Устройство дискретного регулирования фазового сдвига напряжений сети

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (И) 600622

Союз Соаетскин

Социалистичесеа республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.07.74 (21) 2048097/24-07

2 (53) И. Кл.

Н 01 F 29/14

Н 02 М 5/10

Н 02 3 3/12

С пРисоЕдинением заЯвок Н Х 2048092/24-07 и

2048099 (23) Приоритет

Гасударственный комитет

Совета Мнннстроа СССР ао делам иэооретеннй н открытий (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (46) Дата опубликования описания.31,03.78 (53) УДК 631.316. ,722.1 (088 8) (72) Авторы изобретения В. А. Бошняга, Л. П. Калинин и В. М. Постолатнй (71) Заявитель

Отдел энергетической кибернетики АН Моллавской CCP (54) УСТРОЙСТВО ДИСКРЕП40ГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ФАЗОВОГО

СДВИГА НАПРЯЖЕНИЙ СЕТИ

Изобретение относится к области электроэнергетики и преимущественно предназначено для осуществления режимов электропередач повышенной пропускной способности. Электропередачи повышенной пропускной способности выполняют в виде двух б трехфазных цепей. Цепи сближают между собой до минимально допустимого расстояния, благодаря чему обеспечивается увеличение их взаимного электромагнитного влияния. Регулирование фазового сдвига ежду трехфаэными системами напряжений, пОд-10 водимых к цепям, обеспечивает изменение величины и знака этого влияния, а следовательно, и изменение предела передаваемой по линии мощности.

Использование регулировочных свойств электропередач повышенной пропускной способности черезвычайно важно для энергосистем. Для их реализации необходима установка на таких линиях устройств, позволяющих под воздействием управляющих сигналов изменять угол фазового сдвига между двумя трехфаэными cHGTCMRMH напряжештй BIIIH-gp роких пределах, без перерыва электроснабжения потребителей и в кратчайшее время.

Известно устройство дискретного регулирования фазового сдвига напряжений сети, выполненное из двух мпогообаеоточиых трансформаторов, перв ьпаб

2 из которых выполняет функции обычного силового трансформатора, второй — фазорегулятора. Фазорегулятор выполнен на основе магнитной системы обычного трехфазного трехстержневого трансформатора и имеет одну обмотку, соединенную в треугольник, и две регулировочные обмотки; подключенные к вершинам этого треугольника. Вводимый зажим каждой фазы соединен с регулнровочным ответвлением рдной из регулировочщд обмоток через устройство РПН. Выводной зажим соединен с соответствующим регулировочным ответвлением второй регулировочной обмотки через второе устройство РПН. Путем параллельного электрического соединения оба устройства РПН каждой фазы всегда стоят на одной н той же ступени регулирования

Поскольку напряжение вводных и выводных зажимов всегда симметрично относительно вершины треугольника, в процессе регулирования фазы напряжения не происходит его изменения f.о величине. Совместное действие обеих обмоток в каждой фазе обеспечивает максимальный сдвиг напряжения по фазе на 60 .

Применение двух таких фаэорегуляторов, установленных на различных цепях электропередачи повьшэенной пропускной способности, позволя600622 ег обеспечить общий диапазон регулирования фазового сдвига 0 — 120, При периодически изменяющейся нагрузке необходимо, путем регулирования фазового сдвига, часто изменять предел передаваемой по линии мошности. При этом РПН фазорегулятора находится в постоянном действии. Так как число срабатываний РПН ограничено, требуется периодический вы. вод фазорегулятора иэ действия с целью проведения профилактического обслуживания. Контактная 1О система фаэорегулятора является наиболее вероятным источником повреждений, снижающим надежность электропитания потребителей. Кроме того, при повторяющихся резких и глубоких перепадах нагрузки (плавильные печи, прокатные станы) необходимо минимально возможное время перехода от нулевого до предельного значения фазового сдвига между системами выходных напряжений, Механическая система РПН должна при этом последовательно проходить все промежуточные ступени, по 20 увеличивает общее время срабатывания.

Синхронизация работы РПН фазорегуляторов, установленных на противоположньк концах электропередачи, требует многопозиционной системы телемеханического управления, предусматривающей реа- 35 лизацию и контроль большого числа операций.

