УСТРОЙСТВО ВКЛЮЧЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована, в частности, на тяговых подстанциях постоянного тока железнодорожного транспорта для снижения бросков тока перемагничивания при включении преобразовательных трансформаторов.
Целью полезной модели является повышение качества электрической энергии в системе электроснабжения железнодорожного транспорта, включающей в себя устройства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) и трансформаторные подстанции нетяговых потребителей.
Предлагаемое устройство позволяет стабилизировать и снижать величину провалов на шинах переменного тока напряжением (0,4-35) кВ при включениях преобразовательных агрегатов, сопровождающихся бросками токов перемагничивания.
Известен ряд устройств, обеспечивающих снижение броска тока перемагничивания и провалов напряжения при включении резервных преобразовательных агрегатов с различным составом оборудования. Недостатком данных устройств является отсутствие возможности компенсации бросков тока, обусловленных изменением режимов работы преобразовательных агрегатов, для стабилизации напряжения.
Известно устройство для устранения бросков тока при включении сетевых трансформаторов, содержащее включенные последовательно с первичной обмоткой трансформатора параллельно соединенные токоограничивающий резистор, триак, и блок управления триаком [1]. Недостатком устройства является сложная схема подключения трансформатора, время, необходимое для перехода мультивибратора в открытое/закрытое состояние - (11-12) мс (половина полупериода синусоиды напряжения).
Известно устройство для реализации способа снижения токов включения при многократных коммутациях трансформатора [2], содержащее подключенные к питающей сети оперативный выключатель, пульт управления выключателем, трансформатор напряжения, соединенный с устройством синхронизации выключателя, имеющим блок синхронизации с напряжением в сети, блок настройки момента отключения выключателя, блок настройки момента включения выключателя, формирователи сигналов управления, первый преобразователь контактных сигналов в логические, один вход которого соединен с нормально закрытым блок-контактом выключателя, второй вход соединен с клеммой для сигнала на отключение от пульта управления выключателем, а выходы соединены через логический элемент И с короткозамыкателем, соединенным с катушкой привода отключения выключателя, а также второй преобразователь контактных сигналов в логические, один вход которого соединен с нормально открытым блок-контактом выключателя, второй вход соединен с клеммой для сигнала на включение от пульта управления выключателем, а выходы соединены через логический элемент И с другим короткозамыкателем, соединенным с другой катушкой привода отключения выключателя. Недостатком такого устройства является то, что при размыкании полюсов автоматического выключателя в расчетный момент времени при заданном коэффициенте мощности не всегда обеспечивается одно и тоже распределение остаточных индукций в стержнях магнитопровода, поскольку полное погасание дуги в автоматическом выключателе может происходить не только при первом прохождении тока через нулевое значение, но и при втором.
Известно устройство защиты трехфазного трансформатора от бросков тока, содержащее блок, задающий величину собственного времени срабатывания автоматического выключателя, блок синхронизации, блок задержки и логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом блока задержки, второй вход соединен с выходом блок-контакта, формирующим и подающим сигнал «включение», третий вход подключен к блоку контроля состояния полюсов вакуумного выключателя, а выход логического элемента И соединен с входом системы управления приводом полюсов, при этом выход блока синхронизации подключен к первому входу блока задержки [3]. Недостатком такого устройства является сложная конструкция включающая избыточные функциональные элементы, в частности, комплект однофазных измерительных трансформаторов, модули расчета остаточной индукции, измерительные преобразователи, наличие которых влечет значительные дополнительные затраты, излишние для задач, решаемых на действующих тяговых подстанциях железнодорожного транспорта.
Известно устройство для снижения бросков тока при включении трансформатора [4], содержащее подключенные к питающей сети выключатель, систему управления выключателем, трансформатор напряжения, соединенный с устройством синхронного включения трансформатора. Недостатками такого устройства является низкая эффективность работы при нестабильных временных характеристиках выключателей на стороне 10 кВ, дребезге контактов КСА, наличии электромеханических реле в цепи управления выключателем, сюда же следует отнести неработоспособность при первоначальном включении трансформатора по причине отсутствия процедуры его отключения, а также практически не достигается существенное снижение броска тока при включении трансформатора из за разновременности замыкания контактов выключателя.
Известно устройство безударного включения трансформатора на холостой ход [5], содержащее блок тиристоров, соединенный по цепям входов с фазами трехфазный питающей сети, а по цепям выходов с фазами обмотки трехфазного трансформатора, и систему управления, обеспечивающую подключение обмоток трансформатора к питающей сети за два такта без броска токов, а именно в режим установившегося значения холостого тока. Основной недостаток данного устройства - высокая стоимость устройства, соизмеримая со стоимостью трехфазного трансформатора мощностью (1,0-1,5) МВт.
