Трижды трехфазная система электроснабжения

Трижды трехфазная система электроснабжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - улучшение качества напряжения при коротких замыканиях и несимметрии нагрузок в сети , а также повышение устойчивости параллельной работы с другими источ- .никами. Система содержит источники

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (бУ 1 Н 02 1 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ЦНИР

К А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3810356/24-07 (22) 10.11.84 (46) 07.09.88, Бюл. 11 33 (75) Г.А.Генрих (53) 621.316(088.8) (56) Бессонов A.À. Теоретические основы электротехники.- M.: Высшая школа, 1962, с. 196.

Авторское свидетельство СССР

Ф 963124, кл. Н 02 3 3/00, 1960.

„„SU„„1422297 А1 (54) ТРИ)гДЫ ТРЕХФАЗНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — улучшение качества напряжения при коротких замыканиях и несимметрии нагрузок в сети, а также повышение устойчивости параллельной работы с другими источ. никами. Система содержит источники

1 абс

1422297

:питания 1, 2, 3, присоединенные сов;местно с нагрузками 13, 14, 1 к сборным шинам 7, 8, 9. Фазные обмотки трех источников .питания соединены так, что образуют три трехфазных соединения, выполненных иэ трех разноименных обмоток, принадлежащих разным

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение на электрических станциях и мощных подстанциях электрических систем.

Цель изобретения — улучшение ка5 чества напряжения при к.з. и несимметрии нагрузки в сети, а также повышение устойчивости параллельной работы с другими источниками питания.

На фиг.1 и 2 представлены принципиальные схемы трижды трехфазной системы (ТТС)", на фиг.3 — схема электрической станции с восемью блоками генератор-трансформатор, на фиг.4 и 5— схема электрической станции с двухоб- 1 моточными генераторами; на фиг.6— схема головной подстанции промпредприятия; на фиг.7 — схема преобразовательной подстанции, питающейся от

ТТС. 20

Принципиальная схема ТТС (фиг.1) собрана на трех комплектах обмоток трехфазного трехобмоточного генератора или трех трехфазных генераторах

1-3 для питания нагрузок 4-6. Фазные 25 выводы комплектов обмоток генераторов образуют три подсистемы (ПС), выводы которых подключаются к шинам

7-9, куда присоединяются также выводы потребителей 4-6, эквивалентируемые 30 сопротивлениями нагрузок, соответственно Z<, Z< и Z . К секциям сборных шин 7-9 подключены трехфазные источники 10-12 с любым соединением обмоток и линии 13-15 электропередач, - З5 связывающие с другими частями энергосистемы.

На фиг.2 приведена принципиальная схема ТТС с соединением обмоток основных трехфаэных генераторов 1-3 в,щ треугольники (или звезды), а сборные шины представлены в виде трех систем источникам. К сборным шинам подключены дополнительные источники питания 10, 11, 12. При к.з. в рассматриваемой системе уровень токов снижен в результате повьппенного уровня напряжений в системе. 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

2 шин. В этом случае ТТС собирается на шинах 7-9, к которым подключаются линии 13-15 электропередач и трехфазные генераторы 10-12, с любой схемой сое- . динения обмоток и нагрузки 4-6.

Между основными 1-3 и трехфазными

10-12 источниками и потребителями могут включаться повышающие и понижающие трансформаторы, сборные шины высокого напряжения (в.н.), линии электропередач, выключатели, необходимые для нормального обслуживания потребителей электроэнергии.

ТТС может создаваться на базе одного трехфазного генератора с тремя комплектами обмоток, на базе трех

Ь трехфазных генераторов, на базе двух генераторов, каждый из которых имеет по два комплекта обмоток (полуобмоток). В последнем случае три комплекта обмоток (полуобмоток) используются для сборки ТТС, а один комплект— как трехфазный источник и подключается своими выводами к шинам любой из

ПС ТТС. ТТС собирается из трех комплектов обмоток (полуобмоток) трех двухобмоточных генераторов, а три других комплекта используются как три трехфазных источника, каждый из которых подключается к шинам ПС ТТС.

ТТС может быть получена аналогичным соединением комплектов обмоток шестифазных генераторов. Могут также из обмоток шестифазных генераторов собираться две ТТС, присоединяемые к соответствукщнм обмоткам трансформаторов.

Схема электрической станции с восемью блоками генератор-трансформатор (фиг.3) содержит генераторы 1623, которые через трансформаторы 2431 и выключатели 32-39 подключены к

1422297 соответствующим сборным шинам 40-42,.