Мощность обмоток поперечного сдвига (регулировочных обмоток) при максимальном значении утла 60 равна мощности рабочих обмоток. Это означает, что установленная мощность фазорегуля- 30 тора в два раза превышает максимальную передаваемую мощность, Если учесть мощность силового трансформатора, то общая установленная мощность агрегата оказывается в три раза больше максимальной передаваемой, что является также существен- З5 ным недостатком прототипа.

Цель изобретения состоит в повышении надежности работы устройства, снижении установленной мощности, увеличении быстродействия и пропускной способности электропередачи, улучшении нагру- 40 зочной характеристики и упрощении системы телемеханического управления.

Указанная цель может быть достигнута благодаря тому, что первичные обмотки одноименных фаз различных трансформаторов соединены между 45 собой последовательно и объединены в звезду, при этом концы вторичных обмоток одного трансформатора подсоединены к общей нулевой точке, а к началам указанных обмоток подсоединены обмотки различных фаз другого трансформатора. Г0

К началам вторичных обмоток каждой фазы могут быть подсоединены начала двух друтих фаз вторичных обмоток другого трансформатора.

К началам вторичных обмоток каждой фазы 55 могут быль подсоединены общей точкой соединен. ные между собой последовательно и согласно вторичные обмотки одной фазы другого трансформатора, следующей за данной фазой первого трансформатора в порядке чередования фаз. бО

Один из трансформаторов может быть снабжен дополнительными вторичными обмотками, концы которых подсоединены к концам обмоток разноименных фаэ того же трансформатора.

Каждый из трансформаторов может быть снабжен обмотками управления, подключенными посредством выключателей к блоку управления.

С целью улучшения нагрузочной характеристики параллельно первичным обмоткам трансформаторов могут быть подсоединены выключатели.

С целью повьгшения быстродействия в качестве выключателей могут быть применены. силовые управляемые полупроводниковые вентили.

С целью уменьшения установленной мощности только один из трансформаторов может быть выбран на полную мощность нагрузки.

С целью дополнительного увеличения пропускной способности электропередачи коэффициент трансформации одного трансформатора превышает коэффициент трансформации друтого.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема одного иэ вариантов предлагаемого устройства; на фиг. 2 — то же, другой вариант; на фиг. 3 — то же, третий вариант; на фиг. 4 — векторные диаграммы, поясняющие статическое состояние устройства, показанного на фиг. 1; на фиг. 5 — то же, устройства на фиг. 2; на фиг. 6 — то же устройства на фиг. 3.

Устройство обеспечивает преобразование трех° ° фазной системы напряжений питающей сети U, U ив две трехфазные системы выходных напряжеа я к ний 0ь, U», 0с и UA, U, Uc, между которыми может быть установлен фазовый сдвиг 0 120 или

180 . Обмотки W первого трансформатора обозначены индексами а, обмотки второго индексами Р.

Начала и концы обмоток обозначены соответственно буквами н и к". Индексом 1 обозначены превичные обмотки, индексом 2 — втори.ные. Обмотки управления обозначены индексом "у

Первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно W> c W<@<, %1,с с

М/ ь15, Wrac c Wkpc и подключены на напряжения питающей сети 0 к, U >, Uc соответственно (на схеме соединение первичных обмоток показаи к но в звезду, однако эти обмотки могут быль соединены и в треугольник"), Концы вторичных обмоток трансформатора Р соединены в общую нулевую точку. К началу каждой из них подсоединены начала двух вторичных обмоток других фаз трансформатора.

° ° н я

Выходные напряжения U, 0>, Uc u U А, 08, U отсчитывают от концов вторичных обмоток И трансформатора а относительно общей нулевой точки. Закорачивание обмоток управления трансформатора а осуществляют тиристорными выключателями В1, закорачивание обмоток управление трансформатора P — выключателями В2. Управление выключателями Â1 и В2 осуществляется блоком управления БУ.

Значение фазового сдвиг» мв»аду трехфазными системами выходных напряжений, равное 0, б00622

5 устанавливают замыканием накоротко обмоток управления трансформатора а, а значение фаэо" ого сдвига, равное 120 или 180 — трансформатора р.

Блок управления тиристорными Bb8< IloLe39JIR ми обеспечивает два рабочих состояния устройства, исключакицих воэможность одновременного включения выключателей, и одно переходное состояние, в котором ни один из выключателей не включен.

