Комплектная энергоэффективная трансформаторная подстанция

Полезная модель относится к области электротехники, и более конкретно к устройствам для обеспечения бесперебойного и качественного электроснабжения ответственных потребителей. Полезная модель может использоваться для энергоснабжения промышленных (в том числе угольной, нефтяной, газовой отрасли), городских и других объектов.
В настоящее время актуальным остается поиск новых технических решений, направленных на разработку и создание современных отечественных образцов электротехники.
Потребность в разработке данного продукта для нужд ответственных потребителей обусловлена следующими факторами:
- вводом в эксплуатацию сложного технологического оборудования (например, в угольной отрасли - конвейерные линии, насосные установки, оборудование обогатительных фабрик, модульные дегазационные установки и другие), имеющего в своем составе системы управления, требовательные к качественному и надёжному электроснабжению;
- повсеместным внедрением оборудования с нелинейными вольтамперными характеристиками, оказывающим негативное влияние на электрические сети потребителей (преобразователи частоты, сварочные устройства, дуговые сталеплавильные печи, импульсные блоки питания и прочее);
- не обеспечением качества электроснабжения в соответствие с требованиями действующих ГОСТ электросетевыми компаниями (отклонения напряжения, провалы напряжения);
- увеличением затрат на электроснабжение предприятий за счет увеличения энерготарифов;
- повышенными нерациональными потерями в электрических сетях в силу использования электрооборудования с низкой энергетической эффективностью.
- ограниченные технические (функциональные) возможности существующих подстанций.
Известна подстанция однотрансформаторная комплектная (патент на полезную модель RU 171598, опубл. 07.06.2017), которая содержит внешний корпус, в котором выполнены отсек высокого напряжения с выключателем нагрузки, трансформаторный отсек с силовым трансформатором и отсек низкого напряжения с коммутационной аппаратурой, ящик подключения дизеля. Отсек низкого напряжения содержит вводный блок, на котором установлен трехпозиционный переключатель.
Данная трансформаторная подстанция не обеспечивает достаточную энергоэффективность, а также отсутствие возможности стабилизации напряжения, гашения гармоник, и динамической компенсации реактивной мощности.
Также из уровня техники известна комплектная трансформаторная подстанция (патент на полезную модель RU 172565 опубл. 13.07.2017), которая выбрана в качестве наиболее близкого аналога. Это устройство содержит высоковольтный отсек, основную металлическую оболочку и размещенные в ней отсек силового трансформатора, отсек распределительного устройства низкого напряжения с дверцей доступа, содержащий устройства измерения и учета электроэнергии, упомянутые устройства измерения и учета заключены не менее чем в одну дополнительную металлическую оболочку, расположенную в основной оболочке и снабженную отдельной дверцей доступа.
Недостатками этого устройства является то, что оборудование данной комплектной трансформаторной подстанции не способно обеспечивать требуемые показатели качества электроэнергии и надежности электроснабжения.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка новой конструкции комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции, обеспечивающей качественное и надежное электроснабжение потребителей.
Обозначенная проблема решается за счет предлагаемой полезной модели, согласно которой комплектная энергоэффективная трансформаторная подстанция включает корпус, высоковольтный отсек с распределительным устройством высокого напряжения, трансформаторный блок, распределительное устройство низшего напряжения, устройства релейной защиты, сигнализации, измерений и учета электроэнергии, при этом комплектная энергоэффективная трансформаторная подстанция содержит активный фильтр гармоник, расположенный в одном отсеке с распределительным устройством низшего напряжения.
Кроме этого, поставленная проблема будет успешно устранена, если комплектная энергоэффективная трансформаторная подстанция будет иметь частные формы конструктивного исполнения, а именно:
предпочтительно, если корпус комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции выполнен в виде металлического каркаса, или сэндвич-панелей, или бетона;
предпочтительно, если высоковольтный отсек комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции содержит оборудование класса напряжения 6-10 кВ для дальнейшего преобразования энергии до потребительского уровня 400-690 В с дальнейшим распределением ее по сети потребителя;
предпочтительно, если в трансформаторном блоке комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции расположен силовой энергосберегающий трансформатор;
предпочтительно, если силовой энергосберегающий трансформатор комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции выполнен сухим, или масляным, или с негорючим жидким диэлектриком;
предпочтительно, если активный фильтр гармоник и распределительное устройство низшего напряжения комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции выполнены в виде единой модульной конструкции;
предпочтительно, если активный фильтр гармоник комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции жестко соединен с распределительным устройством низшего напряжения посредством шинного моста;
предпочтительно, если активный фильтр гармоник комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции соединен с распределительным устройством низшего напряжения посредством гибких кабельных перемычек;
предпочтительно, если активный фильтр гармоник и распределительное устройство низшего напряжения комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции выполнены с возможностью обеспечения динамической компенсации реактивной мощности, стабилизации напряжения и снижения кратковременной и длительной дозы фликера, выравнивания нагрузки в трехфазных системах и мгновенного гашения гармонических составляющих тока в сети потребителя 400-690 В.
Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в полной компенсации реактивной мощности, потребляемой из сети, снижения уровня гармонических искажений напряжения до уровней, не превышающих требований ГОСТ 32144-2013, стабилизации напряжения и поддержания его в диапазоне, в соответствии с требованиями ГОСТ 32144-2013, снижении потерь электроэнергии на 3-5%.
Более подробно полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено следующее:
на Фиг. 1 – общий вид комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции (аксонометрия);
на Фиг. 2 – схема расположения конструктивных элементов в комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции.
Комплектная энергоэффективная трансформаторная подстанция содержит высоковольтный отсек 1 с распределительным устройством высокого напряжения, корпус 2, трансформаторный блок 3, распределительное устройство 4 низшего напряжения, дверцы доступа 5, блок с активным фильтром гармоник 6, устройства измерения и учета электроэнергии 7.
Комплектная энергоэффективная трансформаторная подстанция работает следующим образом.
Напряжение 6-10 кВ со стороны энергосистемы посредством кабельного ввода или по воздушной линии электропередачи подается в высоковольтный отсек, в котором расположено распределительное устройство 1 высокого напряжения, через который далее подается в трансформаторный блок 3 на силовой энергосберегающий трансформатор.
Высоковольтный отсек в зависимости от мощности трансформаторной подстанции содержит коммутационную аппаратуру (ячейки КРУ или КСО с высоковольтными вакуумными или элегазовыми выключателями, выключатель нагрузки линейных присоединений, разъединители внутренней установки, заземляющие ножи, предохранители) и ограничитель перенапряжений.
Силовой энергосберегающий трансформатор обеспечивает преобразование входящего напряжения до величины 0,4-0,69 кВ с минимальными потерями электрической энергии, которое далее подается на распределительное устройство низшего напряжения 4 через шинный мост или по кабельным линиям. В качестве силового трансформатора используются масляные или сухие силовые трансформаторы с литой или воздушно-барьерной изоляцией обмоток высокого напряжения и низкого напряжения мощностью от 160 до 4000 кВА.
Распределительное устройство 4 низшего напряжения (РУНН) представляет собой совокупность электрического низковольтного оборудования и аппаратуры, электрически связанных между собой, и содержит:
- коммутационные аппараты (вводной и отходящие автоматические выключатели 0,4-0,69 кВ);
- шкаф с активным фильтром гармоник (АФГ);
- измерительные трансформаторы тока;
- устройства управления, сигнализации;
-дополнительные устройства релейной защиты (при необходимости);
- счетчики электроэнергии (при необходимости).
От распределительного устройства низшего напряжения электрическая энергия через отходящие автоматические выключатели по кабельным линиям подается конечным потребителям, причем за счет использования активного фильтра гармоник обеспечивается повышение качества электроэнергии, компенсация реактивной мощности и снижение дополнительных потерь.
Применение энергосберегающего силового трансформатора обеспечивает снижение потерь электроэнергии при ее передаче конечному потребителю.
Применение активного фильтра гармоник обеспечивает решение задач по повышению качества электроснабжения и снижения затрат на оплату электропотребления за счет:
- мгновенного гашения гармонических составляющих тока;
- стабилизации напряжения и снижения кратковременной и длительной дозы фликера;
- улучшения устойчивости при переходных процессах и в аварийных режимах;
- выравнивания нагрузки в трехфазных системах;
- динамической компенсации реактивной мощности (пример представлен в приложении В).
Активный фильтр гармоник представляет собой электронно-силовое устройство, подсоединенное параллельно компенсируемой нагрузке. Данное оборудование по своей физической сути является регулируемым источником тока, который выдаёт нужную волновую форму тока в режиме реального времени. Активный фильтр снабжен собственным накопителем энергии и системой управления, которая позволяет вводить требуемый ток в электрическую сеть. Когда подключение произведено в параллель к компенсируемой нелинейной нагрузке, её гармонические токи компенсируются и сеть становиться загруженной только «чистым» основным током.
Кроме динамической компенсации реактивной мощности и фильтрации гармоник применение активного фильтра гармоник позволяет осуществлять мониторинг, регистрацию параметров электрической сети и передачу данных на адреса сервера электронной почты по различным протоколам. Таким образом, имеется возможность отказаться от применения счетчиков технического учета и приборов контроля качества электроэнергии.
Система управления и защиты активного фильтра анализирует и рассчитывает параметры качества электроэнергии на основании измеряемых значений напряжения и токов. Различные параметры качества электроэнергии визуально можно наблюдать в окне монитора, когда система в работе.
Наличие необходимого количества дверей в корпусе комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции обеспечит, при необходимости, возможность проведения работ по обслуживанию и ремонту оборудования.
Таким образом, заявленная полезная модель направлена на стабилизацию питания, гашения гармоник, повышения пропускной способности линии электропередач.
Заявленная полезная модель в виде комплектной энергоэффективной трансформаторной подстанции с наличием в ней активного фильтра гармоник позволяет повысить энергоэффективность, дает дополнительную возможность использования ее в районах со сложным рельефом местности, изменчивостью сейсмических свойств грунта, обеспечить, при необходимости, простоту транспортировки.