Устройство управления напряжением трансформатора под нагрузкой
DEVICE FOR CONTROLLING TRANSFORMER VOLTAGE UNDER LOAD

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к регуляторам коэффициента трансформации трансформаторов (РКТ), и может быть использовано в электрических сетях для поддержания необходимого уровня напряжения.
Известно устройство регулирования напряжения под нагрузкой, содержащее две трехфазные вентильно-тиристорные группы с взаимно противоположными направлениями электропроводности, позволяющие осуществлять управление выходного напряжения силового трехфазного трансформатора с первичными секционированными обмотками, каждая из которых состоит из двух гальванически изолированных полуобмоток, имеющих регулировочные ответвления [патент RU на полезную модель №88863, МПК H02J 3/00, опубл. 20.11.2009, бюл. №32].
Недостатком данного технического решения является высокая установленная мощность трансформатора, связанная с тем, что в каждой гальванически изолированной секционированной полуобмотке потребляемый ток протекает лишь на одном полупериоде.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство управления напряжением трансформатора под нагрузкой, включающее в себя двунаправленные тиристорные ключи, каждый из которых содержит по крайней мере два встречно-параллельно подключенных тиристора, датчик тока, датчик напряжения и блок управления двунаправленными тиристорными ключами. Одни выводы двунаправленных тиристорных ключей подключены к регулировочным ответвлениям первичной секционированной обмотки трансформатора, а другие выводы двунаправленных тиристорных ключей объединены между собой и подключены к датчику тока. Датчик тока в свою очередь подключен одним выводом к общей точке соединения двунаправленных тиристорных ключей, а другим выводом к одному выводу питающей сети. Другой вывод питающей сети напрямую подключен к концу первичной секционированной обмотки трансформатора [патент RU на изобретение №2711589, МПК Н02Р 13/06, опубл. 17.01.2020, бюл. №2].
Недостатком данного технического решения являются его ограниченные функциональные возможности по регулированию напряжения, высокие массогабаритные показатели и низкая надежность из-за применяемых высоковольтных датчиков тока, напряжения и высоковольтных тиристоров.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения максимального количества уровней регулирования напряжения.
Технический результат заключается в повышении надежности устройства управления напряжением трансформатора под нагрузкой.
Это достигается тем, что в устройстве управления напряжением трансформатора под нагрузкой, включающем в себя двунаправленные тиристорные ключи, каждый из которых содержит по крайней мере два встречно-параллельно соединенных тиристора, одними выводами подключенные к регулировочным ответвлениям первичной секционированной обмотки трансформатора, подключаемой к питающей сети, датчики тока и напряжения, своими выходами подключенные к блоку управления, снабженном двумя реле с нормально замкнутыми контактами, а первичная секционированная обмотка трансформатора выполнена в виде двух гальванически изолированных секционированных полуобмоток с регулировочными ответвлениями, а свободные от подключения к регулировочным ответвлениям каждой гальванически изолированной секционированной полуобмотки выводы тиристорных ключей соединены в узлы, между которыми включен датчик тока, датчик напряжения подключен к регулировочным ответвлениям одной из гальванически изолированной секционированной полуобмотки, при этом к одному из двунаправленных тиристорных ключей в каждой из гальванически изолированной секционированной полуобмотке параллельно подключено соответствующее реле с нормально замкнутыми контактами.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана схема подключения устройства управления напряжением трансформатора под нагрузкой к трансформатору и питающей сети.
Устройство управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой содержит две вентильные группы 3 и 4, вентильная группа 3 включает в себя двунаправленные тиристорные ключи 5, 6 и 7, а вентильная группа 4 выполнена в виде двунаправленных тиристорных ключей 8, 9 и 10. При этом одни выводы двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7 вентильной группы 3 соединены вместе, а одни выводы двунаправленных тиристорных ключей 8, 9 и 10 вентильной группы 4 также соединены вместе. Вентильные группы 3 и 4 образуют полупроводниковый коммутатор. Первичная секционированная обмотка 11 трансформатора 2 состоит из двух гальванически изолированных секционированных полу обмоток 12 и 13, каждая из которых имеет начало, конец и два регулировочных ответвления. При этом начало гальванически изолированной секционированной полу обмотки 12 является началом первичной секционированной обмотки 11 и подключено к одному выводу питающей сети. Конец гальванически изолированной секционированной полуобмотки 13 является также концом первичной секционированной обмотки 11 и подключен к другому выводу питающей сети. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 5 вентильной группы 3, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 6 и 7, соединен с выводом регулировочного ответвления гальванически изолированной секционированной полу обмотки 12, следующего за началом гальванически изолированной секционированной полу обмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 6 вентильной группы 3, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5 и 7, соединен с выводом другого регулировочного ответвления гальванически изолированной секционированной полу обмотки 12, следующего перед концом гальванически изолированной секционированной полу обмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 7 вентильной группы 3, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5 и 6, соединен с концом гальванически изолированной секционированной полу обмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 8 вентильной группы 4, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 9 и 10, соединен с началом гальванически изолированной секционированной полу обмотки 13. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 9 вентильной группы 4, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 8 и 10, соединен с выводом регулировочного ответвления гальванически изолированной секционированной полу обмотки 13, следующего за началом гальванически изолированной секционированной полуобмотки 13. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 10 вентильной группы 4, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 8 и 9, соединен с выводом другого регулировочного ответвления гальванически изолированной секционированной полу обмотки 13, следующего перед концом гальванически изолированной секционированной полуобмотки 13. Параллельно двунаправленному тиристорному ключу 6 вентильной группы 3 подключено реле с нормально замкнутыми контактами 14. Параллельно двунаправленному тиристорному ключу 9 вентильной группы 4 подключено реле с нормально замкнутыми контактами 15. Датчик тока 16 одним выводом подключен к выводам двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7 вентильной группы 3, соединенным вместе в узел, а другим выводом подключен к выводам двунаправленных тиристорных ключей 8, 9, 10 вентильной группы 4, соединенным также вместе в узел. Датчик напряжения 17, подключен одним выводом к концу гальванически изолированной секционированной полуобмотки 12, а другим выводом к регулировочному ответвлению гальванически изолированной секционированной полуобмотки 12, имеющему подключение к выводу двунаправленного тиристорного ключа 6 вентильной группы 3. Информационные входы блока управления 18 подключены к выходам датчика тока 16, датчика напряжения 17 и блока задания выходного напряжения 19. Выходы блока управления 18 связаны с управляющими входами двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9,10 и реле с нормально замкнутыми контактами 14 и 15. Вторичная обмотка 20 трансформатора 2 при этом подключена к нагрузке.