Часть трансформаторов может быть трехобмоточными или многообмоточными, их другие обмотки подключаются к шинам распределительных устройств другого класса напряжения. Эти ТТС другого класса напряжения и ооладают всеми свойствами, что и первая ТТС.

Выключатель 43 осуществляет секционирование сборных шин 40-42. При необходимости вывода в ремонт одного из генераторов ТТС переводится в трехфазный режим с помощью выключателей

44 и 45. Возможен также перевод ТТС в трехфазный режим с помощью выключателей 46 и 47. К секциям сборных шин 40-42 подключены трехфазные линии 48-55. При наличии в энергосистеме других ТТС зти линии могут служить- для связи выходов ПС (шины 4042) одной ТТС с одной, двумя или тремя ПС другой ТТС. При необходимости вывода в ремонт одного из генераторов ТТС переводится в трехфазный режим включателями 45 (фиг.3 условно показан один выключатель) и отключением выключателей 44, собирающих ТТС, возможен также перевод ТТС в трехфазные включением выключателей,46 и

47. Возможна раздельная работа обеих

ТТС и их параллельная работа при включении выключателей 43, Аналогично собирается ТТС на обмотках одного трехобмоточного генератора, работающего с тремя трехфазными трансформаторами 24-26, (28-30). подключенными к трем системам (секциям) сборных шин. Также собирается схема на трех полуобмотках двух синхронных генераторов. Использование четвертой полуобмотки аналогично использованию генератора 19 (23) в трехфазном режиме.

Схема (фиг.4) содержит двухобмоточные генераторы 1-3 с обмотками

1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1 и 3.2 и три трехобмоточных трансформатора 24-26 с обмотками 24 .1, 24.2, 24.3, 25.1, 25.2, 25.3, 26.1, 26.2 и 26.3.

Сборка ТТС производится со стороны нулевых выводов обмоток генераторов с помощью коммутационных аппара- тов (КА) 45 и 56 (фиг.4) на шинах

57.1-57.3 или с помощью .КА 45 и 58 (фиг.5) . На первой шине собирается нейтраль выводов обмоток а, Ь, с всех трех генераторов, на второй— обмоток с,, а, b> и на третьей — аз, b,, с . Б качестве КЛ могут применяться разьединители 56 (фиг.4), накладки или выключатели 58 (фиг.5).

В последнем случае переключение режима можно производить под нагрузкой.

При сборке трехфазного соединения КА

58 нейтраль обмоток первого генератора собирается на первой шине, вто10 рого и тоетьего — на третьей. Одновременное включение коммутационных аппаратов 45 и 58 при перевоце из режима ТТС в трехфазных режим и обратно производится без разрыва токов обмо15 ток генераторов. В двухобмоточньж генераторах собирается две ТТС, каждая

1 из них на обмотках с одинаковыми группами соединения. Каждая из ТТС включается к своим первичным обмот20 кам. Первая ТТС подключается к обмоткам 24.2, 25.2 и 26.2, а вторая — к обмоткам 24.3, 25.3 и 26.3. Возможен перевод в режим ТТС любой из систем и их совместная работа на обп(ие тран25 сформаторы.

Во всех приведенных схемах электрических "òàíöèé, собранных по ТТС, вся энергия выдается от трех ПС через три системы шин, имеющих между собой

30 такую же по величине электромагнитную связь, как и три генератора, работающих на общие шины.

Это видно для ТТС, собранной на обмотках трехобмоточного трехфазного .15 генератора, в котором одноименные обмотки, всех трех ПС размещены в общих пазах магнитопровода, чем достигается коэффициент связи между витками (обмотками близкой единице). Та40 ким образом, между ПС имеет место эффективная трансформаторная связь.

Схема главной подстанции системы электроснабжения крупного промышленного предприятия от двух ТТС (фиг.б)

45 имеет связь с другими трехфазными трансформаторамил или с заводской ТЭЦ.

Эти ТТС могут собираться на шести вторичных обмотках трех трансформаторов 59-61 с двумя расщепленными

50 обмотками или двух трансформаторов с расщепленными на три обмотками, Любые имеющиеся обмотки на трансформаторах или отдельные трансформаторы могут подключаться при необходимости

55 к ПС ТТС на параллельную работу. Эти

ТТС являются второй ступенью токоограничения при к.з. на шинах и в распределительных сетях системы электроснабжения. Токи повреждения изо1422297. ляпни на линиях, питающих подстанцию и трансформаторы, ограничиваются первой ступенью ТТС, собранной на станции.

