Трансформаторное устройство для регулирования фазового сдвига

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ цвов 1 ввИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(45) Дата опубликования апис осудврстеенный комитетСовете Министров СССРпо делам иэооретенийи открытий ллетень17ания 18, 0 Ц, 1 о 53) УДК 621.316.727(72) Авторы изобрете нческой кибер АН Молдавской СС Отдел(54) ТРАНСФОРМАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА Предлагаемое изобретение относится к элек троэнергетике и предназначено для регулирования перетоков мошности между энергосистемами, а также для регулирования управляемых электропередач повышенной пропускной способности, получивших наименование полу- разомкнутых электропередач. Изобретение может быть также применено в устройствах автоматики и регулируемого электропривода, где требуется изменение фазового сдвига напряжений.Известны устройства для регулирования перетоков мошности между энергосистемами путем изменения фазового сдвига выходных напряжений относительно приложенных.Известно устройство, представляющее собой два отдельных трансформатора,. один из которых является последовательным элементом, второй - возбуждающим 1 . Начала и концы первичных обмоток последовательного элемента соединены соответственно с питающей и приемной системами. Средние точки этих первичных обмоток соединены с соответствующими началами первичных обмоток возбуждающего элемента. Концы первичных обмоток возбуждающего элемента соединены в общую нулевую точку. Вторичные обмотки последовательного элемента соединены в треугольник и возбуждаются от регулировочных отпаект вторичных обмоток возбуждающего элемента через подвижные контакты регулирующего под нагрузкой механизма (РПН).Известно устройство, представляющее со бой трансформатор, на каждый стержень которого наложена одна рабочая и две регулировочные обмотки 21. Рабочие обмотки фаз соединены в треугольник, к вершинам которого присоединена средняя точка двух последова О тельно и согласно включенных регулировочныхобмоток. Вводной зажим каждой фазы соединен с регулировочным ответвлением одной из регулировочных обмоток через переключаюший контакт РПН. Выводной зажим соединен с соответствуюшим ответвлением второй регулиро вочной обмотки через переключаюший контактвторого РПН.Известно также устройство, представляющее собой трансформатор, на каждый стержень которого наложена одна рабочая и одна регулировочная обмотка 3. Обмотки соединены по схеме шестиугольника. Вводной зажим каждой фазы через переключающий контакт РПН соединен с одним из регулировочных ответвлений регулировочной обмотки. Выводной зажим через переключающий контакт другого РПН со единен с другим, симметрично расположеннымотносительно средней точки регулировоцным ответвлением указанной регулировоцной обмотки.Все описанные устройства решают одну техническую задачу - регулирование фазового сдвига выходных напряжений относительно приложенных. Диапазон регулирования угла фазового сдвига для каждого из указанных устройств различен и соответственно составляет + 25,: 60, + 30.Из сраш 1 тсльного анализа описанных устройс 1 в следует, цто в устройствс 1 регулирование фазового сдвига осуществляется в ооласти нейтрали возбуждающего элемента, в устройствах же 2 и 3 регулироваппроизводится при полном фазцом направлении ца переключающих контактах РПН.Наиболее близким к изобретению является устройство 4.Недостаток этого устройства состоит в необходимости применения двух различных трансформаторных единиц, каждая из которых является полным трансформаторным агрегатом. Кроме того, схема соединения трансформаторных элемсцтопос оеца таким образом, цто не позволяет осушествлять компенсацию падения выходного напряжения устройства от нагрузки. Следовательно, функция поддержания постоянства величины выходного напряжения при изменении нагрузки должна быть возложена ца другие устройства, установленные до пли после фазорегулируюшего устройства.В ряде случаев это может оказаться нежелательным, например в том случае, когда входное напряжение одновременно является напряжением питания других потребителей. Кроме того, диапазон регулирования фазового сдвига ограницсц ц составляет согласно +25. Принципиальных ограничений диапазона указанной вслп иной угла для прототипа це имеется. Однако цмгцотся ограничения технического характера, аключаюгцисся в том, цто дальнейшее увслпцсцие диапазона регулирования у прото- пита может быть достигнуто увеличением коэффициента трансформации последовательного элсмсцта илп увеличением цисла витков и соответственно отпаск вторичной обмотки возбуждаюпего элемента. В первом случае это будет связано с ухудшением цагрузоццой харак. теристики стройства. Во втором слуцае - с увслпцсцис и числа ступеней регулирования.