СИЛОВОЙ АВТОТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ РАБОТЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ В ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЮЩЕЙ СЕТИ (ПОЛИТРАНСФОРМАТОР)

Предлагаемая полезная модель относится к силовому автотрансформатору для работы при различных напряжениях в высоковольтной электропередающей сети, называемому здесь политрансформатором.
В настоящей заявке термин "высоковольтная сеть" относится к сети с напряжением свыше приблизительно 69 киловольт (кВ). Благодаря таким напряжениям силовые трансформаторы могут развивать номинальные мощности свыше 100 мегавольтампер или выше или иметь на выходе другие подходящие номинальные напряжения.
Основная структура автотрансформатора раскрыта в "Magnetic Circuits and Transformers" («Магнитные цепи и трансформаторы»), Массачусетский технологический институт, ноябрь 1977, ISBN-10:0-262-63063-XISBN-13:978-0-262-63063-4. В комментариях к фиг.1, приведенной на странице 394 этой работы (Глава XV), поясняется, что обычный двухкаскадный трансформатор, в котором обмотка 1 и обмотка 2 соединены последовательно, известен как автотрансформатор, и что обмотка 1 часто называется последовательной обмоткой, а обмотка 2 общей обмоткой. Автотрансформатор может использоваться для преобразования энергии с напряжением VH в энергию с пониженным напряжением VX либо для преобразования энергии в обратном направлении.
Благодаря использованию настоящей полезной модели на входе и/или выходе одного силового автотрансформатора можно по выбору иметь различные уровни вторичного и напряжения (с дополнительной возможностью его регулировки в пределах выбранного уровня) и напряжения в третичной обмотке с возможностью получения различных коэффициентов трансформации и использования для взаимного соединения высоковольтных электрических систем в разнообразных трансформаторных станциях.
Предлагаемый трансформатор отличается от существующих силовых трансформаторов, используемых в высоковольтной сети, имеющих напряжение одного уровня на входе, а другого уровня на выходе и обладающих, в большинстве случаев, лишь возможностью подстройки напряжения в пределах того же уровня.
Кроме того, предлагаемый автотрансформатор подходит для использования в качестве запасного при аварийной ситуации на подстанциях, поскольку его при необходимости можно присоединить к различным системами передачи электроэнергии в высоковольтной сети благодаря возможности выбрать уровни напряжения на входе и на выходе.
Предлагаемый автотрансформатор для работы при различных напряжениях является силовым автотрансформатором, в котором конструкция и соответствующие характеристики обеспечивают оптимальное сочетание различных уровней напряжения на входе и/или выходе с ограничениями по его транспортировке, при этом его габариты соответствуют как требованиям техники безопасности и эксплуатации электрооборудования, так и нормам, действующим на железнодорожном транспорте.
Область применения настоящей полезной модели относится к передаче и преобразованию высоковольтной электроэнергии. Более конкретно, политрансформатор предназначен для выполнения функции резервного автотрансформатора, который может использоваться в случае нештатной ситуации в сети для осуществления взаимного соединения с использованием различных значений напряжения на входе и/или выходе и третичной обмотке.
В электроэнергетике давно известны и применяются компоненты, служащие для преобразования напряжения и тока и предназначенные для облегчения передачи электричества от генераторных установок к конечным потребителям.
Для уменьшения силы тока и, соответственно, минимизации потери энергии, связанной с ее передачей, электроэнергию необходимо передавать при высоких напряжениях. Иными словами, электроэнергию эффективнее предавать с высоким напряжением, а потребляют ее по соображениям безопасности низковольтные системы. Поэтому в различных подстанциях системы передачи электроэнергии оба напряжения выбирают так, чтобы, с одной стороны, оптимизировать передачу электроэнергии, а с другой стороны, обеспечить ее использование по назначению.
Именно в состав таких подстанций включают трансформаторные системы, служащие для взаимного соединения систем передачи электроэнергии при различных напряжениях, которые различаются на выходе в зависимости от того, куда поступает электроэнергия на следующем этапе.