На фиг. 4 а представлена векторная выходных напряжений для случая, когда ни на одном из транс форматоров обмотки управления не закорочены.

При одинаковых сопротивлежых контуров намагничивания трансформаторов разные напряжения равномерно распределяются между их первичными обмотками. В случае равенства коэффициентов трансформации (У(, — — K> ) вторичные напряжения трансформаторов также равны между сббой, а выходные напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряжений трансформаторов а 2О и Р в соответствии с равенствами:

1 e

U„= U»„„+ И« UA = Ог + Ог с

Оъ = Ого+ Ог ас = Огра+ Огюд

Ос Огас+ Uè À = "« + "г«

Между сопряженными выходными напряжени- 25

° и 1 а e и

BMH устройства U A H 0 А, О.в H 0.б, U N U устанавливается некоторый угол 9. В случае принятого условия (К = К@) И = 60 .

Показанное на фиг. 4 а состояние устройства не является рабочим, однако использование его может 30 быть целесообразным в некоторых особых режимах (например, при коротких замыканиях в линии) .

На фиг. 4 б показана векторная диаграмма выходных напряжений устройства при закорачивании обмоток управления трансформатора а. В этом случае сопротивление контура намагничивания трансформатора а шунтируется контуром короткого за1 мыкания, в результате чего напряжения 0>, U

0 оказываются практически полностью приложенными к первичным обмоткам трансформатора Р.

Первичные, а следоватен но, и вторичные напряжения трансформатора а при этом близки к нулю и фазовый сдвиг между сопряженными выходными напряжениями в этом случае равен 0 .

На фиг. 4в приведена векторная диаграмма

45 напряжений при закорачивании обмоток управления трансформатора Р. В этом случае фазовый сдвиг между сопряженными выходными напряжениями равен 120 .

На фиг. 2 изображено устройство, в котором к началам вторичных обмоток каждой фазы подсоединены общей точкой соединенные между собой последовательно и согласно вторичные обмотки одной фазы другого трансформатора, следующей за

55 данной фазой первого трансформатора в порядке чередования фаз; на фиг. 5 — векторные диаграммы, поясняющие его статические состояния.

Устройство, изображенное на фиг. 2 обеспечивает преобразование трехфазной системы напряже60 ний питающей сети UA, О, U в две трехфаз I !

HbIo cHcTeMbl выходных HBHpB)KOHHH UA, Ug, 0 И ° в ll и U A, 0, 0, между которыми может быть установлен фазовый сдвиг 0 или 180 .

Первичные обмотки трансформаторов соединены так же, как на фиг. 1.

Концы вторичных обмоток трансформатора Р соединены в общую точку О. К началу каждой из них присоединены средней точкой соединенные последовательно и согласно обмотки следующей по часовой стрелке фазы трансформатора а. Выходные

I C I напряжения UA, U, U отсчитывают от кон-и а н цов, а выходные найряжения (UA, О, Ос — от начал вторичных обмоток трансформатора а отно. сительно общей нулевой точки.

Значение фазового сдвига между трехфазными системами выходных напряжений, равное О, устанавливают замыканием накоротко обмоток управления транмформатора а, а занчение ыаыор управления трансформатора а, а значение фазового сдвига, равное 180 — трансформатора Р.

На фиг. 5 а представлена векторная диаграмма выходных напряжений при разомкнутых обмотках управления. При одинаковых сопротивлениях контуров намагничивания трансформаторов а и Р, приложенные напряжения равномерно распределяются между первичными обмотками.

При К = K> выходные напряжения устройства будут равны по модулю при 0 и 180 фазовом сдвиге. Выходные напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряже. ний трансформаторов а и Р в соответствии с равенствами: l ° ll

0A = ОгрА — Usga> UA = ОгрА+ Ого

Uy = Ог)п-Uzzc О.н = Ups+ Огасе

Оо = Огас — Ог, д; Ос — Огас+ UgarA

Между сопряженными выходными напряжени1 а а ° ll ям устройс ИА и ОА, Оз и ОВ ° ue и ос устанавливается некоторый утол 8

При выполнении условия К, = К,8= 90 .

Показанное на фиг. Sa состояние устройства не является рабочим, однако его использование может быть целесообразным в некоторых особых режимах (наприькр, при коротких замыканиях в линии) .

