Устройство дискретного регулирования фазового сдвига напряжений сети

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(И) 600622 Сэоа Советскмн Социалеестичесиеа РеспубликДополни ное к свид(22) Заявлено 22.07.74 2048097 24 1) И КлН 01 Р 29/14 Н 02 М 5/10 Н 02 У 3/12 оединение Хф 2048092/24-07 и 2048099 явок Гасударственный комитет Сената Мнннстроа СССР по делам иэооретеннй н открытий. М, Постолатий 71) Заявитель ергетической кибернетики АН Моллавской ССР 54) УСТРОЙСТВО ДИСКРЕП 0 ГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ФАЗОВО СДВИГА НАПРЯЖЕНИЙ СЕТИга между водимых ны и знак менение п таких фазорегуляторов, чных цепях электропередаскной способности, позволяПрименены новленных он ьттпе иной Изобретение относится к области электроэнергетики и преимущественно предназначено для осуществления режимов электропередач повышенной пропускной способности, Электропередачи повышенной пропускной способности выполняют в виде двух трехфазных цепей, Цепи сближают между собой до минимально допустимого расстояния, благодаря че. му обеспечивается увеличение их взаимного электромагнитного влияния, Регулирование фазового сдвитрехфаэными системами напряжений, пОд Ок цепям, обеспечивает изменение велнчиа этого влияния, а следовательно, и изредела передаваемой по линии мощности.Использование регулировочных свойств электропередач повышенной пропускной способности чрезвычайно важно для энергосистем. Для их реализации необходима установка на таких линиях устройств, позволяющих под воздействием управляющих сигналов изменять угол фазового сдвига между двумя трехфазными системами напряжений Вши р роких пределах, без перерыва электроснабжения потребителей и в кратчайшее время,Известно устройство дискретного регулирования фазового сдвига напряжений сети, выполненное из двух мйогообмюточиых трансформаторов, перв ьпФб из которых выполняет функции обычного сипово. го трансформатора, второй - фазорегулятора, фазорегулятор выполнен на основе магнитной системы обычного трехфазного трехстержневого трансфорьа. торэ и имеет одну обмотку, соединенную в треугольник, и две регулировочные обмотки; подклю. ченные к вершинам этого треугольника, Вводимый зажим каждой фазы соединен с регулнровочным ответвлением рдной из регулировочны обмоток через устройство РПН. Выводной зажим соединен с соответствующим регулировочным ответвлением второй регулировочной обмотки через второе уст. ройство РПН. Путем параллельного электрического соединения оба устройства РПН каждой фазы всег. да стоят на одной н той же ступени регулированияПоскольку напряжение вводных н выводных зажимов всегда симметрично относительно верши. ны треугольника, в процессе регулирования фазы напряжения не происходит его изменения то величине, Совместное действие обеих обмоток в каж. дой фазе обеспечивает максимальный сдвигнапряжения по фазе на 160,ег обеспечить общий диапазон регулирования фазового сдвига 0 - 120,При периодически изменяющейся нагрузкенеобходимо, путем регулирования фазового сдвига, часто изменять предел передаваемой по линиимошности. При этом РПН фазорегулятора находится в постоянном действии. Так как число срабатываний РПН ограничено, требуется периодический вывод фазорегулятора иэ действия с целью проведе.ния профилактического обслуживания. Контактная 10система фаэорегулятора является наиболее вероятным источником повреждений, снижающим надежность электропитания потребителей. Кроме того,при повторяющихся резких и глубоких перепадахнагрузки (плавильные печи, прокатные станы) необходпмо минимально возможное время переходаот нулевого до предельного значения фазового сдвига между систеламн выходных напряжений, Меха.ническая система РПН должна при этом последовательно проходить все промежуточные ступени, что 20увеличивает общее время срабатьвания.Синхронизация работы РПН фазорегуляторов,установленных на противоположньк концах электропередачи, требует многопозиционной системы теле.