Очевидно, что трансформаторы в стационарном оборудовании настроены на определенные уровни напряжения, т.е. они сконструированы для постоянного выполнения своей функции.
В случае неисправности или нештатной ситуации, при которой требуется временная замена одного из этих трансформаторов, необходимо перекоммутировать используемые соединения на другой трансформатор с такими же характеристиками таким образом, чтобы после устранения нештатной ситуации можно было вернуться к исходному состоянию. Это ведет к утяжелению таких компонентов и увеличению их объема, затрудняя транспортировку и перемещение запасного оборудования, для которых необходимы специальные транспортные системы и средства.
Кроме того, требуется иметь столько различных резервных установок, сколько требуется иметь различных входных и выходных значений сети электропередачи. Эта проблема решена использованием трансформаторов для работы при различных напряжениях (политрансформаторов), в которых, конфигурируя различные внутренние соединения в обмотках индукционной катушки, можно устанавливать на входе и/или на выходе различные напряжения и, следовательно, получать различные коэффициенты трансформации. Дополнительное преимущество дает возможность выбора различных уровней напряжения в третичной обмотке.
Данная особенность трансформатора для работы при различных напряжениях предполагает обязательное увеличение его размера и веса при той же выходной мощности, что также затрудняет его транспортировку и перемещение.
Такое тяжелое и объемное оборудование удобно транспортировать по железной дороге, поэтому для постоянного использования его выполняют с учетом ограничений железнодорожного транспорта.
В заявке US-20030234639-A1, относящейся к резервному трансформатору, который можно использовать на различных площадках, описана трехфазная трансформаторная цепь со стороной питания, в которой как сторону питания, так и сторону нагрузки можно конфигурировать по выбору в момент использования переключением соединения по схемам "треугольник" или "звезда" и в которой напряжение на выходе со стороны питания выбирается пользователем из различных напряжений на выходе во время эксплуатации при помощи переключателей ответвлений. В целом в ней описан силовой трансформатор, соединенный с линиями передачи электроэнергии большой мощности и расположенный рядом с конечными потребителями, и отсутствуют указания на габариты (размер и вес) трансформатора, позволяющего получать различные напряжения, и на трудности, связанные с его транспортировкой.
Настоящая полезная модель относится к автотрансформатору, в котором отсутствует необходимость в соединениях "треугольником" или "звездой" для получения различных напряжений на входе или выходе, в котором также отсутствует необходимость в выключателях ответвлений и который позволяет выбирать уровни напряжения на третичной обмотке. Особенности предлагаемого автотрансформатора и его просто сконфигурированных соединений имеют отношение к проблеме транспортировки высоковольтных трансформаторов, имеющих конкретное применение (в высоковольтных электропередающих линиях).
Возможность транспортировки таких трансформаторов ограничена их размерами и габаритами, причем такие ограничения для трансформаторов различных напряжений обычно жестче. Предлагаемый здесь автотрансформатор с выходами различного напряжения и простой конфигурацией ответвлений имеет максимальные габариты, позволяющие его перемещать железнодорожным транспортом (с учетом действующих на железной дороге ограничений по размеру и весу) в требуемый географический район со снятыми некоторыми съемными комплектующими деталями.
До настоящего времени не известны системы, объединяющие в себе вышеупомянутые характеристики, а именно, возможность получения различных напряжений на входе и на выходе с максимальной мощностью, которые при этом можно транспортировать по обычной железной дороге.
ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Предлагаемый силовой автотрансформатор для работы при различных напряжениях (политрансформатор) представляет собой эффективное решение, отвечающее требованиям к резервной установке, позволяющей иметь различные напряжения на входе и/или выходе, максимально возможную мощность и конструкцию, соответствующую требованиям к транспортировке по железной дороге.
