Двухдиапазонное фазоповоротное устройство для сетей среднего напряжения

Решение относится к высоковольтным электротехническим комплексам для управляемых линий электропередач.
Известно фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого выполнены со средним выводом и вставлены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, а первичные обмотки соединены по схеме треугольника, узлы соединения обмоток которого подключены к высоковольтным выводам трехфазного высоковольтного коммутатора. При этом низковольтные выводы всех фаз коммутатора соединены по схеме звезды, а входные выводы каждой фазы коммутатора подключены ко вторичной обмотке соответствующей фазы трехфазного шунтового трансформатора, первичные обмотки которого высоковольтными выводами подключены к средним выводам вторичных обмоток сериесного трансформатора, а низковольтными выводами соединены по схеме звезды и заземлены (патент Российской Федерации на полезную модель RU 106060 U1 кл. Н03Н 7/18, опубл. 27.06.2011 г.).
Недостаток данного фазоповоротного устройства заключается в использование двух трансформаторов - сериесного и шунтового, что значительно увеличивает расчетную мощность трансформаторного оборудования.
Известно полупроводниковое фазоповоротное устройство (ФПУ), которое реализует продольно-поперечное регулирование напряжения (патент Российской Федерации изобретение RU 2450420 С1 кл. Н03С 3/00, опубл. 10.05.2012 г.). Поперечное регулировании напряжения фазы С обеспечивается группами N1 и N2 (чужих) фаз В и А вторичных обмоток шунтового трансформатора, питающего через тиристорные коммутаторы первичные обмотки сериесного трансформатора. Причем числа витков вторичных обмоток шунтового трансформатора этих групп выбраны в соответствии с геометрической числовой последовательностью при основании равном трем. Продольное регулирование выполняется группой N1 (своей) фазы С. Число витков вторичных обмоток шунтового трансформатора в пределах этой группы выбраны в соответствии с геометрической числовой последовательностью при основании равном двум.
Данное ФПУ имеет следующие недостатки. ФПУ может применяться только в линиях электропередач с заземленной нейтралью, необходимой для подключения первичных обмоток шунтового трансформатора. В связи с этим реализация схемного решения невозможна в сетях среднего напряжения (6-20 кВ) из-за отсутствия в них нейтрального провода. В этом ПФУ необходимо разбиение вторичных обмоток шунтового трансформатора на секции, имеющие разное число витков, что значительно усложняет коммутационные процессы. Требуется применение трансформаторов повышенной мощности, т.к. в данном ФПУ регулирование происходит путем геометрического сложения векторов напряжений.
Наиболее близким к техническому решению по технической сущности является ФПУ, которое реализует продольно-поперечное регулирование напряжения и содержит один вольтодобавочный трансформатор, первичные обмотки которого соединены в треугольник (патент Российской Федерации на изобретение RU 2621062 С1 кл. G05F1/30 опубл. 31.05.17 г.)
ФПУ содержит трехфазный вольтодобавочный трансформатор, первичные обмотки которого подключены к клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ФПУ, вторичные обмотки выполнены в виде четырех гальванически развязанных секций, выводы которых подключены к соответствующим входным клеммам трехфазного коммутатора, выполненного в виде трех цепочек, каждая из которых состоит из группы однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей, причем первые выводы каждой цепочки трехфазного коммутатора подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны выхода ФПУ, первичные обмотки вольтодобавочного трансформатора соединены по схеме «треугольник».
Недостаток данного фазоповоротного устройства является отсутствие поперечного регулирования с удвоенным углом поворота. Ещё одним недостатком фазоповоротного устройства является отсутствие поперечного регулирования с увеличенной проходной мощностью сети.
Решаемая задача - регулирование потоков мощности в распределительных электрических сетях.
Технический результат - реализация фазоповоротного устройства, осуществляющего поперечное регулирование с малым углом поворота и увеличенной проходной мощностью сети, а также поперечное регулирование с удвоенным углом поворота.