Устройство управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой работает следующим образом.
Перед режимом регулирования напряжения на выходе трансформатора 2 устройство управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой посредством информационных сигналов с выходов блока управления 18, обеспечивает проводящее состояние двунаправленных тиристорных ключей 6 и 9, а затем обеспечивает размыкание контактов реле с нормально замкнутыми контактами 14 и 15. После чего устройство управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой переходит в режим регулирования напряжения на выходе трансформатора 2.
В режиме регулирования напряжения на выходе трансформатора 2 устройство управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой по информационному сигналу с выхода блока задания выходного напряжения 19, посредством управления состоянием двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7 вентильной группы 3 и двунаправленных тиристорных ключей 8, 9, 10 вентильной группы 4, осуществляемым блоком управления 18, обеспечивает соединение различных регулировочных ответвлений гальванически изолированной секционированной полу обмотки 12, а также конца гальванически изолированной секционированной полу обмотки 12 и регулировочных ответвлений гальванически изолированной секционированной полуобмотки 13, а также начала гальванически изолированной секционированной полу обмотки 13 при помощи двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10 вентильных групп 3 и 4 таким образом, что всегда объединены только одно из регулировочных ответвлений гальванически изолированной секционированной полуобмотки 12, либо конец гальванически изолированной секционированной полуобмотки 12, и одно из регулировочных ответвлений гальванически изолированной секционированной полуобмотки 13, либо начало гальванически изолированной секционированной полу обмотки 13. Соединение двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10, образующих схему тиристорного коммутатора обеспечивает максимально возможное количество комбинаций соединения регулировочных ответвлений секционированных полу обмоток 12 и 13, что в свою очередь реализует максимальное количество уровней регулирования выходного напряжения трансформатора 2. При этом количество уровней регулирования напряжения для данного устройства управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой будет равно девяти:
№1 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 8;
№2 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 9;
№3 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 10;
№4 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 8;
№5 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 9;
№6 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 10;
№7 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 8;
№8 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 9;
№9 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 10.
После режима регулирования напряжения на выходе трансформатора 2 устройство управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой посредством информационных сигналов с выходов блока управления 18, обеспечивает проводящее состояние двунаправленных тиристорных ключей 6, 9 и непроводящее состояние двунаправленных тиристорных ключей 5, 7, 8, 10, а затем обеспечивает замыкание контактов реле с нормально замкнутыми контактами 14 и 15. После чего устройство управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой выходит из режима регулирования напряжения на выходе трансформатора 2.
Датчик тока 16 и датчик напряжения 17 применяют в низковольтном исполнении, в тех случаях, когда блок управления 18 привязан к узлам соединения двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, и/или 8, 9, 10. Это позволяет повысить надежность устройства. Также в данном случае надежность устройства может быть повышена за счет снижения требований к классу по напряжению к блоку управления 18, включающем в себя элементы системы управления.
Применение реле с нормально замкнутыми контактами 14 и 15 обеспечивает при отсутствии сигналов от блока управления 18 замкнутый контур протекания тока через первичную секционированную обмотку 11, подключенную к питающей сети, что позволяет снизить класс используемых двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10 до уровня максимального напряжения регулировочных ответвлений каждой из гальванически изолированной секции расщепленной первичной обмотки трансформатора. При этом, при разомкнутых контактах реле с нормально замкнутыми контактами 14 и 15, обратное напряжение, прикладываемое к каждому реле с нормально замкнутыми контактами 14 и 15 будет в 2 раза меньше, чем общее обратное напряжение, прикладываемое к последовательному соединению двунаправленных тиристорных ключей 6 и 9, что позволяет повысить надежность работы реле с нормально замкнутыми контактами 14, 15 и, как следствие, повысить надежность устройства управления 1 напряжением трансформатора 2 под нагрузкой.
Использование устройства управления напряжением трансформатора под нагрузкой позволяет расширить его функциональные возможности по регулированию напряжения за счет обеспечения максимально возможного количества уровней регулируемого выходного напряжения трансформатора с первичной секционированной обмоткой, расщепленной на две гальванически изолированные секционированные полуобмотки с регулировочными ответвлениями, повысить надежность работы устройства за счет снижения требований к классу напряжений тиристорных ключей и их блока управления, а также применения двух реле с нормально замкнутыми контактами.