Политрансформатор, как и находящиеся в эксплуатации силовые трансформаторы, содержит внешний корпус или бак, на котором выполнены прикрепляющие и поддерживающие средства для всех наружных деталей, благодаря которым можно установить вводы, охлаждающее оборудование и другие вспомогательные части трансформатора. Для этого используются стандартные компоненты, что облегчает подбор запасных частей.
Установка готова к размещению на открытом воздухе и имеет в режиме транспортировки подходящие габариты, позволяя демонтировать все вспомогательные части и при необходимости достаточно просто их затем установить.
Установка в режиме транспортировки может быть полностью размещена на железнодорожной платформе, без превышения максимального веса.
В ее верхней части выполнены вводы, которые при транспортировке и для того, чтобы не превысить допустимые размеры, демонтируют при транспортировке. Размещение вводов, а также прочих вспомогательных частей и средств управления переключателем ответвлений, и различных заземлений отвечает всем требованиям по безопасности.
Конструкция различных обмоток, которые содержат цепи как первичных, так и вторичных обмоток автотрансформатора, позволяет напряжение на входе и/или на выходе привести в соответствии с выбранным соединением. Третичная обмотка также сконструирована с возможностью выбора различных уровней напряжения.
Уровни напряжения выбирают посредством изменения внутренних соединений в автотрансформаторе. В политрансформаторе надлежащим образом выполнены несколько выводов, соответствующим образом подсоединенных к внутренним катушкам для получения различных коэффициентов трансформации. Для обеспечения правильного функционирования установки соединения и выводы выполнены в соответствии со всеми необходимыми стандартами и требованиями и с учетом всех диэлектрических и электродинамических показателей, относящихся к данному типу силовых трансформаторов.
Таким образом, предложен высоковольтный автотрансформатор для высоковольтной электропередающей сети, содержащий: последовательную обмотку и общую обмотку; первый высоковольтный выходной отвод; второй высоковольтный выходной отвод, напряжение на котором ниже напряжения на первом высоковольтном выходном отводе, съемные комплектующие детали, в том числе отводы и вспомогательные части; и одно внутреннее соединение или несколько внутренних соединений, сконфигурированных так, что они образуют внутренние ответвления, которые размещены по меньшей мере вдоль одной из обмоток и с использованием которых при их выборе посредством присоединения одного из них к указанному второму высоковольтному выходному отводу выбирают по меньшей мере один уровень напряжения на выходе, при этом максимальные габариты автотрансформатора позволяют его перемещать железнодорожным транспортом в требуемый географический район со снятыми съемными комплектующими деталями.
Согласно другому аспекту предлагаемый автотрансформатор является трехфазным трансформатором, содержащим одно ответвление обмотки или несколько ответвлений обмотки для каждой из трех фаз.
Согласно еще одному аспекту предлагаемый автотрансформатор также содержит корпус, который вмещает обмотку, сердечник и по меньшей мере часть системы охлаждения и габариты которого позволяют его перемещать железнодорожным транспортом в требуемый географический район.
Согласно еще одному аспекту в предлагаемом автотрансформаторе указанные съемные комплектующие детали включают систему охлаждения, содержащую масло и теплообменники для его охлаждения.
Согласно еще одному аспекту в предлагаемом автотрансформаторе каждый отвод напряжения имеет съемный ввод.
Согласно еще одному аспекту в предлагаемом автотрансформаторе корпус также содержит по меньшей мере одну зону доступа к проводам ответвлений, что позволяет выбирать ответвления.
Согласно еще одному аспекту предлагаемый автотрансформатор также содержит регулировочную обмотку и переключатель ответвлений, которым выбирают положение ответвления вдоль регулировочной обмотки.
Согласно еще одному аспекту предлагаемый автотрансформатор также содержит третичную обмотку.
Согласно еще одному аспекту в предлагаемом автотрансформаторе третичная обмотка содержит одно ответвление или несколько ответвлений, позволяющих регулировать напряжение на третичной обмотке.
