ФАЗОПРЕОБРАЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
PHASE-CONVERTING DEVICE

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам для передачи энергии переменным током, а именно к высоковольтным электропередачам.
Известно фазопреобразующее устройство для преобразования 3-фазного переменного тока в 4-фазный и обратно (авт. свид-во 1700682 А1, Самородов Г.И.), состоящее из двух фазопреобразующих трансформаторов. Отдельный фазопреобразующий трансформатор представляет совокупность трех одностержневых трансформаторов, каждый из которых имеет на первичной стороне, кроме рабочих, еще и аварийные обмотки, служащие для перехода на трехфазный режим работы при возникновении наиболее вероятных однофазных повреждений на линии.
К недостаткам данного устройства относится сложность его схемы.
Известно также фазопреобразующее устройство для преобразования 3-фазного переменного тока в 4-фазный и обратно (Красильникова Т.Г. Схема замещения трансформатора для преобразования трехфазной системы переменного тока в четырехфазную. / Труды 3-й международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт», ч.2, 2007 г. - прототип), состоящее из двух фазопреобразующих трансформаторов, каждый из которых выполнен по схеме Скотта, т.е. состоит из двух одностержневых трансформаторов, что существенно упрощает схему преобразования в целом.
Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не может преобразовывать трехфазную симметричную систему токов и напряжений со стороны системы в трехфазную симметричную систему со стороны линии. Такая необходимость возникает в случае наиболее вероятных однофазных отказов четырехфазной электропередачи.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение преобразования как по схеме 3 фазы - 4 фазы, так и по схеме 3 фазы - 3 фазы, что позволяет повысить надежность работы четырехфазной электропередачи в аварийных режимах при возникновении наиболее вероятных однофазных повреждений.
Поставленная задача достигается тем, что в фазопреобразующее устройство, содержащее два основных фазопреобразующих трансформатора, выполненных по схеме Скотта и работающих в противофазе, к нейтралям фазопреобразующих трансформаторов подсоединяется с помощью выключателей дополнительный фазопреобразующий трансформатор, выполненный также по схеме Скотта.
Также задача достигается тем, что фазопреобразующее устройство может содержать устройства регулирования напряжения под нагрузкой, установленные с нейтральной стороны основных фазопреобразующих трансформаторов.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства для преобразования трехфазной системы переменного тока в четырехфазную. На фиг.2 представлена векторная диаграмма напряжений на здоровых фазах линии, например, при отключении аварийной фазы . На фиг.3 приведена векторная диаграмма напряжений на здоровых фазах линии при введении в работу дополнительного фазопреобразующего трансформатора. На фиг.4 представлена векторная диаграмма напряжений на здоровых фазах линии после действия устройств регулирования напряжения под нагрузкой.
Устройство (фиг.1) содержит два основных фазопреобразующих трансформатора 1, выполненных по схеме Скотта для получения четырехфазной системы переменного тока, дополнительный фазопреобразующий трансформатор Скотта 2, подсоединяемый выключателями 3, 4, 5, 6 к нейтралям основных трансформаторов 1, линейные выключатели 7 для подключения к четырехфазной линии, заземляющие выключатели 8, 9, 10, 11 и 12, 13. Со стороны нейтралей основных фазопреобразующих трансформаторов 1 предусматриваются устройства регулирования напряжения под нагрузкой 14 и 15. Нормальным режимом работы считается режим преобразования трехфазной системы в четырехфазную. В этом режиме все выключатели 4, 5, 6, 7 и 8, 9, 10, 11 отключены, а выключатели 12 и 13 включены, обеспечивая заземление нейтралей основных фазопреобразующих трансформаторов 1.
Фазопреобразующее устройство работает следующим образом. В случае возникновения повреждения на одной из фаз линии, например на фазе , происходит ее отключение соответствующим линейным выключателем 7, и на здоровых фазах линии имеет место трехфазная несимметричная система напряжений α, β,  (фиг.2). При этом напряжение обратной последовательности составляет 27%, а напряжение нулевой последовательности 37% по отношению к напряжению прямой последовательности, что допустимо лишь кратковременно в течение нескольких секунд.
Далее вводится в работу дополнительный фазопреобразующий трансформатор 2. Преобразованное фазное напряжение у дополнительного фазопреобразующего трансформатора 2 в два раза меньше, чем у основных фазопреобразующих трансформаторов 1. В зависимости от аварийной фазы коммутируются соответствующие выключатели 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11 и 12, 13. Так, в случае аварийной фазы  в первую очередь отключается заземляющий выключатель 12, а затем включаются выключатели 4 и 9. В результате в нейтраль вводится соответствующая дополнительная эдс, и векторная диаграмма напряжений на здоровых фазах линии приобретает вид, показанный на фиг.3. При этом резко снижается уровень несимметрии, составляя для обратной последовательности примерно 7% и отсутствуя практически для нулевой последовательности (0,3%). Такой уровень несимметрии допустим в течение нескольких минут, что позволяет за это время устранить его полностью за счет устройств регулирования напряжения под нагрузкой 14 (фиг.4).
Требуемые переключения для перехода на трехфазный режим работы при повреждении одной из фаз линии следуют из таблицы.
Для устранения уровня несимметрии при выходе из строя фаз α или  в работу вводятся устройства регулирования напряжения под нагрузкой 14. Для устранения уровня несимметрии при выходе из строя фаз β или  в работу вводятся устройства регулирования напряжения под нагрузкой 15.
Таким образом, из фиг.2-4 видно, что предлагаемое фазопреобразующее устройство обеспечивает переход на трехфазную симметричную систему токов и напряжений при возникновении наиболее вероятных однофазных повреждений на линии при помощи дополнительного фазопреобразующего трансформатора Скотта 2 и устройств регулирования напряжения под нагрузкой 14 и 15, что повышает надежность работы четырехфазной электропередачи в аварийном режиме.
Режим работы
Состояние выключателей
3
4
5
6
8
9
10
11
12
13
4-х фазный режим
о
о
о
о
о
о
о
о
в
в
КЗ на фазе α
в
о
о
о
в
о
о
о
о
в
КЗ на фазе <img file="00000005.tif" he="4" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
о
в
о
о
о
в
о
о
о
в
КЗ на фазе β
о
о
в
о
о
о
в
о
в
о
КЗ на фазе <img file="00000006.tif" he="6" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" />
о
о
о
в
о
о
о
в
в
о
где в - включено, о - отключено.