механического управления, предусматривающей реа- з 5лизацию и контроль большого числа операций.Мощность обмоток поперечного сдвига (регу.лировочных обмоток) при максимальном значенииутла 60 равна мощности рабочих обмоток. Этоозначает, что установленная мощность фазорегуля. З 0тора в два раза превышает максимальную передаваемую мощность, Если учесть мощность силовоготрансформатора, то общая установленная мощностьагрегата оказывается в три раза больше максимальной передаваемой, что является также существен 35ным недостатком прототипа,Цель изобретения состоит в повышении надежности работы устройства, снижении установленноймощности, увеличении быстродействия и пропускной способности электропередачи, улучшении нагру 40зочной характеристики и упрощении системы телемеханического управления,Указанная цель может быть достигнута благо.даря тому, что первичные обмотки одноименныхфаз различных трансформаторов соединены между 45собой последовательно и объединены в звезду, приэтом концы вторичных обмоток одного трансформатора подсоединены к общей нулевой точке, а кначалам указанных обмоток подсоединены обмотки различных фаз другого трансформатора. Г 0 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 транс.форматора в порядке чередования фаз, бО 4Один из трансформаторов может быть снабжен дополнительными вторичными обмотками, кон.цы которых подсоединены к концам обмоток раз.ноименных фаэ того же трансформатора.Каждый из трансформаторов может быть снаб.жен обмотками управления, подключенными по.средством выключателей к блоку управления.С целью улучшения нагрузочной характеристи.ки параллельно первичным обмоткам трансформаторов могут быть подсоединены выключатели,С целью повьгшения быстродействия в качест.ве выключателей могут быть применены. силовыеуправляемые полупроводниковые вентили.С целью уменьшения установленной мощноститолько один из трансформаторов может быть вы.бран на полную мощность нагрузки.С целью дополнительного увеличения пропускной способности электропередачи коэффициенттрансформации одного трансформатора превышаеткоэффициент трансформации друтого,На фиг. 1 представлена принципиальная схемаодного иэ вариантов предлагаемого устройства; нафиг. 2 - то же, другой вариант; на фиг, 3 - то же,третий вариант; на фиг. 4 - векторные диаграммы,поясняющие статическое состояние устройства, пока.занного на фиг. 1; на фиг, 5 - то же, устройствана фиг. 2; на фиг, б - то же устройства на фиг. 3.Устройство обеспечивает преобразование трехуфазной системы напряжений питающей сети О,1, Ов,Осв две трехфазные системы выходных напряже.а я кний О ь, О, Ос и ОА, О, Ос, между которыми мо.жет быть установлен фазовый сдвиг 0120 или180. Обмотки В первого трансформатора обозна.чены индексами а, обмотки второго индексами р.Начала и концы обмоток обозначены соответствен.но буквами никк, Индексом 1 обозначеныпревичные обмотки, индексом 2 - вторичные, Обмотки управления обозначены индексом "уПервичные обмотки трансформаторов соеди.пены последовательно %1 с Вэ, В 1,с сЩь 15, В с с В 1 с и подключены на напряжения питающей сети ОА, О , Ос соответственно(на схеме соединение первичных обмоток показак кно в звезду, однако эти обмотки могут быль со.единены и в треугольник"),Концы вторичных обмоток трансформатора 11соединены в общую нулевую точку. К началу каждой из них подсоединены начала двух вторичныхобмоток других фаз трансформатора.н яВыходные напряжения ОА, ОзОс и О АО вО отсчитывают от концов вторичных обмотокИтрансформатора а относительно общей нулевойточки. Закорачивание обмоток управления трансформатора а осуществляют тиристорными выключателями В 1, закорачивание обмоток управлениетрансформатора Р - выключателями В 2, Управлениевыключателями В 1 и В 2 осуществляется блокомуправления БУ.Значение фазового сдвиг мваду трехфазными системами выходных напряжений, равное О, б 006225устанавливают замыканием накоротко обмоток управления трансформатора а, а значение фаэо" ого сдвига, равное 120 или 180, - трансформатора 13.