На фиг. 5 б показана векторная диаграмьв выходных напряжений при закорачивании обмоток управления трансформатора а. В этом случае сопротивление контура намагничивания трансформатора а шунтируется контуром короткого замыкания, в результате чего напряжения U >, U, Uс оказываются практически полностью приложенными к первичным обмоткам трансформатора Р. Первичные, а следовательно, и вторичные напряжения трансформатора а при этом близки к нулю, и фазовый сдвиг между сопряженными выходными напряжениями s этом случае практически равен 0 .

На фиг. 5,приведена векторная диаграмма иа. пряжений при закорачивании обмоток управления трансформатора Р. В этом случае фазовый сдвиг между сопряженнымн выходными напряжениями

600622 равен 180 . Очевидно, что при одинаковых коэффициентах трансформации.К,< = К 5 модули выходных напряжений при 0 и 180 фазовом сдвиге одинаковы.

На фиг, 3 представлена принципиальная элек. трическая схема описанного устройства, на фиг. 6-векторные диаграммы, поясняняцие его статические состояния.

На фиг. 3 изображено устройство, в котором к началам вторичных обмоток каждой фазы подсое-1о гтинены начала двух других фаз вторичных обмоток другого трансформатора.

Устройство преобразует трехфазную систему напряжений питающей сети U.A, U, Uz, в две трехфазные системы выходных напряжений 0 А, l 5

0, U и 0 „, U U, между которыми может быть установлен фазовый сдвиг 0 или 180 ..

Первичные обмотки транс(1горматоров соеди. иены последовательно, так же, как на фиг. 1 и 2.

Концы вторичных обмоток трансформатора P _#_ соединены в общую точку О. К началу каждой из них подсоединены начала двух вторичных обмоток других фаз трансформатора а, концы которых соединены с концами обмоток этих же двух фаз трансформатора а, но таким образом, что последовательно соединенными оказываются две обмотки разных фаэ трансформатора, Выходные напряжения U<, U, 0 и 0р,, ° и .((U, 0 отсчитывают от начал вторичных обмоток трансформатора а относительно общей нулевой точ- ЗО ки О, При закорачивании обмоток управления трансформатора нагрузку несет трансформатор а, и, наоборот, при закорачнвании обмоток управления трансформатора Р нагрузку несет трансформатора.

Целесообразность установки фазового сдвига, равного 0 или 120, определяется величиной мощности, передаваемой по линии. Так, в режиме.холостого хода и малых нагрузок необходимо устанавливать угол фазового сдвига 0 . В режиме больших "О нагрузок — 120 . Величина нагрузки, при которой электропередачу необходимо переводить из режима работы при фазовом сдвиге 0 в режим работы при фазовом сдвиге 120, определяется:техникоэкономическим расчетом. Анализ йоказывает,,что . значение этой нагрузки приблизительно в два раза меньше максимальной мощности, передаваемой по гниении. Поэтому мощность трансформатора может быть в два раза меньше мощности трансформатора а, рассчитываемого на максимальную нагрузку.

Общая установленная мощность агрегата, таким образом, равна полуторакратному (а не трехкратному, как у прототипа) значению максимальной передаваемой мощности.

В реальных условиях остаточные напряжения на обмотках закорачиваемых трансформаторов отличны от нуля, что обусловлено наличием активных сопротивлений и сопротивлений рассеяния рабочих обмоток и обмоток управления. Поэтому установ8 ка эначениР уггга фазового сдвига 0" и 120" осуществляется с некоторой погрешностью.

На фпг. ба представлена векторная диаграмм выходных напряжений этого варианта устройства для случая, когда обмотки управггения разомкнутые, Выходные напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряжений трансформаторов а и Р в соответствии с равенствами (l и иаРА Ц. УУМУ 7 иА УКРА-УЯ. ".2аЪ (В 2ДВ 2(г С ЗсА ъ 2фЗ 2(г,А 2(гсс с 2Ю ЙссА 2о З Uc йфс 2а(З 2ссА

Между сопряженными выходньвли напряжени1 If (1( ями устройства ОА и U, U и Оц, 0 и

fl

0с — устанавливается некоторый угол (":(При одинаковых сопротивлениях контуров намагничивания трансформаторов (т и Р приложенные напряжения распределяются поровну между первичными обмотками трансформаторов. Если при этом К,а — — \ГЗК, то в режиме холостого хода8 =90.

