МНОГОФАЗНАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПОДСТАНЦИЯ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к преобразовательной технике и может найти применение в установках на большие токи для питания серий электролиза алюминия.
Известна многофазная преобразовательная подстанция большой мощности, содержащая n преобразователей и k шинопроводов постоянного тока; каждый преобразователь содержит преобразовательный трансформатор и выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор подключен к высоковольтной питающей сети и содержит, по крайней мере, одну активную часть, и, по меньшей мере, две вентильные обмотки с разными схемами соединения, причем, вентильные обмотки расположены, по меньшей мере, на одной активной части; каждый выпрямитель содержит, по меньшей мере, две выпрямительные секции, подключенные к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора; преобразователи имеют m исполнений по абсолютной величине угла фазового сдвига между первичными линейными и фазными напряжениями преобразовательных трансформаторов; преобразователи размещены вдоль шинопроводов постоянного тока таким образом, что каждый преобразователь занимает по длине расстояние, не превышающее l, и все выпрямительные секции разных преобразователей, подключенные к вентильным обмоткам, имеющим одинаковые схемы соединения, преобразовательных трансформаторов, подключены к двум шинопроводам постоянного тока, один из которых плюсовой, а другой - минусовой [Л.1].
Описанная в [Л.1] многофазная преобразовательная подстанция большой мощности характеризуется упрощенной конструкцией ошиновки постоянного тока.
Однако ее недостатками являются недостаточно высокий коэффициент полезного действия (к.п.д.), относительно невысокая надежность и недостаточно длительный срок эксплуатации.
Указанные недостатки обусловлены тем, что при параллельном соединении выпрямительных секций преобразователей с разными углами фазового сдвига между этими преобразователями протекают уравнительные токи высших гармоник. Поскольку индуктивность ограничивающая эти токи, мала, последние могут достигать больших значений. Уравнительные токи протекают по всем элементам преобразователей, вызывая дополнительные потери. В обмотках преобразовательных трансформаторов эти токи высших гармоник могут создавать места концентрации потерь, что, в свою очередь, может привести к преждевременному тепловому износу витковой изоляции и выходу преобразовательного трансформатора из строя.
Полезной моделью решается задача создания многофазной преобразовательной подстанции большой мощности, характеризующейся высокими энергетическими показателями, в частности, к.п.д., а также повышенной надежностью и длительным сроком ее эксплуатации.
Для решения поставленной задачи в многофазной преобразовательной подстанции большой мощности, содержащей n пребразователей и k шинопроводов постоянного тока; каждый преобразователь содержит преобразовательный трансформатор и выпрямитель; каждый преобразовательный трансформатор подключен к высоковольтной питающей сети и содержит, по меньшей мере, одну активную часть и, по меньшей мере, две вентильные обмотки, имеющие разные схемы соединения, причем, вентильные обмотки расположены, по меньшей мере, на одной активной части; каждый выпрямитель содержит, по крайней мере, две выпрямительные секции, подключенные к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора; преобразователи имеют m исполнений по абсолютной
величине угла фазового сдвига между первичными линейными и фазными напряжениями преобразовательных трансформаторов; преобразователи размещены вдоль шинопроводов постоянного тока, расположенных параллельно друг другу таким образом, что каждый преобразователь занимает по длине расстояние, не превышающее l, и все выпрямительные секции соединены электрически с шинопроводами, предложено, согласно настоящей полезной модели, выпрямительные секции, подключенные к вентильным обмоткам, имеющим одинаковые схемы соединения, преобразовательных трансформаторов, по меньшей мере, двух расположенных рядом преобразователей, электрически соединить с разными шинопроводами постоянного тока, и, по меньшей мере, один шинопровод, к которому подсоединена выпрямительная секция первого из этих двух преобразователей, электрически соединить с шинопроводом, к которому подсоединена выпрямительная секция второго из этих двух преобразователей, а место этого электрического соединения удалить от каждого из этих двух преобразователей на расстояние, не меньшее l,
где:
n - общее число преобразователей, 4≤n≤10;
k - количество шинопроводов постоянного тока, 2≤k≤64;
m - количество исполнений преобразователей по абсолютной величине углов фазового сдвига преобразовательных трансформаторов, 2≤m≤6;
l - длина преобразователя, метров.