Блок управени тиристорными выключателя. ми обеспечивает два рабочих состояния устройства, исключаницих возможность одновременного вклю. чения 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 сопротивлеаях контуров намагничивания трансформаторов разные напряжения равно. мерно распределяются между их первичными обмотками. В случае равенства коэффициентов транс. формации (К;с -- Кв) вторичные напряжения трансформаторов также равны между сббой, а выходные напряжения образуются геометрическим суммированием вторичных напряжений трансформаторов а 20 и Д в соответствии с равенствами:аИОА = ОЗРИК+ Она Од - Оу+ Оа,сОЪ = Ърв+ Оыс= Огра+ ОгдОс Огрс+Ор А Ос - Ор+0,нМежду сопряженными выходными напряженииф Ц фИ ями устройства О и Од, Оз и 08, Оо и Оо устанавливается некоторый угол 8. В случае принятого условия (К = К) И = бО.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 транс. форматора а шунтируется контуром короткого заФ 1 мыкания, в результате чего напряжения ОА, О Ос оказываются практически полностью приложенными к первичным обмоткам трансформатора 3. Первичные, а следовательно, и вторичные напряжения трансформатора а при этом близки к нулю и фазовый сдвиг между сопряженными выходными напряжениями в этом случае равен 0 .На фиг. 4 в приведена векторная диаграмма45 напряжений при закорачивании обмоток управления трансформатора Р. В этом случае фазовый сдвиг между сопряженными выходными напряжениями равен 120 .50На фиг, 2 изображено устройство, в котором к началам вторичных обмоток каждой фазы подсоеди. иены общей точкой соединенные между собой последовательно и согласно вторичные обмотки одной фазы другого трансформатора, следующей за55 данной фазой первого трансформатора в порядке чередования фаз; на фиг. 5 - векторные диаграм. мы, поясняющие его статические состояния.Устройство, изображенное на фиг. 2 обеспечи.вает преобразование трехфазной системы напряже.60ний питающей сети О, ОЗ, Оо в две трехфаз..ф :. иые системы выходных напрений ОА, О, Оф И фф 1и 0, О, Оо, между которыми может бытьустановлен фазовый сдвиг 0 или 180,Первичные обмотки трансформаторов соединены так же, как на фиг. 1.Концы вторичных обмоток трансформатора 3соединечы в общую точку О, К началу каждой изних присоединены средней точкой соединенные по.следовательно и согласно обмотки следующей почасовой стрелке фазы трансформатора а. Выходныенапряжения Од, О, О, отсчитывают от кон.и а нцов, а выходные найряжения (О, О, Ос- отначал вторичных обмоток трансформатора а относительно общей нулевой точки,Значение фазового сдвига между трехфазны.ми системами выходных напряжений, равное О,устанавливают замыканием накоротко обмотокунравления транмформатора а, а занчение ыаыоруправления трансформатора а, а значение фазовогосдвига, равное 180 - трансформатора 3.На фиг. 5 а представлена векторная диаграммавыходных напряжений при разомкнутых обмоткахуправления, При одинаковых сопротивлениях контуров намагничивания трансформаторов а и ф, приложенные напряжения равномерно распределяютсямежду первичными обмотками,При К = К выходные напряжения устройства будут равны по модулю при 0 и 180 фазовом сдвиге, Выходные напряжения образуются гео.метрическим суммированием вторичных напряжений трансформаторов а и 3 в соответствии с равен.ствами:аО = О,-О,; О, = О,+ О,О = 02 рж-Оазис, Ов Орв+ ОьсеОс 02 рс 02 дг Ос = Озас+ ОуАМежду сопряженнымн выходными нзпряжени фями устройства ОА и О А, ОЗ и ОВОс и осустанавливается некоторый утол 8При выполнении условия К= Ка,д= 90 .Показанное на фиг, 5 а состояние устройстване является рабочим, однако его использование может быть целесообразным в некоторых особых ре.