Технический результат достигается тем, что в двухдиапазонном фазоповоротном устройстве для сетей среднего напряжения содержащем трехфазный вольтодобавочный трансформатор, первичные обмотки которого подключены к клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа устройства, вторичные обмотки присоединены к переключателю диапазонов и выполнены в виде двух гальванически развязанных секций со свободными выводами, первичные обмотки вольтодобавочного трансформатора соединены по схеме «треугольник», все гальванически развязанные секции вторичных обмоток каждой фазы выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации, первые выводы трехфазного коммутатора состоящего из трех однофазных мостовых преобразователей, подключены к выходным высоковольтным зажимам устройства, причем вторые выводы трехфазного коммутатора подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа устройства, при этом первый свободный вывод первой обмотки первой секции вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора присоединен к первому вводному зажиму третьей фазы трехфазного коммутатора, а также к первому входному зажиму переключателя диапазонов первой фазы, первый свободный вывод второй обмотки первой секции вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора присоединен к первому вводному зажиму первой фазы трехфазного коммутатора, а также к первому входному зажиму переключателя диапазонов второй фазы, первый свободный вывод третьей обмотки первой секции вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора присоединен к первому вводному зажиму второй фазы трехфазного коммутатора, а также к первому входному зажиму переключателя диапазонов третьей фазы, причем первый выходной зажим переключателя диапазонов первой фазы подключен к первому свободному выводу первой обмотки второй секции вольтодобавочного трансформатора, первый выходной зажим переключателя диапазонов второй фазы подключен к первому свободному выводу второй обмотки второй секции вольтодобавочного трансформатора, первый выходной зажим переключателя диапазонов третьей фазы подключен к первому свободному выводу третьей обмотки второй секции вольтодобавочного трансформатора, при этом второй свободный вывод первой обмотки первой секции вольтодобавочного трансформатора присоединен ко второму и третьему входным зажимам переключателя диапазонов первой фазы, второй свободный вывод второй обмотки первой секции вольтодобавочного трансформатора присоединен ко второму и третьему входным зажимам переключателя диапазонов второй фазы, второй свободный вывод третьей обмотки первой секции вольтодобавочного трансформатора присоединен ко второму и третьему входным зажимам переключателя диапазонов третьей фазы, причем второй выходной зажим переключателя диапазонов первой фазы подключен ко второму свободному выводу первой обмотки второй секции вольтодобавочного трансформатора, а также ко второму вводному зажиму трехфазного коммутатора третьей фазы, второй выходной зажим переключателя диапазонов второй фазы подключен ко второму свободному выводу второй обмотки второй секции вольтодобавочного трансформатора, а также ко второму вводному зажиму трехфазного коммутатора первой фазы, второй выходной зажим переключателя диапазонов третьей фазы подключен ко второму свободному выводу третьей обмотки второй секции вольтодобавочного трансформатора, а также ко второму вводному зажиму трехфазного коммутатора второй фазы.
В фазоповоротном устройстве используется вольтодобавочный трансформатор с гальванически развязанными вторичными обмотками с переключателем диапазонов регулирования напряжения, соединение первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора по схеме «треугольник» не требует использования нейтрали для реализации схемного решения, что позволяет использовать ФПУ в сетях низкого и среднего напряжения.
В ФПУ используется вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) с гальванически развязанными вторичными обмотками с переключателем диапазонов, при этом сдвиг по фазе выходных напряжений относительно входных осуществляется модулями поперечного регулирования. Первый режим переключателя диапазонов реализует малый угол поворота и увеличенную проходную мощность сети, второй режим переключателя диапазонов реализует удвоенный фазовый сдвиг выходного напряжения.
По сравнению с известными аналогами переключатель диапазонов вторичных обмоток ВДТ позволяет реализовать два режима поперечного регулирования выходного напряжения ФПУ. Соединение первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора по схеме «треугольник» не требует использования нейтрали для реализации схемного решения, что позволяет использовать устройство в сетях низкого и среднего напряжения.
