Трансформаторная подстанция
TRANSFORMER SUBSTATION

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначена для преобразования тепловой энергии, выделяемой силовым масляным трансформатором в электроэнергию для повышения КПД трансформаторной подстанции.
Известна двухтрансформаторная подстанция, содержащая два блока «трансформатор-линия» и линию потребителя. Каждый из блоков включает по два выключателя на линии со стороны высокого и со стороны низкого напряжения, разъединитель, отделитель, короткозамыкатель. Линии обоих блоков соединены неавтоматической перемычкой между разъединителями и отделителями. На перемычке расположены два разъединителя. (Электрооборудование станций и подстанций. Рожкова Л.Д., Козулин B.C. М., Энергоатомиздат, 1987. С. 409-411, 439).
Недостатком известной двухтрансформаторной подстанции являются большие тепловые потери силовых трансформаторов.
Прототипом заявляемого технического решения является трансформаторная подстанция, содержащая две соединенные через коммутационное оборудование с силовыми маслеными трансформаторами трансформаторные линии, комплектного распределительного устройства наружного типа. Трансформаторная подстанция для осуществления ее работы оснащена также вспомогательным оборудованием (RU, №100681, Н02В 5/00, 2010 г.)
Недостатком прототипа являются высокие тепловые потери силовых трансформаторов, влияющие на эффективность работы трансформаторной подстанции.
Технической проблемой изобретения является разработка трансформаторной подстанции, в которой выделенное трансформатором тепло используется на собственные нужды путем его преобразования в электрическую энергию.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и КПД трансформаторной подстанции за счет обеспечения преобразования тепловой энергии силового масляного трансформатора в электрическую энергию, используемую для собственных нужд.
Поставленная проблема и технический результат достигается тем, что трансформаторная подстанция, содержит силовой масляный трансформатор, коммутационное и вспомогательное оборудование. Согласно изобретению в коллекторах масляных радиаторов трансформатора жестко закреплены термоэлектрические преобразователи, горячие спаи которых расположены на уровне, обеспечивающим их контакт через медиатор с трансформаторным маслом, а холодные спаи выведены за пределы коллектора, для взаимодействия их с окружающей средой. Электрические выводы преобразователей последовательно подключены через блок аккумуляторных батарей, стабилизатор напряжения и инвертор к шинам собственных нужд подстанции.
Установка термоэлектрических преобразователей в коллекторе масляного радиатора позволит, при наличии разницы температур, вырабатывать электроэнергию, за счет эффекта Зеебека.
Эффект Зеебека - явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.
Если вдоль проводника существует разница температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном, вследствие чего в проводнике возникает термоэлектрическая движущая сила. Необходимая для возникновения ТЭДС разница температур зависит от материала проводников. Контакт горячих спаев термоэлектрических преобразователей через медиатор с трансформаторным маслом обеспечивает нагрев горячего спая до температуры на уровне от 27° до 31°С. В свою очередь холодные спаи, выведенные за пределы трансформатора, будут охлаждены в пределах от -19° до 16°С, в зависимости от времени года.
Подключение электрических выводов термоэлектрических преобразователей через блок аккумуляторных батарей, которые служат демпфером, позволяет аккумулировать электроэнергию, выработанную термоэлектрическими преобразователями.
Наличие стабилизатора напряжения необходимо для поддержания заданного уровня напряжения, а инвертор обеспечивает преобразование постоянного тока, получаемого с термоэлектрических преобразователей, в переменный ток.
В результате преобразования выделяемого при работе трансформатора тепла в электрическую энергию, которое в существующих подстанциях теряется безвозвратно, величина которого достаточная для ее использования для собственных нужд, повышается КПД и эффективность работы подстанции в целом.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 - показана общая схема трансформаторной подстанции, на фиг. 2 - расположение блока термоэлементов в коллекторе трансформатора, на фиг. 3 - увеличенное изображение термоэлемента и медиатора в коллекторе.
Трансформаторная подстанция содержит силовой масляный трансформатор 1, коммутационное 2 и вспомогательное оборудование 3. В силовом масляном трансформаторе 1 жестко установлены термоэлектрические преобразователи 4. Электрические выводы преобразователей 4 последовательно подключены через блок 5 аккумуляторных батарей, стабилизатор 6 напряжения и инвертор 7 к шинам 8 собственных нужд подстанции. В коллекторах 9 масляных радиаторов 10 трансформатора 1 жестко закреплены термоэлектрические преобразователи 4, горячие спаи 11 которых расположены на уровне, обеспечивающим их контакт через медиатор 12 с трансформаторным маслом 13. Холодные спаи 14 выведены за пределы коллектора 9.
Трансформаторная подстанция работает следующим образом.
При работающем трансформаторе 1 в коллекторах 9 масляных радиаторов 10 нагревается от 27° до 31°С масло 13 и через медиатор 12 тепло передается на горячий спай 11 термоэлектрического преобразователя 4. В свою очередь холодный спай 14, выведенный за пределы коллектора 9 имеют температуру атмосферного воздуха от -19° до 16°С, в зависимости от времени года. За счет разницы температур между горячим спаем 11 и холодным спаем 14 термоэлектрические преобразователи 4 начинают вырабатывать электроэнергию (за счет эффекта Зеебека).
Для использования выработанной электроэнергии для собственных нужд подстанции, она через электрические выводы поступает на блок 5 аккумуляторных батарей, выполняющий роль демпфера. С блока 5 аккумуляторных батарей электроэнергия подается на стабилизатор 6 напряжения, который обеспечивает постоянный уровень напряжения, поступающего после этого на инвертор 7, в котором постоянный ток преобразуется в переменный. Преобразованный ток поступает на шины собственных нужд 8 подстанции.
После добавления термоэлектрических преобразователей КПД подстанции повысится на 0,5%, что достаточно для обеспечения собственных нужд подстанции (автоматики, освещения подстанции и работу систем охлаждения и обогрева).
Разработанная трансформаторная подстанция позволяет преобразовывать тепловые потери от нагрева масла силового трансформатора в электроэнергию, которую можно направить на собственные нужды трансформаторной подстанции.
В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.