Блок трансформатор(ы)-выключатель и электрическая сеть переменного тока

Изобретение относится к области коммутации, преобразования и передачи электроэнергии на дальние расстояния. Технический результат заключается в повышении надежности и экономичности коммутационной аппаратуры и электрической сети. Электрическая сеть выполнена из двух параллельных ЛЭП, провода которых на каждой из сторон соединены через разъединители с фазными выводами двух линейных обмоток трансформатора(ов), нейтральные выводы фаз линейных обмоток трансформатора(ов) подключены следующим образом: по фазе B обмоток (2) и (3) между группами вентилей (9, 10 и 11, 12), фаза A обмотки (2) и фаза C обмотки (3), фаза C обмотки (2) и фаза A обмотки (3) между группами вентилей (9, 12 и 10, 11) соответственно, по фазе C обмоток (5, 6) между группами вентилей (13, 14 и 15, 16), фаза A обмотки (5) и фаза B обмотки (6), фаза B обмотки (5) и фаза A обмотки (6) между группами вентилей (13, 16) и (14, 15) соответственно, причем группы полупроводниковых вентилей на каждой из сторон выполнены управляемыми, замкнуты в кольцо, а одна из точек между группами вентилей на каждой из сторон заземлена. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам коммутации, преобразования и передачи электроэнергии на дальние и сверхдальние расстояния

Известен блок трансформатор-выключатель, в котором применены две трехфазные обмотки с нейтральными и фазными выводами и четыре группы полупроводниковых вентилей, которые соединены последовательно и замкнуты в кольцо, причем нейтральные выводы подключены между группами вентилей в очередности: фаза A, две фазы B, фаза A, две фазы C соответствующих обмоток трансформатора, см. патент RU №2375777, кл. H01H 9/30, 2006.

В таком поставленном под напряжение блоке трансформатор-выключатель работа каждого полупроводникового вентиля отображена в таблице 1.

Таблица 1

0

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

4 (9)

$$\sqrt{3}/2$$

1

$$\sqrt{3}$$

2

$$\sqrt{3}$$

3/2

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

5 (10)

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

$$\sqrt{3}/2$$

1

$$\sqrt{3}$$

2

$$\sqrt{3}$$

3/2

6 (11)

$$\sqrt{3}$$

1

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

$$$$

$$\sqrt{3}/2$$

3/2

$$\sqrt{3}$$

2

7 (12)

$$\sqrt{3}/2$$

3/2

$$\sqrt{3}$$

2

$$\sqrt{3}$$

1

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

На фиг.1 приведена принципиальная схема блока трансформатор(ы) - выключатель трехфазного тока.

Схема фиг.1 содержит трехфазный трехобмоточный трансформатор 1 с обмотками 2 и 3, имеющими фазные и нейтральные выводы и полупроводниковые вентили 9-12, причем вентили выполнены управляемыми.

Полупроводниковые вентили 9-12 соединены последовательно и замкнуты в кольцо, а между вентилями подсоединены нейтральные выводы трехфазных обмоток 2 и 3 в очередности: фаза A первой и фаза C второй; фаза B первой; фаза C первой и фаза A второй; фаза B второй трехфазных обмоток.

Работа блока трансформатор(ы)-выключатель иллюстрируется таблицей 2 на примере предлагаемой ниже трехфазной электрической сети переменного тока, фиг.2.

В скобках указаны тождественные номера полупроводниковых вентилей предлагаемого блока трансформатор(ы)-выключатель.

Сравнение относительных величин нагрузок полупроводниковых вентилей известного блока трансформатор-выключатель (таблица 1) с нагрузкой полупроводниковых вентилей предлагаемого (таблицы 2 и 3) показывает очевидное преимущество последнего по надежности и экономичности.

Известна электрическая сеть переменного тока, содержащая m-фазные цепи линий электропередачи, подключенной на передающей и приемной стороне к одним выводам разъединителей, трансформаторы с обмотками, имеющими нейтральные и фазные выводы на каждой из этих сторон, в которой применены четыре m-фазные группы диодов, подсоединенных одними концами к нейтральным выводам обмоток трансформатора, а другими - к земле, причем фазные выводы обмоток трансформаторов присоединены к другим выводам разъединителей, диоды с обеих сторон каждой цепи и в обеих цепях с одной стороны включены встречно, а каждый диод с каждой из сторон одной цепи соединен с одним диодом с той же стороны другой цепи через коммутационный аппарат (см. авт. свид. СССР №2375803, кл. H02J 3/00, 1983).

Недостатками такой электрической сети переменного тока являются наличие выключателей с механическими контактами, большее количество полупроводниковых вентилей, высокое обратное напряжение на этих вентилях и их недостаточное использование, что снижает экономичность и надежность электрической сети и усложняет ее схему.

Наиболее близкой к изобретению является электрическая сеть переменного тока, выполненная из трех параллельных линий электропередач, подключенных через разъединители и линейные фазные обмотки нейтральными выводами к общим точкам, соединенных последовательно и замкнутых в кольцо из шести групп управляемых полупроводниковых вентилей на передающей и приемной сторонах, см. патент РФ №2375803, кл. H02J 3/00, бюл.34, 2009.

Такая электрическая сеть переменного тока обладает недостаточной надежностью и экономичностью.

Задачей предлагамого технического решения является устранение указанных недостатков.

Поставленная задача достигается тем, что в электрической сети переменного тока с двумя ЛЭП провода через разъединители подключены к фазным выводам линейных обмоток трансформатора(ов) передающей и приемной сторон, нейтральные выводы вторых фаз линейных обмоток подключены к общим точкам между полупроводниковыми вентилями колец со сдвигом по фазе приемной стороны по отношению к передающей.