Цель изобретения - расширение диапазона регулирования фазового сдвига без сушествсцного ухудшения нагрузоцной характеристики устройства, а также повышение надежности устройства.Поставленная цель достигается тем, цто в трансформаторном устройстве для регулирования фазового сдвига трехфазной сети, содержащем магцитопровод, на котором размещены рабочие и регулировочные обмотки с отпайками и механизм переключения под нагрузкой с переключаюшими контактами, конец каждой псрвицной обмотки соединен с концом вторичной оомотки другой фазы, а к цх общей точке присоединено начало регулпровоцной обмотки третьей фазы, причем псрсклюцаюшие коцтак 5 10 15 20 25 30 з 5 40 45 50 55 ОО ты механизма переключения под нагрузкой, персмешаюшиеся по отпайкам указанных регулировочных обмоток, соединены в обшую нулевую точку.С целью улучшения нагрузочной характеристики устройства оно выполнено с расщепленным магнитопроводом, причем на одном из стержней расщепленного магнитопровода размешены дополнительные, включенные последоватсльно и согласно рабочие обмотки, средняя точка которых присоединена к концу соответствуюшей регулировочной обмотки, нацало одной из дополнительных обмоток присоединено к началу соответствующей первичной обмотки, а конец другой обмотки к началу соответствуюшей вторичной обмотки. Кроме того, на одном из стержней каждой фазы расщепленного магнитопровода может быть размещена дополнительная регулировочная обмотка, концы всех трех дополнительных регулировочных обмоток соединены в обшую нулевую точку, псреклюцаюшие контакты механизма переключения под нагрузкой дополнительных регулировочных обмоток соединены с соответствующими переключающими контактами рсгу:шровочных обмоток.С целью уменьшения числа отводов регулировоцной обмотки конец первичной регулировоцной обмотки одной фазы соединен с концом вторичной обмотки другой фазы с началом вторичной обмотки третьей фазы, причем средняя точка вторичной обмотки третьей фазы через подвижный контакт одного механизма переключения соединена с регулировоцными отпайками регулировоцной обмотки, а подвижный контакт другого механизма переключения связывает регулировоицые отпайки рсгулировочной обмотки с обшей нулевой точкой.С целью форсирования изменения фазового сдвига и облегчения работы переключающих контактов между вводами и выводами одноименных фаз включены нормально открытые контакты дополнительного трехфазного переключателя, а нормально включенные контакты этого переключателя включены в разрыв между нулевой точкой и переключающими контактами регулирования фазового сдвига.На фиг. 1 изображена принципиальная схема трансформаторного устройства для регулирования фазового сдвига. Схема показана для каждой фазы в отдельности; на фиг. 2 - векторная диаграмма устройства в режиме холостого хода для случая, когда начала регулировочных обмоток объединены в нулевой точке, а концы свободны; на фиг. 3 - векторная диаграмма в режиме холостого хода для случая соединения переключающего контакта с концом регулировочной обмотки; на фиг. 4 - принципиальная схема трансформаторного устройства для регулирования фазового сдвига с двумя регулировочными обмотками, соединенными в нулевой точке; на фиг. 5 - конструкция одного стержня трансформаторного устройства для регулирования фазового сдвига; ца фиг. 6 - конструкция группы стержней трансформаторного устройства для регулирования фазового сдвига; на фиг. 7 - принципиальнаянулевой точке. Таким образом, рассмотренное устройство решает поставленную техническую задачу - регулирование фазового сдвига системы выходных напряжений относительно системы приложенных напряжений. В отличие от прототипа устройство состоит только из одного трансформаторного агрегата. В отличие от упомянутых аналогов напряжение на переклкчающих контактах РПН рассмотренного устройства всегда равно нулкьРассмотрим применение предложенного устройства для регулирования режимов полуразомкнутых электропередач. По условиям ведения режимов таких электропередач угол фазового сдвига между двумя системами проводов линии регулируется в зависимости от нагрузки. При холостом ходе и малых нагрузках устанавливают нулевое значение угла фазового сдвига. Г 1 ри максимальных нагрузках - максималь. ное. На фиг, 4 изображены лишь две сопрякенные фазы выходного напряжения Ви В".