Чтобы дополнить вышеприведенное описание и лучше понять особенности полезной модели, к настоящей заявке в качестве ее неотъемлемой части приложено три листа чертежей, на которых следующая информация представлена в виде не ограничивающих объем полезной модели иллюстраций, на которых:
фиг.1 иллюстрирует вид сбоку политрансформатора (автотрансформатора различных напряжений), в режиме транспортировки, т.е. с демонтированными комплектующими деталями, служащими для соединения с электропередающей сетью и охлаждения;
фиг.2 иллюстрирует вид спереди политрансформатора, показанного на фиг.1 и также в режиме транспортировки;
фиг.3 иллюстрирует вид сбоку автотрансформатора в рабочем режиме, готового к подсоединению к сети;
фиг.4 иллюстрирует вид сверху автотрансформатора с различными комплектующими деталями; и
фиг.5 иллюстрирует электрическую схему соединений автотрансформатора.
Из приложенных чертежей можно получить представление о внешнем виде и других особенностях предлагаемой полезной модели.
Показанный на фиг.1 сбоку автотрансформатор (политрансформатор) имеет две отдельных зоны, одна из которых расположена в головной части (1) и представляет собой коробку, в которой находится переключатель ответвлений, а другая образует центральный корпус (2) автотрансформатора, в котором размещены активная часть автотрансформатора, сердечник, катушки и проводка.
Именно в верхней части центрального корпуса расположены зажимы (3), предназначенные для крепления различных вводов и вспомогательных частей. В подготовленном к транспортировке автотрансформаторе вышеупомянутые вводы и вспомогательные части демонтированы по соображениям безопасности и для соблюдения правил перевозок на железнодорожном транспорте.
Головная часть (1) содержит масляные баки, вспомогательные компоненты и шкафы управления охлаждающим оборудованием и переключателем ответвлений.
Центральный корпус (2) содержит сердечник и катушки автотрансформатора и опирается на колесные пары, которые предназначены для перемещения установки и которые используются по необходимости.
Колеса (5) проиллюстрированы на фиг.2, на которой показан вид автотрансформатора спереди со стороны головного участка. Здесь также показаны транспортировочные выступы (4), предназначенные для транспортировки и подъема автотрансформатора.
В рабочем режиме оборудование выглядит так, как показано на фиг.3, на которой видны вводы (6) цепи первичной и вторичной обмотки и вводы (11) третичной обмотки, которые будут подсоединены к различным высоковольтным сетям электропередачи.
Для аккумулирования и хранения масла (7) предусмотрен бак, из которого по направлению к баку автотрансформатора выходят трубы и другие каналы.
Под этим баком находится шкаф управления охлаждением и шкаф (8) переключателя ответвлений. Охлаждающее оборудование (10) служит для поддержания температуры масла в пределах допустимых уровней путем рассеивания потерь внутренней энергии автотрансформатора. В этом варианте осуществления полезной модели контур охлаждения может также содержать снабженные приводом насосы (9), которые при необходимости обеспечивают принудительное охлаждение.
На фиг.4 проиллюстрирован вид сверху автотрансформатора в рабочем режиме, в котором вышеупомянутые различные составные части имеют такие же позиционные обозначения, как и на фиг.3. Переключатель ответвлений (12) снабжен устройством для пошагового регулирования, позволяющим отрегулировать напряжение в пределах определенного диапазона одного уровня напряжения.
Как указано выше, различные уровни напряжения выбирают изменением в автотрансформаторе внутренних соединений, которые схематично представлены на фиг.5. Здесь же схематично показаны точки внешних соединений, а именно вводы (13), различные цепи первичной и вторичной обмоток (15), цепи третичной обмотки (14) и переключатель (16) ответвлений.
В более подробном описании полезной модели нет необходимости, поскольку специалисту очевидны ее объем и обусловленные ею преимущества.
Используемые материалы, вспомогательные части, форма, размер и размещение составных частей могут различаться при условии сохранения сущности полезной модели.
Термины настоящего описания следует толковать в самом широком смысле, без ограничения объема полезной модели.