двумя стержнями на каждую фазу сети. На стержнях расположены сетевые обмотки, обмотки управления и компенсационные обмотки. Обмотки управления могут быть совмещены с сетевыми обмотками. Преобразователь подмагничивания содержит управляемый выпрямитель с двухобмоточным трансформатором питания, вторичные обмотки которого соединены с входом переменного тока управляемого выпрямителя. а первичные обмотки - с выходом переменного тока преобразователя постоянного тока в переменный. Первичные обмотки двухобмоточного трансформатора питания соединены с выводами компенсационной обмотки реактора, а вторичные - с входом переменного тока преобразователя переменного тока в постоянный. Входы постоянного тока преобразователей постоянного тока в переменный и переменного тока в постоянный соединены между собой и с накопителем электрической энергии. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к управляемым источникам реактивной мощности, может быть использовано для компенсации реактивной мощности в узлах сети высокого напряжения и стабилизации напряжения и предназначено для использования одновременно в качестве трансформатора, если напряжение от устройства управления отсутствует, и регулируемого источника реактивной мощности, аналогичного по функциям синхронному компенсатору за счет подключения ко вторичной обмотке трансформатора конденсаторной батареи и регулирования постоянного тока в обмотке управления. Управляемый подмагничиванием трансформатор отличается от однофазных трансформаторов броневого типа тем, что на боковых стержнях магнитопровода дополнительно размещены обмотки управления, включенные встречно и подключенные к регулируемому источнику постоянного напряжения. Изобретение обеспечивает возможность отказа от специального изготовления однофазного управляемого подмагничиванием трансформатора за счет использования серийного трехфазного трансформатора, в котором в качестве обмоток управления используются обмотки боковых стержней.9 ил.
Наверх