Обобщенная структура системы генерации электрической энергии и ее резервирование с накопителем электрической энергии для собственных нужд электрических подстанций

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 11 УДК 621.313.126

ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ГЕНЕРАЦИИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ЕЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ С НАКОПИТЕЛЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДСТАНЦИЙ

В.М. Степанов, А.Ю. Тимонин

Система охлаждения является важной частью силового трансформатора, эффективность её работы определяет надежность и ресурс работы всей трансфор-маторнойподстанции. Представлен анализ устройства для использования избыточного воздушного теплового потока от силового трансформатора для отопления и освещения объекта собственных нужд и способ внедрения внутреннего резервирования данной установки.

Ключевые слова: система охлаждения, силовой трансформатор, устройство для использования избыточного воздушного теплового потока, накопитель, резервирование.

Для повышения надежности функционирования системы генерации электрической энергии для собственных нужд электрических подстанций может быть использовано ее резервирование с включение в обобщенную структуру системы накопителя электрической энергии. Базовой структурой системы генерации является обобщенная ее схема, представленная на рис. 1.

После внедрения реактивно-вентильных установок устройство для использования избыточного воздушного теплового потока имеет возможность сформировать воздушный теплоноситель для обогрева и преобразовать энергию вращения от вентиляторной установки и масляного насоса в электроэнергию для освещения зданий трансформаторных подстанций и электрических станций собственных нужд.

Однако необходимо также предусмотреть возможность резервирования, накопления электроэнергии в случае отказа какого-либо элемента системы электроснабжения собственных нужд.

Для реализации этой цели необходимо ввести в систему накопитель электроэнергии и внешнее питание от источника электроэнергии (питание от сети).

Накопитель электрической энергии используется для питания обмоток возбуждения реактивно-вентильных двигателей, исполнительных элементов, который соединен с общей электрической сетью, регулирование его подключений и отключений обеспечивается блоком управления. Резервирование электрической энергии накопителем может быть также использовано для питания блока управления в случае отсутствия электрической энергии в сети.

Рис. 1. Устройство для использования избыточного воздушного теплового потока:1 - объект собственных нужд; 2 - всасывающий вентилятор; 3 - корпус всасывающего вентилятора; 4 - третий общий

трубопровод воздушного теплоносителя; 5 - теплоизоляция трубопровода воздушного теплоносителя; 6 - ответвление третьего общего трубопровода воздушного теплоносителя; 7 - обратный клапан; 8 - кожух формирования воздушного теплоносителя; 9 - радиатор охладителей; 10 - вентилятор; 11 - первый трубопровод циркуляции масла; 12 - второй трубопровод циркуляции масла; 13 - насос масляного охлаждения; 14 - силовой трансформатор; 15 - вал насоса масляного охлаждения; 16 - реактивно-вентильный двигатель; 17 - реактивно-вентильный генератор; 18 - блок управления №1;19 - вал крыльчатки устройства всасывающего вентилятора; 20 - реактивно-вентильный двигатель; 21 - реактивно-вентильный генератор; 22 - блок управления №2; 23 - внешний источник питания

С учетом анализа объединенной схемы был разработан усовершенствованный вариант устройства.

Рис. 2. Устройство для использования избыточного воздушного теплового потока: 1 - объект собственных нужд; 2 - всасывающий вентилятор; 3 - корпус всасывающего вентилятора; 4 - третий общий

трубопровод воздушного теплоносителя; 5 - теплоизоляция трубопровода воздушного теплоносителя; 6 - ответвление третьего общего трубопровода воздушного теплоносителя; 7 - обратный клапан; 8 - кожух формирования воздушного теплоносителя; 9 - радиатор охладителей; 10 - вентилятор; 11 - первый трубопровод циркуляции масла; 12 - второй трубопровод циркуляции масла; 13 - насос масляного охлаждения; 14 - силовой трансформатор; 15 - вал крыльчатки устройства всасывающего вентилятора; 16 - вал насоса масляного охлаждения; 17 - реактивно-вентильный двигатель;18 - реактивно-вентильный двигатель;19 - блок управления №1; 20 - блок управления №2;21 - реактивно-вентильный генератор; 22 - реактивно-вентильный генератор; 23 - источник питания;