Двухдиапазонное фазоповоротное устройство для сетей среднего напряжения содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор первичные обмотки которого подключены к клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ФПУ, вторичные обмотки присоединены к переключателю диапазоннов и выполнены в виде двух гальванически развязанных секций со свободными выводами, первичные обмотки вольтодобавочного трансформатора соединены по схеме «треугольник», все гальванически развязанные секции вторичных обмоток каждой фазы выполнены с одинаковым коэффициентом трансформации, первые выводы трехфазного коммутатора состоящего из трех однофазных мостовых преобразователей, подключены к выходным высоковольтным зажимам ФПУ, причем вторые выводы трехфазного коммутатора подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ФПУ, при этом первый свободный вывод первой обмотки первой секции вторичных обмоток ВДТ присоединен к первому вводному зажиму третьей фазы трехфазного коммутатора, а также к первому входному зажиму переключателя диапазонов первой фазы, первый свободный вывод второй обмотки первой секции вторичных обмоток ВДТ присоединен к первому вводному зажиму первой фазы  трехфазного коммутатора, а также к первому входному зажиму переключателя диапазонов второй фазы, первый свободный вывод третьей обмотки первой секции вторичных обмоток ВДТ присоединен к первому вводному зажиму второй фазы трехфазного коммутатора, а также к первому входному зажиму переключателя диапазонов третьей фазы, причем первый выходной зажим переключателя диапазонов первой фазы подключен к первому свободному выводу первой обмотки второй секции ВДТ, первый выходной зажим переключателя диапазонов второй фазы подключен к первому свободному выводу второй обмотки второй секции ВДТ, первый выходной зажим переключателя диапазонов третьей фазы подключен к первому свободному выводу третьей обмотки второй секции ВДТ, при этом второй свободный вывод первой обмотки первой секции ВДТ присоединен ко второму и третьему входному зажиму переключателя диапазонов первой фазы, второй свободный вывод второй обмотки первой секции ВДТ присоединен ко второму и третьему входным зажимам переключателя диапазонов второй фазы, второй свободный вывод третьей обмотки первой секции ВДТ присоединен ко второму и третьему входным зажимам переключателя диапазонов третьей фазы, причем второй выходной зажим переключателя диапазонов первой фазы подключен ко второму свободному выводу первой обмотки второй секции ВДТ, а также ко второму вводному зажиму трехфазного коммутатора третьей фазы, второй выходной зажим переключателя диапазонов второй фазы подключен ко второму свободному выводу второй обмотки второй секции ВДТ, а также ко второму вводному зажиму трехфазного коммутатора первой фазы, второй выходной зажим переключателя диапазонов третьей фазы подключен ко второму свободному выводу третьей обмотки второй секции ВДТ, а также ко второму вводному зажиму трехфазного коммутатора второй фазы.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена функциональная схема ФПУ.
Предлагаемое двухдиапазонное фазоповоротное устройство для сетей среднего напряжения (ФПУ) содержит вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) 1, первичные обмотки 2, 3, 4 которого соединены по способу «треугольник» и подключены к соответствующим клеммам высоковольтной линии электропередачи 5 фазы А, 6 фазы В и 7 фазы С со стороны входа ФПУ, вторичные обмотки каждой из трех фаз выполнены в виде двух гальванически развязанных секций 8-13 со свободными выводами 14-25, переключатель диапазонов 26-28 с входными зажимами 29-37 и выходными зажимами 38-43, трехфазный коммутатор, состоящий из групп однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с коммутаторами 44-55 в каждом плече с вводными зажимами 56-61 и выходными зажимами 62-67, при этом в модуле поперечного регулирования, представленном на фиг. 1 первые выводы 63, 65, 67 трехфазного коммутатора подключены к выходным высоковольтным зажимам ФПУ 70 фазы С1, 69 фазы В1, 68 фазы А1, а вторые выводы 62, 64, 66 трехфазного коммутатора подключены к соответствующим клеммам 7, 6, 5 высоковольтной линии электропередачи со стороны входа ФПУ, причем первые свободные выводы 14, 18, 22 первой секции вторичных обмоток 8,10,12 присоединены к первым вводным зажимам 56, 58, 60 трехфазного коммутатора, а также к первым входным зажимам 31, 34, 37 переключателя диапазонов 26, 27, 28, первые выходные зажимы переключателя диапазонов 39, 41, 43 подключены к зажимам 16, 20, 24 второй секции вторичных обмоток 9,11,13. Вторые свободные выводы 15, 19, 23 первой секции вторичных обмоток 8, 10, 12 присоединены ко вторым 30, 33, 36 и третьим 29, 32, 35 входным зажимам переключателя диапазонов 26, 27, 28. Вторые выходные зажимы 38, 40, 42 переключателя диапазонов присоединены к свободным выводам 17, 21, 25 второй секции вторичных обмоток 9, 11, 13, а также ко вторым вводным зажимам 57, 59, 61 трехфазного коммутатора.