Полезная модель поясняется на примере выполнения чертежом, фиг.1, на котором схематично изображена заявляемая многофазная преобразовательная подстанция большой мощности.
Многофазная преобразовательная подстанция большой мощности содержит четыре преобразователя (n=4): 1, 2, 3, 4 и шестнадцать шинопроводов постоянного тока (k=16):5-20.
Каждый из преобразователей 1-4 содержит преобразовательный трансформатор: в частности, преобразователь 1 содержит преобразовательный трансформатор 21, преобразователь 2 содержит преобразовательный трансформатор 22, преобразователь 3 содержит преобразовательный трансформатор 23, преобразователь 4 содержит преобразовательный трансформатор 24.
Кроме того, каждый из преобразователей 1-4 содержит выпрямитель: в частности, преобразователь 1 содержит выпрямитель 25, преобразователь 2 содержит выпрямитель 26, преобразователь 3 содержит выпрямитель 27 и преобразователь 4 содержит выпрямитель 28.
Каждый из преобразовательных трансформаторов 21-24 подключен к высоковольтной сети 29 и содержит три активные части и две вентильные обмотки. В частности, преобразовательный трансформатор 21 содержит две вентильные обмотки 30 и 31, при этом вентильная обмотка 30 соединена в треугольник, а вентильная обмотка 31 - в звезду, и обе обмотки размещены на разных активных частях преобразовательного трансформатора 21. Преобразовательный трансформатор 22 содержит две вентильные обмотки 32 и 33, при этом вентильная обмотка 32 соединена в треугольник, а вентильная обмотка 33 - в звезду, и обе обмотки размещены на разных активных частях преобразовательного трансформатора 22. Преобразовательный трансформатор 23 содержит две вентильные обмотки 34 и 35, при этом вентильная обмотка 34 соединена в треугольник, а вентильная обмотка 35 - в звезду, и обе обмотки размещены на разных активных частях преобразовательного трансформатора 23. Преобразовательный трансформатор 24 содержит две вентильные обмотки 36 и 37, при этом вентильная обмотка 36 соединена в треугольник, а вентильная обмотка 37 - в звезду, и обе обмотки размещены на разных активных частях преобразовательного трансформатора 24. Схемы соединения вентильных обмоток обозначены на фиг.1 соответствующими общепринятыми обозначениями.
Каждый из выпрямителей 25-28 содержит по две выпрямительные секции. В частности, выпрямитель 25 содержит две выпрямительные секции 38 и 39, подключенные к вентильным обмоткам 30 и 31 преобразовательного трансформатора 21. Выпрямитель 26 содержит две выпрямительные секции 40 и 41, подключенные к вентильным обмоткам 32 и 33 преобразовательного трансформатора 22. Выпрямитель 26 содержит две выпрямительные секции 42 и 43, подключенные к вентильным обмоткам 34 и 35 преобразовательного трансформатора 23. Выпрямитель 27 содержит две выпрямительные секции 44 и 45, подключенные к вентильным обмоткам 36 и 37 преобразовательного трансформатора 24.
Преобразователи 1-4 имеют два (m=2) исполнения по абсолютной величине угла фазового сдвига между первичными линейными и фазными напряжениями преобразовательных трансформаторов. Эти исполнения на фиг.1 обозначены ±α и ±3α, а также соответствующими значками, символизирующими схему соединения сетевых обмоток преобразовательных трансформаторов 21-24: «треугольник с продолженными сторонами» и «зигзаг» соответственно.