24 - накопитель электроэнергии

Вал крыльчатки устройства всасывающего вентилятора 15 жестко соединен с валом реактивно-вентильного двигателя для устройства всасывающего вентилятора 17 и с валом реактивно-вентильного генератора для устройства всасывающего вентилятора 21, вал насоса масляного охлаждения 16 жестко соединен с валом реактивно-вентильного двигателя для насоса масляного охлаждения 18 и с валом реактивно-вентильного генера-

тора для насоса масляного охлаждения 22, реактивно-вентильные двигатели 17 и 18 управляются с помощью блоков управления 19 и 20 соответственно, которые, в свою очередь, подключены к накопителю электроэнергии 24 и к источнику питания электрической энергией 23, для выполнения переключений между нормальным и аварийным режимами работы, накопитель электроэнергии 24 и источник питания электрической энергии 23 соединены между собой, для выполнения переключений между нормальным и начальным режимами работы, накопитель электроэнергии 24 соединен с реактивно-вентильными генераторами 21 и 22, для выполнения переключений между нормальным и аварийным режимами работы, накопитель электроэнергии 24 соединен с входом объекта собственных нужд. В начальном режиме работы питание реактивно-вентильных двигателей 17 и 18, реактивно-вентильных генераторов 21 и 22, объекта собственных нужд 1 происходит от источника питания электрической энергии 23. В нормальном режиме работы питание реактивно-вентильных двигателей 17 и 18, реактивно-вентильных генераторов 21 и 22, объекта собственных нужд 1 происходит от накопителя электроэнергии 24.

Таким образом, комплексное использование воздушного теплового потока и формирование генерации электрической энергии в комплексе с накопителем электрической энергии для собственных нужд электрических подстанций обеспечивает ее резервирование для питания элементов системы, что повышает ее функциональную надежность.

Список литературы

1. Степанов В.М., Горелов Ю.И., Тимонин Ю.Н. Пат. №128776 на полезную модель. Устройство для использования избыточного воздушного теплового потока от силового трансформатора: Рос. Федерация. Опубл. 27.05.2013.

2. Степанов В.М., Горелов Ю.И., АвдошинВ.С., Пахомов С.Н. Пат. №168624 на полезную модель. Вентильно-реактивный генератор: Рос. Федерация. Опубл. 13.02.2017.

3. Степанов В.М., Горелов Ю.И., АвдошинВ.С., Пахомов С.Н. Пат. №172453 на полезную модель. Вентильно-реактивный генератор: Рос. Федерация. Опубл. 11.07.2017.

4. Степанов В.М., АвдошинВ.С., Анализ основные характеристик вентильно-реактивного электродвигателя, работающего в режиме генератора // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып. 8. С. 181-184.

5. Степанов В.М., Тимонин Ю.Н., Обоснование рациональных параметров энергосберегающих электромеханических систем охлаждения силовых трансформаторов для повышения надежности их работы. Автореферат, 2012.

6. Степанов В.М., Авдошин В. С. Повышение эффективности функционирования системы рекуперации электрической энергии с реактивно-вентильными электродвигателями в многодвигательных подъемно-транспортных механизмах. Автореферат, 2017.

7. Степанов В.М., Пахомов С.Н., Повышение эффективности функционирования электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии для собственных нужд газораспределительных объектов. Автореферат, 2018.

Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Тимонин Алексей Юрьевич, аспирант, timonin alexe y@bk. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

GENERALIZED STRUCTURE OF ELECTRIC ENERGY GENERATION SYSTEM AND ITS REDUNDANCY WITH ELECTRIC ENERGY STORAGE FOR OWN NEEDS OF ELECTRIC

SUBSTATIONS

V.M. Stepanov, A.Y. Timonin

The cooling system is an important part of the power transformer, its efficiency determines the reliability and service life of the entire transformer substation. The analysis of the device for the use of excess air heat flow from the power transformer for heating and lighting of the object of own needs and the method of implementation of internal redundancy of this installation is presented.

Key words: cooling system, power transformer, device for using excess air heat flow, storage, redundancy.

Stepanov Vladimir Mihailovich, doctor of technical sciences, professor, ener-gy@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Timonin Alexey Yurievich, postgraduate, timonin_alexey@,bk.ru, Russia, Tula, Tula State University