Известен способ включения трансформатора [6], основанный на том, что первичную обмотку силового трансформатора подключают напрямую к источнику электроэнергии после синхронизации, отличающийся тем, что в схему вводится трансформатор малой мощности, первичную обмотку которого соединяют с источником электроэнергии, а вторичную через RL-цепь подключают к вторичной обмотке силового трансформатора, устройством синхронизации выполняют синхронизацию напряжений на стороне первичной обмотки силового трансформатора и источника электроэнергии. Недостатками такого устройства являются: неспособность выявления межвитковых замыканий в обмотках силового трансформатора из-за принятого в нем алгоритма определения выхода силового трансформатора в установившейся режим работы на холостом ходу по разности напряжений на контактах не включенного выключателя с помощью устройства синхронизации; невысокое быстродействие из-за наличия вспомогательного трансформатора и токоограничивающих реакторов, затягивающих процесс выхода силового трансформатора в установившийся режим работы холостого хода.
Известно устройство включения трехфазного трансформатора [7], в котором используются пусковые резисторы, трехфазный диодный выпрямитель, инвертор. Недостатком такого устройства является выделение тепла на пусковых резисторах, а также вопрос электромагнитной совместимости силового и микроэлектронного оборудования.
Известно устройство для включения силового трансформатора [8], в котором используются трехфазный диодный выпрямитель, реактор. Недостатком такого устройства является то, что данный способ не позволяет снизить пусковые токи ниже величины максимального значения.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для снижения бросков тока при включении трансформатора, содержащее преобразовательный трансформатор, выключатель переменного тока и измерительные трансформаторы тока и напряжения, выходы которых связаны с системой регулирования для синхронизации момента включения выключателя с напряжением сети, отличающееся тем, что оно дополнено накопителем электроэнергии, выход которого соединен с входом двунаправленного преобразователя постоянно-переменного напряжения, выход которого соединен с шинами подстанции, при этом на выходе накопителя установлены датчики тока и напряжения, связанные с системой регулирования, а на выходе преобразователя установлены трансформаторы тока, выходы которых соединены с упомянутой системой регулирования. [4].
В прототипе технический результат снижения бросков тока перемагничивания и провалов напряжения обеспечивается за счет фиксации времени в момент отключения относительно синусоиды питающего напряжения и включение резервных преобразовательных агрегатов в предшествующий момент времени.
Предлагаемое устройство может быть использовано на тяговых подстанциях постоянного тока, имеющих два и более преобразовательных трансформатора, систему автоматики включения-отключения резервных преобразовательных агрегатов, где не достигается эффект снижения броска тока перемагничивания устройствами, разработанными ранее по прототипу.
Устройство включения преобразовательного трансформатора обеспечивает мгновенное снижение провалов напряжения и токов перемагничивания путем стабилизации заранее накопленной электрической энергии на шинах (0,4-35) кВ, за счет компенсации броска тока намагничивания трансформаторов (фиг. 1).
Технический результат обеспечивается за счет управления режимами работы и регулирования мощности накопителя с использованием датчиков измерения токов и напряжений, подключенных со стороны высокого напряжения преобразовательных трансформаторов.
На фиг. 2 представлена схема устройства включения преобразовательного трансформатора.
Заявленное устройство состоит из накопителя электрической энергии 1 (фиг. 2), датчиков измерения токов и напряжений системы накопления электрической энергии 2, 3, преобразователя постоянно-переменного напряжения 4, выпрямительного преобразователя 5, системы регулирования 6, преобразовательного трансформатора 7, выключателя переменного тока 8, трансформаторов тока 9, 10 и напряжения 11.
Управление режимами работы и изменение мощности накопителя электрической энергии 1 осуществляется системой регулирования 6, подключенной к шинам среднего напряжения через трансформаторы тока 10, 11 и напряжения 12 посредством преобразователя постоянно-переменного напряжения 4. Датчики тока 2 и напряжения 3 подключены к трансформаторам тока 9, 10 и напряжения 11, соответственно.
Реализация работы предлагаемого устройства осуществляется с помощью системы регулирования 6, которая запоминает момент времени отключения преобразовательного агрегата и управляет режимами работы накопителя электрической энергии и мощностью, позволяющей реализовать компенсацию тока в зависимости от разряда или заряда, на основании измерения действующих и мгновенных значений тока и напряжения, степени заряженности накопителей и глубины их разряда.