В частности, сетевая обмотка 46 преобразовательного трансформатора 21 соединена в зигзаг, сетевая обмотка 47 преобразовательного трансформатора 22 соединена в треугольник с продолженными сторонами, сетевая обмотка 48 преобразовательного трансформатора 23 соединена в зигзаг, и, наконец, сетевая обмотка 49 преобразовательного трансформатора 24 соединена в треугольник с продолженными сторонами.
Шинопроводы постоянного тока 5-20 расположены параллельно друг другу.
Преобразователи 1-4 расположены вдоль шинопроводов постоянного тока 5-20 таким образом, что каждый преобразователь занимает по длине расстояние, не превышающее l метров. В частности, в представленном на фиг.1 примере длины преобразователей 1-4 равны
1
2
3
4
1
2
3
4
соответственно: длина преобразователя 1 равна l, длина преобразователя 2 равна l, длина преобразователя 3 равна l, длина преобразователя 4 равна l. При этом длины преобразователей l, l, l, l, могут быть не равны между собой, но каждый из этих размеров не должен превышать l.
Все выпрямительные секции 38-45 преобразователей 1-4 соответственно соединены электрически с шинопроводами 5-20, места этих соединений на фиг.1 обозначены точками.
В частности, выпрямительная секция 38 выпрямителя 25 соединена с шинопроводами 5 и 13, а выпрямительная секция 39 этого же выпрямителя 25 соединена с шинопроводами 9 и 17. Выпрямительная секция 40 выпрямителя 26 соединена с шинопроводами 6 и 14, а выпрямительная секция 41 этого же выпрямителя соединена с шинопроводами 10 и 18. Выпрямительная секция 42 выпрямителя 27 соединена с шинопроводами 7 и 15, а выпрямительная секция 43 этого же выпрямителя соединена с шинопроводами 11 и 19. Выпрямительная секция 44 выпрямителя 28 соединена с шинопроводами 8 и 16, а выпрямительная секция 45 этого же выпрямителя соединена с шинопроводами 12 и 20.
Выпрямительные секции 38 и 40, подключенные к соединенным по схеме «треугольник» вентильным обмоткам 30 и 32 преобразовательных трансформаторов 21 и 22 двух расположенных рядом преобразователей 1 и 2, электрически соединены с разными шинопроводами постоянного тока: выпрямительная секция 38 выпрямителя 25 соединена с шинопроводами постоянного тока 5 и 13, а выпрямительная секция 40 выпрямителя 26 соединена с шинопроводами постоянного тока 6 и 14.
Шинопровод постоянного тока 5, к которому подсоединена выпрямительная секция 38 выпрямителя 25, входящего в преобразователь 1, электрически соединен с шинопроводом постоянного тока 6, к которому подсоединена выпрямительная секция 40 выпрямителя 26, входящего в преобразователь 2, образуя место электрического соединения 50,
удаленное от каждого из этих двух преобразователей 1 и 2 на расстояние, не меньшее l.
Заявляемое решение многофазной преобразовательной подстанции большой мощности позволит снизить ток высших гармоник между преобразователями и, таким образом, снизить потери в элементах подстанции, повысить к.п.д. многофазной преобразовательной подстанции большой мощности, устранить места концентрации потерь в трансформаторах и выпрямителях, что, в конечном итоге обеспечит повышение надежности и нагрузочной способности подстанции.
Как показали проведенные расчеты, в сравнении с другими вариантами соединения шинопроводов, заявляемое техническое решение позволяет повысить коэффициент полезного действия на 0,1-0,2%, а также устранить места концентрации потерь в трансформаторах и выпрямителях, что, в конечном итоге обеспечит повышение надежности и нагрузочной способности подстанции.
В настоящее время решается вопрос об использовании заявляемого решения на многоамперных многофазных преобразовательных подстанциях новых серий электролиза алюминия ряда алюминиевых заводов России.
Литература:
1. Патент РФ №32335 на полезную модель, МКИ Н 02 Р 13/06, Н 01 F 29/02, 2003 г.