РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
DISTRIBUTION DEVICE IN AC NETWORK

Изобретение относится к распределительным устройствам высокого напряжения электростанций и подстанций.
Известно распределительное устройство с несколькими секциями сборных шин, к которым присоединены трансформаторы и высоковольтные линии [Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Технические условия / Под ред. Е.Ф. Макарова, М., 2005].
Одной из задач при проектировании распределительных устройств является разработка схем, конструкций и аппаратов для ограничения токов короткого замыкания. Для этой цели применяются токоограничивающие реакторы [Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Технические условия. М., 2005, рис. 4.1:10, стр. 89 Схема распределительного устройства генераторного напряжения электростанции].
В т. VII [Справочник… п. 4.2.9.3 и 4, с. 208, с. 272] приведены разные токоограничивающие устройства, а также схемы токоограничивающих устройств, основными элементами которых являются реактор и быстродействующий выключатель. Недостатком указанных устройств является их высокая стоимость.
Применяются также резонансные токоограничивающие устройства мостового типа - РТОУ [Справочник… рис. 4.29.3]. Они состоят из двух параллельных ветвей, каждая из которых содержит реактор с индуктивностью L и батарею конденсаторов с емкостью С. В перемычке установлен резистор R и разрядник. В нормальных условиях сопротивление резистора и разрядника велико, а сопротивление РТОУ (реактора и конденсатора) близко к нулю. При коротком замыкании сопротивление разрядника падает, а сопротивление РТОУ в целом возрастает, ток короткого замыкания остается только в цепи, где произошло короткое замыкание.
Недостатками РТОУ являются большие габариты и высокая стоимость.
Такие устройства целесообразно применять при напряжении 110 кВ и выше.
В сетях 330 кВ и выше применяют устройства продольной компенсации, в которых роль реактора выполняет индуктивность линии. При установке на воздушной линии батареи конденсаторов и шунтировании ее резистором и разрядниками получаем техническое решение, описанное выше.
Недостатками этих устройств являются также большие габариты и высокая стоимость.
Для питания собственных нужд на подстанциях устанавливают дополнительно трансформаторы собственных нужд (ТСН) 10/0,4 кВ мощностью 630 или 1000 кВА. В зависимости от напряжения сети и размеров подстанции (количества присоединений) таких трансформаторов для ПС 220 кВ и выше, как правило, требуется два и более. На подстанциях 110-500 кВ и распределительных пунктах, где отсутствует напряжение 10(35) кВ для питания собственных нужд, используют дополнительные обмотки 10 кВ силового трансформатора или устанавливают дополнительный трансформатор.
Известны трансформаторы напряжения большой мощности 1000 кВА (далее ТНБМ), изготавливаемые и применяемые фирмой ABB на некоторых подстанциях для питания собственных нужд 0,4 кВ непосредственно от шин высокого напряжения 35-500 кВ без установки дополнительных ТСН 10/0,4 кВ [Д.Плотников. Трансформаторы напряжения большой мощности для питания удаленных потребителей и собственных нужд//ТРАВЭК. Перспективы развития электроэнергетики и высоковольтного электротехнического оборудования. Коммутационные аппараты, преобразовательная техника, микропроцессорные системы управления и защиты. Материалы XXII Международной научно-технической конференции. М., 2015].
ТНБМ индукционного типа изготавливаются с магнитным сердечником, который насыщается при увеличении тока и меняет индуктивное сопротивление ТНБМ. Это свойство ТНБМ можно использовать для шунтирования конденсатора в резонансно настроенной секционной цепочке распределительного устройства, а не только для питания СН 0,4 кВ от шин высокого напряжения.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является изобретение по авторскому свидетельству №509937. В нем для ограничения тока короткого замыкания применен реактор, а для ограничения скорости переходных восстанавливающихся напряжений параллельно реактору установлена конденсаторная батарея (конденсатор).
Недостатком данного технического решения является то, что и в нормальном режиме при номинальном токе через реактор протекает значительный уравнительный ток, что приводит к значительным потерям реактивной мощности.