В режиме заряда на основе реализованного алгоритма управления при поступлении на датчики тока 2 и напряжения 3 через трансформаторы тока 9, 10 и напряжения 11 значений токов и напряжений система регулирования 6 формирует сигнал через преобразователь постоянно-переменного напряжения 4 для заряда накопителя электрической энергии 1 и компенсации падения напряжения и броска тока.
В режиме разряда мощность накопителя 1, через преобразователь постоянно-переменного напряжения 4 поступает на шины.
На фиг. 3 приведен алгоритм работы устройства, иллюстрирующий управление режимами работы. Использованы следующие обозначения:
m
u - мгновенное значение провала напряжения;
m
i - мгновенное значение броска тока перемагничивания;
m const
u - уставка величины провала напряжения в накопителе электрической энергии;
m const
i - уставка величины броска тока перемагничивания в накопителе электрической энергии.
m снэ
u - мгновенное значение напряжения системы накопления электроэнергии (СНЭ);
m разр снэ
u - мгновенное значение напряжения разряда СНЭ;
m разр СНЭ
i - мгновенный ток разряда СНЭ;
m зар снэ
u - мгновенное напряжение заряда СНЭ;
m зар СНЭ
i - мгновенный ток заряда СНЭ;
m const
m const
Режим заряда-разряда накопителя энергии осуществляется при превышении провала напряжения ниже заданного уровня напряжения и возникновении броска тока перемагничивания (фиг. 3). Управление в режиме заряда и разряда основано на анализе мгновенных значений напряжения, тока, путем введения уставок для максимального провала напряжения и броска тока u, i.
Достоинством предлагаемого устройства включения преобразовательных трансформаторов с накопителем электрической энергии является ограничение тока перемагничивания за счет его компенсации током накопителя и снижения провала напряжения.
Библиографический список
1. Пат. SU (19) 1269755 (11) A3 Н02Н 9/02 устройство для устранения бросков тока при включении сетевых трансформаторов / Тамаш Фачади, Лайош Торньи №3564997; Заявлено 03.03.1983; Опубл. 07.11.1086. Бюл. №41.
2. Пат. RU (11) 2093943 (13) С1 МПК Н02Н 9/02 Способ снижения бросков тока при многократных коммутациях трансформатора / В.А. Кузьменко Лейтес Л.В., Лозовский Н.А., Лурье А.И., Панибратец А.Н., Пиндак И.А., Рабинович В.Л., Чуприков B.C. №94014785/07; Заявлено 20.04.1994; Опубл. 20.10.1997.
3. Пат. RU (11) 97223 (13) U1 МПК Н02Н 9/02 Устройство защиты трехфазного трансформатора от бросков тока / А.А. Николаев, Г.П. Корнилов, А.С. Карандаев, Т.Р. Храмшин №2010112689/07; Заявлено 01.04.2010; Опубл. 27.08.2010. Бюл. №24.
4. Пат. RU (11) 108233 (13) U1 МПК Н02Н 9/02 Устройство для снижения бросков тока при включении трансформатора / В.А. Кващук, Н.М. Лапенко, М.А. Карабанов №2011108012/07; Заявлено 02.03.2011; Опубл. 10.09.2011. Бюл. №25.
5. Пат. RU (11) 127270 (13) U1 МПК Н02Р 13/00 МПК Н02Р 13/12 Устройство безударного включения трехфазного трансформатора / М.И. Альтшуллер, Е.Г. Паймурзов, В.М. Пименов №2012144163/07; Заявлено 16.10.2012; Опубл. 20.04.2013. Бюл. №11.
6. Пат. RU (11) 2481692 (13) С2 МПК Н02Р 9/00 Н02Р 1/00 Способ включения трансформатора / И.М. Калинин, В.А. Паршиков, Е.Ю. Шульгина, Кузнецов В.И. №2011134955/07; Заявлено 22.08.2011; Опубл. 15.05.2013. Бюл. №13.
7. Пат. RU (11) 2621704 (13) С1 МПК Н02М 1/16 Устройство включения трехфазного трансформатора / В.И. Вишневский, Е.Г. Паймурзов, В.М. Пименов, С.Г. Макаров №2016113982; Заявлено 11.04.2016; Опубл. 07.06.2017. Бюл. №16.
8. Пат. RU (11) 2715047 (21) С1 МПК Н02М 10/44 Устройство для включения силового трансформатора / В.С. Климаш, Р.Р. Ниматов №2019134975; Заявлено 30.10.2019; Опубл. 26.02.2020. Бюл. №6.