На фиг.2 приведена принципиальная схема электрической сети переменного тока, где приняты следующие обозначения: трансформатор 1 передающей стороны с линейными обмотками 2, 3, трансформатор 4 приемной стороны с линейными обмотками 5, 6, разъединители 7, провода 8 ЛЭП и полупродниковые вентили 9-16, причем вентили 9-16 выполнены управляемыми.

Линейные обмотки 2,3 соединены пофазно через разъединители 7 и провода 8 ЛЭП с линейными обмотками 5, 6.

На приемной и передающей стороне по четыре группы полупроводниковых вентилей 9-12 и 13-16 замкнуты в кольцо.

К общим точкам между полупроводниковыми вентилями 9, 10 и 11, 12, на одном диаметре кольца, подключены нейтральные выводы фаз B линейных обмоток 2,3, а к общим точкам между полупроводниковыми вентилями 9, 12 и 10, 11, на другом диаметре кольца, по нейтральному выводу: фазы A обмотки 2, фазы C обмотки 3 и фазы C обмотки 2, фазы A обмотки 3.

К общим точкам между полупроводниковыми вентилями 13, 14 и 15, 16, на одном диаметре кольца подключены: нейтральные выводы фаз C линейных обмоток 5, 6, а к общим точкам между полупроводниковыми вентилями 13, 16 и 14, 15, на другом диаметре кольца, по нейтральному выводу: фазы A обмотки 5, фазы B обмотки 6 и фазы B обмотки 5 и фазы A обмотки 6 соответственно, причем общие точки между группами вентилей 9, 12 и 14, 15 заземлены.

При поставленном под напряжение трансформаторе 1 передающей стороны и полностью открытых вентилях 9-16 электрическая сеть работает в режиме передачи электрической энергии.

В таблице 2 приведен алгоритм работы полупроводниковых вентилей 9-12 передающей стороны электрической сети переменного тока.

Таблица 2

0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

9, 11

1/2

$$\sqrt{3}/2$$

1

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

10, 12

$$\sqrt{3}/2$$

1

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

1/2

В таблице 3 приведен алгоритм работы полупроводниковых вентилей 13-16 приемной стороны электрической сети переменного тока.

Таблица 3

0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

13, 15

1/2

$$\sqrt{3}/2$$

1

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

14, 16

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

1/2

$$\sqrt{3}/2$$

1

Анализ таблиц 2 и 3 показывает, что каждый вентиль в рабочем режиме пропускает полусинусоиду переменного тока со сдвигом по фазе между конвыми подстанциями в 60 эл. град.

Такая электрическая сеть переменного тока при реальной длине ЛЭП в 1500 км способна, в частности, работать в режиме полуволны.

В таблице 4 приведен алгоритм работы полупроводниковых вентилей 11-16 при полностью закрытых вентилях 9-12.

Таблица 4

0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

°330°

13, 15

1/2

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

14, 16

1/2

$$\sqrt{3}/2$$

1/2

Анализ таблицы 4 показывает, что при закрытых вентилях 9-12 в электрической сети через протекают импульсы тока с амплитудой в $$\sqrt{3}/2$$ продолжительностью в 120 эл. град. с паузой в 240 эл. град., которые дополнительно коммутируются разъединителями 7.

Такое выполнение электрической сети переменного тока повышает ее надежность и экономичность.

1. Блок трансформатор-выключатель трехфазного тока, содержащий трехобмоточный трансформатор и полупроводниковые вентили, отличающийся тем, что в нем применены две параллельные синфазные обмотки с нейтральными выводами и четыре группы полупроводниковых вентилей, которые соединены последовательно и замкнуты в кольцо, причем нейтральные выводы первой фазы одной обмотки и третьей фазы другой обмотки попарно соединены между собой и подкачены к общим точкам между группами полупроводниковых вентилей на одном диаметре кольца, а нулевые выводы вторых фаз подключены к общим точкам между группами полупроводниковых вентилей на другом взаимно перпендикулярном диаметре кольца.

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что группы полупроводниковых вентилей в нем выполнены управляемыми.

3. Блок по п. 1, отличающийся тем, что одна из точек между группами полупроводниковых вентилей заземлена.

4. Электрическая сеть переменного тока, содержащая две трехфазные цепи линии электропередачи, подключенной на приемной и передающей стороне к одним выводам разъединителей, два блока трансформатор-выключателей с линейными обмотками, имеющими фазные и нейтральные выводы на каждой из этих сторон, и группы полупроводниковых вентилей, отличающаяся тем, что на каждой из сторон применено по четыре группы полупроводниковых вентилей, замкнутых в кольцо, к диаметральным общим точкам между которыми подключены на передающей стороне: нейтральные выводы вторых фаз линейных обмоток трансформатора(ов) к общим точкам на одном диаметре кольца, а нейтральные выводы первой и третьей фаз к общим точкам на другом диаметре кольца, на приемной стороне: нейтральные выводы первой и второй фаз к общим точкам на одном диаметре кольца, нейтральные выводы третьих фаз к общим точкам на другом диаметре кольца, причем фазные выводы линейных обмоток трансформатора(ов) присоединены к другим выводам разъединителей.

5. Электрическая сеть по п. 1, отличающаяся тем, что группы полупроводниковых вентилей в ней выполнены управляемыми.

6. Электрическая сеть по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что одна из точек между группами полупроводниковых вентилей на каждой из сторон заземлена.