Об 5 10 15мотки одного фазорегулирующего устройства 20 обозначены 1 Ч16,в,1%, . Оомотки второго фазорегулируюшего устройства - 2% 2% 2%, . При перемегцении переключающего контакта 1 Р от конца регулировочной обмотки 1%, к ее началу фазовый сдвиг вьходного напряжения 1 в относительно напряжения Ов25 изменяется от 9=60 до 6=0. При перемещении переключающего контакта 2 Р от конца регулировочной обмотки 2% к ее началу фазовый сдвиг выходного напряжения 1;"относительно напряжения Ь,- изменяется от О = - 60 до О = 0. При симметричном перемещении контактов 1 Р и 2 Р фазовый сдвиг между напряжениями 1.)в и 1)в" изменяется от значения О = 0 до значения О = 120 в соответствии с равенством О = 120 - (О+ О"),При (У = 0 регулировочные обмотки 1%г и 2%р полностью введены в работу, при О = 120 - полностью выведены. В первом случае через регулировочные обмотки протекает ток нагрузки, во втором случае - нет. Это означает, что при И =- 0 в тракт электропередачи вводится дополнительное сопротивление, а при достижении О = 120 оно оказывается полностью выведенным. Таким образом, в тракт электропередачи вводится регулируемое продольное сопротивление, имеющее максимальное значение в режиме холостого хода и значениеравное 45 нулю, - в режиме максимальной нагрузки. Отмеченная особенность предложенного устройства согласуется с зависимостью характеристик полуразомкнутых электропередач от угла 9 и может быть использована для усиления этой зависимости, т, е. расширения диапазонарегулирования эквивалентных 11 араметров элентропередачи,В других случаях эта особенность оказывается нежелательной, например при использовании предложенного устройства в качестве органа поперечного регулирования с целью принудительного перераспределения мощности между параллельно работающими неоднородными линиями, В этом случае требуется, чтобы вносимое фазорегулятором в тракт элект ропередачи продольное сопрогпвленне имело минимально возможное значение и не зависело от угла 6. Это требование может быть удовлетворено введением в предложенное устройство некоторых конструктивных дополнений.Каждый стержень трансформатора разделен на две части а и Д (фиг. 5). На чертеже ,наложены первичные (%), вторичные (юг) и регулировочные (Ю) обмотки, охватываюгцие обе его части, и две дополнительные (%1, Ю,р) обмотки, охватывающие только одну из двух (в данном случае д) частей расщепленного стержня. Индикация фаз в обозначении обмоток на фиг, 5 не применена, так как изображен только один стержень. Дополнительные обмотки Ъ,; и Ъ предназначены для включения в схему с целью уменьшения вносимого регулировочными обмотками в тракт электропередачи сопротивления при увеличении угла фазового сдвига и уменьшения зависимости этого сопротивления от положения переключающего контакта на отводах регулировочной обмотки, Необходимое соотношение между витками рабочих, регулировочных и дополнительных обмоток при максимальном значении 8 = 60 определяется равенством:,З -лтъ е жЖ1 г г р 1где Ь - полное сечение стержня;- сечение части ф стержня.Три однофазных трансформатора образуют трехфазную группу (фиг. 6). Магнитопровод каждого трансформатора представляет собой броневой сердечник, на средний стержень каждого броневого сердечника наложены первичные (%.), вторичные (Фг) и регулировочные (% ) обмотки, Один из крайних стержнейр( и, Д охвачен дополнительными обмотками, В рассматриваемом случае дополнительными обмотками %, и Юг 5 охвачен стержень д. Необходимое соотношение между числом витков рабочих, регулировочных и дополнительных обмоток при максимальном значении 6=60 определяется равенством% =Гг = 2%р = % г =где Я - сечение среднего стержня;Я - сечение крайнего стержня, несущего дополнительные обмотки.Принципиальная схема устройства с дополнительными обмотками показана на фиг. 7.Дополнительные обмотки Ъ 11%, з (фиг. 7) включены последовательно и согласно, причем их средняя точка подключена к концу соответствующей регулировочной обмотки, начало - к началу соответствующей первичной обмотки, а конец - к началу соответствукшей вторичной обмотки. Введение дополнительных обмоток (Чр,Юг 1,) обеспечивает уменьшение продольного сопротивления, вносимого устройством в тракт электропередачи и практически полное отсутствие его зависимости от угла 9, Трансформаторное устройство для регулирования фазового сдвига, построенное по схеме фиг. 7, отвечает требованиям, предъявляемымк х стройствам поперечного регулирования с целью принудительного перераспределения мошности между параллельно работающими неоднородными линиями.