Целью данного изобретения является создание схемы распределительного устройства, ограничивающей токи короткого замыкания, уменьшающей потери реактивной мощности и обеспечивающей питание собственных нужд 0,4 кВ.
Поставленная цель достигается тем, что распределительное устройство в сети переменного тока, содержащее две и более секции сборных шин, соединенные секционными цепочками, по крайней мере в одной из которых установлены токоограничивающий реактор, конденсатор и выключатель, дополнительно содержит по крайней мере два трансформатора напряжения большой мощности (ТНБМ), секционная цепочка состоит из последовательно включенных токоограничивающего реактора, конденсатора и выключателя, при этом вывод высокого напряжения одного из ТНБМ подключен к секционной цепочке между токоограничивающим реактором и конденсатором, а второго - к одной из секций сборных шин, а обмотки низкого напряжения ТНБМ подключены к секциям собственных нужд распределительного устройства.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого распределительного устройства.
Для примера выбрана схема с одной секционированной системой шин с секциями 1 и 2 сборных шин, соединенными секционной цепочкой 3, состоящей из последовательно соединенных токоограничивающего реактора 4, конденсатора 5 и выключателя 6. К секциям сборных шин подключены линейные и трансформаторные присоединения.
К секционной цепочке 3 параллельно конденсатору 5 подключен трансформатор напряжения большой мощности 7 (ТНБМ, например, 110/0,4 кВ мощностью 630 или 1000 кВА) с ограничителем перенапряжения. Ко вторичной обмотке ТНБМ подключены потребители собственных нужд 0,4 кВ.
При нормальных условиях индуктивное сопротивление токоограничивающего реактора 4 и емкостное сопротивление конденсатора 5 вместе с сопротивлением ТНБМ 7 и присоединенной к ТНБМ нагрузкой собственных нужд на напряжение 0,4 кВ резонансно настроены и сбалансированы так, что общее сопротивление секционной цепочки 3 близко к нулю.
Уравнительный номинальный ток перетекает между секциями сборных шин 1 и 2 распределительного устройства без потерь реактивной мощности в секционной цепочке.
При коротком замыкании, например, на секции сборных шин 1 ток короткого замыкания на конденсаторе 5 резко повышает напряжение на его клеммах. Это повышение напряжения из-за нелинейной характеристики приводит к насыщению сердечника ТНБМ 7 и его индуктивное сопротивление падает. Конденсатор 5 оказывается зашунтированным изменившимся сопротивлением ТНБМ 7, из-за чего нарушается условие резонанса между токоограничивающим реактором 4 и конденсатором 5. Сопротивление секционной цепочки 3 возрастает до сопротивления токоограничивающего реактора 4 и ток короткого замыкания ограничивается до допустимого значения.
При отключении короткого замыкания выключателем и ликвидации короткого замыкания схема автоматически самовосстанавливается в прежнее резонансное состояние.
Таким образом, один ТНБМ, кроме своего прямого назначения для питания СН 0,4 кВ непосредственно от шин высокого напряжения, дополнительно служит в качестве регулятора для разбалансировки резонансно настроенной секционной цепочки при коротком замыкания и тем самым для ограничения токов короткого замыкания в распределительном устройстве.
Второй ТНБМ, подключенный к секции 2СН, служит в качестве независимого источника питания СН при отключении секции 1СН.
Два ТНБМ - это два источника питания потребителей собственных нужд. Здесь собственные нужды 0,4 кВ питаются непосредственно от шин высокого напряжения, например 110 кВ, без установки дополнительных трансформаторов собственных нужд.
Распределительное устройство по данной схеме ограничивает ток короткого замыкания до требуемого значения, определяемого индуктивным сопротивлением реактора, сводит к минимуму потери реактивной мощности в секционной цепочке в нормальном режиме работы при номинальном токе и обеспечивает питание собственных нужд непосредственно от шин высокого напряжения без установки дополнительных понижающих трансформаторов.