жимах (например, при коротких замыканиях в линии),На фиг. 5 б показана векторная диаграмьавыходных напряжений при закорачнвании обмотокуправления трансформатора а. В этом случае сопротивление контура намагничивания трансформатораа шунтируется контуром короткого замыкания, врезультате чего напряжения О , Он, Ос оказы.ваются практически полностью приложенными кпервичным обмоткам трансформатора 3. Первичные,а следовательно, и вторичные напряжения трансфор.маторз а при этом близки к нулю, и фазовый сдвигмежду сопряженными выходными напряжениями вэтом случае практически равен 0 .На фиг. 5,приведена векторная диаграмма напряжений при закорачнвании обмоток управлениятрансформатора Р. В этом случае фазовый сдвигмежду соиряженнымн выходными напряжениямиравен 180. Очевидно, что при одинаковых коэф.фициентах трансформации.К, = К 5 модули выходных напряжений при 0 и 180 фазовом сдвиге одинаковы,На фиг, 3 представлена принципиальная электрическая схема описанного устройства, на фиг. б .векторные диаграммы, поясняняцие его статическиесостояния,На фиг, 3 изображено устройство, в которомк началам вторичных обмоток каждой фазы подсое.1 одинены начала двух других фаз вторичных обмотокдругого трансформатора.Устройство преобразует трехфазную системунапряжений питающей сети О.А, О Оа в дветрехфазные системы выходных напряжений О А, 15О , 0 и 0, О, О между которыми можетбыть установлен фазовый сдвиг 0 или 180.Первичные обмотки трансформаторов соедииены последовательно, так же, как на фиг, 1 и 2.Концы вторичных обмоток трансформатора Д 30соединены в общую точку О. К началу каждой изних подсоединены начала двух вторичных обмотокдругих фаз трансформатора а, концы которых со.единены с концами обмоток этих же двух фаз трансформатора а, но таким образом, что последовательносоединенными оказываются две обмотки разных фаэтрансформатора,Выходные напряжения ОА, ОВ, О и ОА,фиО, О отсчитывают от начал вторичных обмотоктрансформатора а относительно общей нулевой точ. ЗОки О,При закорачивании обмоток управления трансформатора нагрузку несет трансформатора, и,наоборот, при эакорачивании обмоток управлениятрансформатора Р нагрузку несет трансформатора.Целесообразность установки фазового сдвига, равного 0 или 120, определяется величиной мощности, передаваемой по линии. Так, в режиме.холос.того хода и малых нагрузок необходимо устанав.ливать угол фазового сдвига 0. В режиме болыдих "Онагрузок - 120. Величина нагрузки, при которойэлектропередачу необходимо переводить из режимаработы при фазовом сдвиге 0 в режим работыпри фазовом сдвиге 120, определяется техникозкономическим расчетом, Анализ йоказываетчто .значение этой нагрузки приблизительно в два разаменьше максимальной мощности, передаваемой полинии, Поэтому мощность трансформатора можетбыть в два раза меньше мощности трансформатора а, рассчитываемого на максимальную нагрузку,50Общая установленная мощность агрегата, такимобразом, равна полуторакратному (а не трехкратному, как у прототипа) значению максимальнойпередаваемой мощности.55 В реальных условиях остаточные напряжения на обмотках закорачиваемых трансформаторов от. личны от нуля, что обусловлено наличием активных сопротивлений и сопротивлений рассеяния рабочих обмоток и обмоток управления. Поэтому установ 8ка эначениР уг 1 а фазового сдвига 0" и 120" осуществляется с некоторой погрешностью,На фпг. ба представлена векторная диаграюивыходных напряжений этого варианта устройствадля случая, когда обмотки управления разомкну.тые,Выходные напряжения образуются геометри.ческим суммированием вторичных напряжений транс.форматоров а и Р в соответствии с равенствамиФиАигрАОыс Цгжъ 7 УА Укрд-иг .+ияь4В- гдВ 2 еС ЫВ г/33 ггА госсс где "Ъсд Ъв 11 с =1 грс газ 11 гссдМежду сопряженными выходньвии напряжени.чфями устройства ОА и ОА, ОВ и Ов, Ос иаОс - устанавливается некоторый угол ОПри одинаковых сопротивлениях контуровнамагничивания трансформаторов а и Р приложенные напряжения распределяются поровну междупервичными обмотками трансформаторов. Еслипри этом К 5 -- ГЗК , то в режиме холостого хо.дд О = 90 .