Показанное на фиг. 6(г состояние устройства не является рабочим, однако его использование может быль целесообразным в некоторых особых режимах (например, при коротких замыканиях в линии).

На фиг. 6 б показана векторная диаграмма выходных напряжений устройства при закорачиванни обмоток управления трансформатора а. В этом случае сопротивление контура намагничивания трансформатора а шунтируется контуром короткого замыкания, в результате чего напряжения оказываются практически полностью приложенными к первичным обмоткам трансформатора Р. Первичные, а следовательно, и вторичные напряжения трансформатора а при этом близки к нулю и фазовый сдвиг межф.сопряженными выходными нап", яжениями в .этом случае практически равен 0 .

На фиг; б в приведена векторная диаграмма напряжений при эакорачивании обмоток управления тр,(нсформатора Р. В этом случае фазовый сдвиг между сопряженными выходными „напряжениями равен 180 . Очевидно, что при вмазанных коэффициентах трансформации Кр = чЗ К модули выходных напряжений при 0 и 180 фазовом сдвиге одинаксеы, Ввиду. того, что:описываемое устройство имеет только два рабочих состояния, управление такими устройствами, установленными на противоположных концах линии, и синхронизация их работы осуществляется по максимально простой схеме телемеханического управления.

При эакорачивании обмоток управления трансформатора а нагрузку несет трансформатор Р, и наоборот. Целесообразность установки фазового сдвига, равного 0 или 180, определяется величиной мощности, передаваемой по линии. Так, в режиме. холостого хода и малых наг(газок необходимо уста600622 навлнвать угол фазового сдвига О, а в режиме больших нагрузок — 180 .

Устройство позволяет в зависимости от нагрузки путем закорачивания обмоток управления того или индго трансформатора осуществлять перевод электропередачи повьппенной пропускной способности иэ режима, при котором между напряжениями, приложенными к сближенным проводам, установлен фазовый сдвиг О, в режим фазового сдвига 180, и наоборот.

В зависимости от нагрузки путем закорачивания обмоток управления того или иного трансформатора йредлагаемое устройство позволяет осуществлять перевод электропередачи повышенной пропускной способности из режима, при котором между напряжениями, прикладываемыми к сближенным проводам, установлен фазовый сдвиг О, в режим фазового сдвига 120 и наоборот.

Формула изобретения

1. Устройство дискретного регулирования фазового сдвига напряжений сети, выполненное из двух многообмоточных трансформаторов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности электроснабжения потребителей и упрощения системы управления, первичные обмотки одноименных фаз различных трансформаторов соединены между собой последовательно и обьединены в звезду, при этом KpfBgä вторижьтх обмоток одного трансформатора подсоединены к общей нулевой точке, а к началам указанных обмотск подсоедине ны обмотки различных фаз друт ого тРансформатора.

2. Устройство по п. 1, о т и и ч а ю щ е е с я зз тем, что к началам вторичных обмоток каждой фазы подсоединены начала двух других фаэ вторичных обмоток другого трансформатора.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что к началам вторичных обмоток каждой фазы подсоединены общей точкой соединенные между собой последовательно и согласно вторичные обмотки одной фазы другого трансформатора, следующей эа данной фазой первого трансформатора в порядке чередования фаз.

4.Устройствопопп. 1 и 2,отлича ющее с я тем, что один иэ трансформаторов снабжен дополнительными вторичными обмотками, концы которых подсоединены к концам обмоток разноименных фаэ того же трансформатора.

5. Устройство по пп. 1 — 4, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что каждый из трансформаторов снабжен обмотками управления, подключенными посредством выключателей к блоку управления.

6. Устройство по пп. 1 — 4, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью улучшения нагрузочной характеристики, параллельно первичным обмоткам трансформаторов подсоединены выключатели.

7. Устройство по пп. 1 — 6, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в качестве выключателей применены силовые управляемые полупроводниковые вентили.

8. Устройство по пп. 1 — 4, о т л и ч а ю щ eb с я a т ем, что, с целью уменьшения установленной мощности, только один иэ трансформаторов выбран на полную мощность нагрузки.

9. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью дополнительного увеличения пропускной способности электропередачи, коэффициенты трансформации трансформаторов различны.