При любом значении угла 1 Э между магнитными потоками в стержнях устройства сохраняется следующее соотношение: фд. фДфрд фв файвв фс = фспс фрс гв где Ф - общий магнитный поток стержня,фо - магнитный поток полустержня ч;фз - магнитный поток полустержня Сопротивление, вносимое в тракт электро 15 передачи устройством по схеме фиг. 7, в отличие от сопротивления, вносимого устройством по схеме фиг. 1 при регулировании угла остается практически неизменным. При нагрузке устройства его выходное напряжение отличается от напряжения холостого хода. Это отличие тем значительнее, чем больше ток нагрузки, и компенсация падения напряжения в том месте, где оно возникает, необходима.В предложенном устройстве эта задача решается как и в обычных трансформаторных 25 агрегатах путем переключения регулировочных отпаек вторичных обмоток.Кроме регулировочных обмоток (Юр), предназначенных для управления углом Й, введены дополнительные регулировочные обмотки (%р) фиг. 11, предназначенные для регулирования величины выходного напряжения в пределах, определяемых его изменением от нагрузок. Переключающие контакты Р 1 перемешаются по отводам регулировочных обмоток (ФрФр,Чр,) регулирования угла 9, Пере- з 5 ключаюшие контакты Р 2 перемещаются по отводам дополнительных регулировочных обмоток (%р з рс) регулирования величины на - пряжения под нагрузкой. Концы дополнительных регулировочных обмоток заземлены. Переключающие контакты Р 1 и Р 2 каждой фазы выходного напряжения соединены между собой.Дополнительная регулировочная обмотка каждой фазы выходного напряжения соответствует дополнительным обмоткам данной фазы, т. е, охватывает тот же полустержень сердеч ника.В некоторых случаях, например при резком изменении нагрузки, требуется резкое изменение угла 9 до одного из своих передельных значений. Пусть, например, в условиях работы электропередачи переключающие контакты регулятора Р 1 были установлены на концах регулировочных обмоток. Затем произошло резкое изменение нагрузки и потребовалась установка нового значения угла 9, определяемого положением подвижных контактов регулятора Р Для установки нового значения угла й требуется некоторое время, которое будет затрачено на то, чтобы переключаюшие контакты прошли все промежуточные положения, Это время может оказаться больше, чем время, необходимое для того, чтобы в примыкающей 60 энергосистеме не возникло нежелательных явлений. С целью уменьшения времени перевода устройства из любого промежуточного состояния в одно из предельньх в схему введен трехфазный переключатель П, нормально отключенные контакты которого включены между выводами (А,В,С) и соответствуюшими вводами (А,В,С) трансформаторного устройства, а нормально включенные контакты того же переключателя включены в разрыв между переключающими контактами Р 1 и Р 2. Этот же переключатель может быть использован для установки требуемого значения угла О без коммутации тока нагрузки переключаюшим контактом Р 1.При включении переключателя П выводы трансформаторного устройства соединяются с соответствующими вводами сети, ток нагрузки протекает непосредствЕнно от вводов, минуя трансформаторное устройство, а переключаюшие контакты Р 1 при этом обесточены. Затем производится перевод обесточенных, контактов Р 1 в требуемое положение, после чего переключатель П отключается. Таким образом, требования, предъявляемые к устройству РНП, могут оыть облегчены.Необходимость выполнения регулировочныхотводов при изготовлении трансформаторных устройств связана с некоторыми тсхническимп трудностями. Поэтому уменьшеничисла регулировочных отводов при сохраннии того же значения ступени и диапазона регулирования угла значительно облегчает изготовление устройств для регулируемого фазового сдвига.На фиг. 12 конец первичной обмотки (%)одной фазы соединен с концом вторичной обмотки (% 2 в) другой фазы и началом вторичной обмотки (Юз;) третьей фазы. Начало первичной обмотки (Ю,А) соединено с началом дополнительной обмотки (Ъ,), начало вторичной обмотки (%2,) соединено с концом другой дополнительной обмотки (%2;Д . Общая (средняя) точка дополнительных обмоток Ю, и Ъ соединена с концом вторичной обмотки третьей фазы (%зс). Средняя точка вторичной обмотки третьей фазы (%,) через переключаюший контакт Р 1 - 1 соединена с одним из регулировочных отводов регулировочной обмотки Ърс. Другой переключаюгций контакт Р 1 - 2 связывает один из регулировочных отводов регулировочной обмотки (Юр ) с переключаюшим контактом Р 2 дополнительной регулировочной обмотки Юрзя.