Показанное на фиг, ба состояние устройстване является рабочим, однако его использованиеможет быль целесообразным в некоторых особыхрежимах (например, при коротких замыканиях влинии).На фиг. б б показана векторная диаграммавыходных напряжений устройства при закорачиванни обмоток управления трансформатора а, В этомслучае сопротивление контура намагничивания трансформатора а шунтируется контуром короткогозамыкания, в результате чего напряжения оказываются практически полностью приложенными кпервичным обмоткам трансформатора 3. Первичные, а следовательно, и вторичные напряжениятрансформатора а при этом близки к нулю и фазовый сдвиг межф.сопряженными выходными нап", яжениями в .этом случае практически равен О,На фиг; б в приведена векторная диаграмманапряжений при эакорачивании обмоток управления тр,нсформатора Р. В этом случае фазовыйсдвиг между сопряженными выходными напряжениями равен 180. Очевидно, что при рззанныхкоэффициентах трансформации Кр = чЗ К модули выходных напряжений при 0 и 180 фазовомсдвиге одинаковы,Ввиду. того, что:описываемое устройство име.ет только два рабочих состояния, управление та.кими устройствами, установленными на противоположнь х концах линии, и синхронизация их работы осуществляется по максимально простой схеметелемеханического управления,При эакорачивании обмоток управления трансформатора а нагрузку несет трансформатор 3, и наоборот. Целесообразность установки фазового сдвига, равного 0 или 180, определяется величиноймощности, передаваемой по линии. Так, в режиме.холостого хода и малых нагпчзок необходимо уста 600622навлнвать угол фазового сдвига 0, а в режиме больших нагрузок - 180.Устройствб позволяет в зависимости от нагрузки путем закорачивания обмоток управления тогоили индго трансформатора осуществлять переводэлектропередачи повышенной пропускной способности иэ режима, при котором между напряжениями, приложенными к сближенным проводам, установлен фазовый сдвиг О, в режим фазового сдви.га 180) и наоборот,В зависимости от нагрузки путем закорачивания обмоток управления того или иного трансформатора йредлагаемое устройство позволяет осуществлять перевод электропередачи повышеннойпропускной способности из режима, при котороммежду напряжениями, прикладываемыми к сбли.женным проводам, установлен фазовый сдвиг О,в режим фазового сдвига 120 и наоборот. 15 формула изобретения 1, Устройство дискретного регулирования фа. зового 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 упроще. ния системы управления, первичные обмотки одно. именных фаз различных трансформаторов соедине. ны между собой последовательно и обмдинены в звезду, при згом концы вторищьтх обмоток одно. го трансформатора подсоединены к общей нулевой точке, а к началам указанных обмотас подсоединен ны обмотки различных фаз другого 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 друтих фаэ вторич. ных 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 каж. дой фазы подсоединены общей точкой соединенные между собой последовательно и согласно вто. ричные обмотки одной фазы другого трансформа. тора, следующей эа данной фазой первого трансфор. матора в порядке чередования фаэ. 4, Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что один иэ трансформаторов снабжен дополнительными вторичными обмотками, концы которых подсоединены к концам обмоток разно. именных 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 по. средством выключателей к блоку управления,6. Устройство по пп. 1 - 4, о т л и ч а ю щ е. е 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 быстродейст. вия, в качестве выключателей применены силовые управляемые полупроводниковые вентили.8. Устройство по пп. 1 - 4, о т л и ч а ю щ е с я тем, 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 е. с я тем, что, с целью дополнительного увеличе. ния пропускной способности электропередачи, коэффициенты трансформации трансформаторов различ.