Существует два положения работы переключателя диапазонов. В первом положении, которое поясняет фиг. 2, соединяются следующие входные и выходные зажимы переключателя диапазонов: 29 и 38, 31 и 39, 32 и 40, 34 и 41, 35 и 42, 37 и 43 при этом вторичные обмотки ВДТ 8-9, 10-11, 12-13 включены согласно параллельно, обеспечивая тем самым увеличенную проходную мощность сети и малый угол поворота выходного напряжения ФПУ. При включенных коммутаторах 46, 47, 50, 51, 54, 55 вторичные обмотки 8-13 ВДТ исключаются из цепи протекания тока линии. Напряжение на выходе ФПУ будет равно напряжению на входе. При включенных коммутаторах 45-46, 49-50, 53-54 в каждую линию вводятся э.д.с. ступени поперечного регулирования. Следует отметить, что для поперечного регулирования напряжения фазы А применяется э.д.с. фазы В e2В, находящаяся в противофазе с линейным напряжением uВС. Аналогично для поперечного регулирования напряжений фаз В и С используются э.д.с. фаз С e2С и А e2А, соответственно. Указанные э.д.с. находятся в противофазе с входными линейными напряжениями uСА, uАВ. Векторная диаграмма входных и выходных линейных напряжений для рассматриваемого режима приведена на фиг 3. Данный режим позволяет получить на выходе ФПУ линейные напряжения, отстающие от входных на угол α. При включенных коммутаторах 44,47 48,51 52,55 выходные напряжения ФПУ опережают входные напряжения на угол α.
Во втором положении переключателя диапазонов, который поясняет фиг. 4 соединяются следующие входные и выходные зажимы переключателя диапазонов: 30 и 39, 33 и 41, 36 и 43 при этом вторичные обмотки ВДТ 8-9, 10-11, 12-13 включены согласно последовательно, обеспечивая тем самым удвоенный угол поворота выходного напряжения ФПУ.
При включенных коммутаторах 46, 47, 50, 51, 54, 55 вторичные обмотки 8-13 ВДТ исключаются из цепи протекания тока линии. Напряжение на выходе ФПУ будет равно напряжению на входе. При включенных коммутаторах 45-46, 49-50, 53-54 в каждую линию вводится удвоенная э.д.с. ступени поперечного регулирования. Следует отметить, что для поперечного регулирования напряжения фазы А применяется э.д.с. фазы В e2В, находящаяся в противофазе с линейным напряжением uВС. Аналогично для поперечного регулирования напряжений фаз В и С используются э.д.с. фаз С e2С и А e2А, соответственно. Указанные э.д.с. находятся в противофазе с входными линейными напряжениями uСА, uАВ. Векторная диаграмма входных и выходных линейных напряжений для рассматриваемого режима приведена на фиг 5. Данный режим позволяет получить на выходе ФПУ линейные напряжения, отстающие от входных на угол 2α. При включенных коммутаторах 44,47 48,51 52,55 выходные напряжения ФПУ опережают входные напряжения на угол 2α.