Если переключаюший контакт Р 1 - 1 подключен к началу, а переключаюший контакт Р 1 - 2 к концу регулировочной обмотки, то при Юр, -- ", 6=60, Когда переключающий контакт Р 1 - 1 подключен к концу, а переключающий контакт Р 1 - 2 к началу регулировочной обмотки, 9=0. Контакты Р 1 - 1 и Р 1 - 2 могут перемешаться одновременно или поочередно, совместно или независимо. Таким образом, в схеме на фиг. 12 обеспечивается тот же диапазон регулирования угла 9 при в два раза меньшем числа витков и, соответственно, регулировочных отводов регулировочной обмотки,Предложенное трансформаторное устройство состоит из одного трансформаторного агрегата, обеспечивает компенсацию падения выходного наг 1 рюркения при нагрузке, число витков и отййдов регулировочных обмоток, предназначеннь)х для изменения угла фазового сдвига пр сохранении ступени и диапазона регулирования, может быть уменьшено в два раза. Вносимое трансформаторным устройством в. тракт электропередачи продольное сопротивление при изменении угла Я практичес ки остается неизменным.Формула изобретения1. Трансформаторное устройство для регулирования фазового сдвига трехфазной сети, содержащее магнитопровод, на котором размещены рабочие и регулировочные обмотки с отпайками и механизм переключения под 20 нагрузкой с переключающими контактами, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения диапазона регулирования угла фазового сдвига, конец каждой первичной обмотки соединен с концом вторичной обмотки другой фазы, а к их обшей точке присоединено начало регулировочной обмотки третьей фазы, причем переключающие контакты механизма переключения под нагрузкой, перемещающиеся по отпайкам указанных регулировочных обмоток, соединены в общую нулевую точку.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью улучшения его нагрузочной характеристики, оно выполнено с расщепленным магнитопроводом, причем на одном из стержней расщепленного магнитопровода разме- М щены дополнительные, включенные последовательно и согласно рабочие обмотки, средняя точка которых присоединена к концу соответствующей регулировочной обмотки, начало одной из дополнительных обмоток, присоединено к началу соответствующей первичной обмотки, а конец другой обмотки к началу соответствующей вторичной обмотки.3. Устройство по пп., 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью компенсации падения выходного напряжения от нагрузки, на одном стер жне расщепленного магнитопровода каждой фа - зы магнитопровода размещена дополнительная регулировочная обмотка, концы всех трех дополнительных регулировочных обмоток соединены в общую нулевую точку, переключающие контакты механизма переключения под нагрузкой дополнительных регулировочных обмоток соединены с соответствующими переключающими контактами регулировочных обмоток.4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что, с целью уменьшения числа отводов регулировочной обмотки, конец первичной обмотки одной фазы соединен с концом вторичной обмотки другой фазы и началом вторичной обмотки третьей фазы, причем средняя точка вторичной обмотки третьей фазы через подвиж- ный контакт одного механизма переключения соединена с регулировочными отпайками регулировочной обмотки, а подвижный контакт дру. гого механизма переключения соединяет регулировочные отпайки регулировочной обмотки с общей нулевой точкой.5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что, с целью формированного изменения фазового сдвига и облегчения работы переключающих контактов, между вводами и выводами одноименных фаз включены нормально открытые контакты дополнительного трехфазного переключателя, а нормально включенные контакты этого переключателя включены в разрыв между нулевой точкой и переключающими контактами регулирования фазового сдвига.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. 1.,Ь, Мсоггп 1 с 1 с. РЬаэе - Апде Кедц 1 а 1 огз ор 1 ппае Тгапэпизэоп 1 лпе Рохчег г 1 ожз Юез пдйоцзе Епд, 1974, 34,3, с. 87 - 91.2. В.Регсо. Ьрес 1 а 1 гапз 1 оппег М 11 соп 1- го 1 рохчег Лоа Ье 1 кееп Оп 1 аг 1 о, Мап 1 оЬа Е 1 ес 1 пса Хеюэ апс 1 Епрпееппд 1 ц 1 у. 1972.3. Юа 11 ег Ечеперое, РгоЫегпз роэеэ раг а сопсер 1 оп е 1 1 а геа 1 за 11 оп дц десаецг пе рЬаэе 155 ч : 30. 290 гпча де рц эза псе 1 гачегзаи 1 е Йечце Е 1 ес 1 г. чо 1. Ч,5, 1967.4. Постолатий В. М Комендант И. Т., Калинин Л, П, Регулирование полуразомкнутых электропередач и режимах минимальных потерь и натуральной мощности, Материалы семинара по кибернетике. Кишенев, Штиннца, 1973, выпуск 54.606186 Фо Фо с ог сРиг. П Составитель Л. ДеменТехред О.ЛуговаяТираж 892 д. 4/5оектная 11303Филиал Редактор В. ФелвдманЗаказ 2464/42ЦНИИПИ Го г 1 грв дрв ударственного коми о делам изобрет Москва, Ж,ПП Патент, г.ета Со гий и аушск Ужгород ваКор Под та Миткрытинаб.ул. ПР ктор Д. Мельниченкосноеистров СССР