В этой схеме (фиг,6) шины ГПП разделены на шесть секций по три секции

62-64 на каждую ТТС. Между каждой из пар секций 62 и 63, 63 и 64.установлены секционные выключатели 65, обес- 10 печивающие резервное питание при отк)тючении выключателей 66 со стороны п)итающей линии или со стороны н.н. трансформатора. Каждая цеховая подСТанция имеет по две секции, питающихся от одинаковых подсистем двух

ТТС.

Между секциями цеховых подстанций установлены выключатели 67.

При значительной несимметрии на- 20 грузки из ТТС могут выключателями 65 бЫть переведены в трехфазный. режим или обе ТТС могут работать параллельн с генераторами ТЭЦ промышленного

-предприятия. При незначительной не- 25 симметрии нагрузок режим можно улучшйть параллельным включением вторичных обмоток трансформаторов, питающйхся от цеховых подстанций, т.е. обеспечением связи между ПС через 30 реактансы этих трансформаторов и распфеделительных линий. Это обеспечивает поддержание питающих напряжений на выводах потребителей при меньшем возрастании тока к.з. по сравнению с режимом при включении выключателей 65.

Аналогично можно организовать питание распределительных сетей крупных городов от двух или трех подстан- 40 ций, собранных по схеме ТТС, работакн их параллельно с трехфазными источниками.

ТТС может применяться для улучшения режимов и технико-экономических показателей передач энергии постоянным током. На фиг.7 приведена схема преобразовательной подстанции; питающейся двумя трехфазными линиями от . двух разных ПС ТТС. При повреждении 50 изоляции любой из линий, трансформаторов 68, преобразователей 69 и 70 или полюса 71 постоянного тока имеет место ограничение тока к.з. уровень тока к.з. определяется сопротивлением55 линии, суммарной нагрузкой и мощностью электростанции, на шинах которой собрана ТТС.

В синхронных генераторах каждая фазная обмотка является самостоятельным преобразователем подводимой механической энергии в электрическую и имеет электромагнитную связь с другими обмотками. Разобрав со стороны нейтралей трехфаэное соединение обмоток в трехобмоточном трехфазном генераторе или в трех трехфазных генераторах, получают три трехфазных комплекта обмоток, сдвинутых в пространстве на 120, т.е. девять однофазных обмоток. Не изменяя присоединения трехфазных нагрузок к фазным выводам обмоток по аналогии с соединением трехфазной группы из трех однофазных трансформаторов, собирают три трехфазные группы (ПС) обмоток из разноименных фаз .трех разных комплектов. обмоток. Первая ПС собирается из обмотки А первого генератора, из обмотки В второго генератора, из обмотки С третьего генератора. Вторая ПС

l собирается иэ обмотки С первого гене- ратора, из обмотки А второго генератора, из обмотки В третьего генератора. Третья ПС собирается из обмот ки В первого генератора, из обмотки

С второго генератора, иэ обмотки А третьего генератора. Возможно и другое сочетание. При таком соединении обмоток каждый из генераторов питает одну иэ трех обмоток ПС и их нагруз-„ ки, а каждая ПС и ее нагрузка питается от трех генераторов. Это обеспечивает во всех генераторах взаимосвязанные потокосцепления и ЭДС как в нормальных, так и в аварийных режимах.

F> приведенных схемах (фиг. 1 и 2) положены два принципа формирования

ПС. Различие их заключается в том, что в схеме ТТС (фиг.1) собирается со стороны нулевых выводов фаэных обмоток источников, поэтому все элементы цепи (источники, трансформаторы, линии и нагрузки) входят в зону ограничения тока к.з., во второй схеме

ТТС (фиг.2) собирается на фаэных выводах трех трехфазных источников, поэтому сами источники 1, 2, 3, 10 и сборные шины 7-9 не входят в зону

ЪГ токоограничения, Электромагнитные и электромеханические процессы в энергосистеме, в которой параллельно работают источники, собранные по трижды трехфаэным и трехфазным схемам, при повреждениях

1422297 и 20 трехфазных источников. Таким образом, остается в работе 907 всех источников, готовых сразу после отключения повреждения набрать нагрузку, Повышение устойчивости параллельной работы объясняется тем, что при рассматриваемом повреждении не происходит значительного сброса активной мощности, что улучшает при аварии нагрузочно-угловые характеристики.

При необходимости возможно регулирование напряжения на выводах неповрежденных ПС ТТС за счет перевода выпрямителей систем возбуждения в инверторный режим. Это обеспечивает быстрое понижение напряжения в зависимости от выдаваемой мощности или тока ПС ТТС.

Таким образом, мощность источников

ТТС в аварийном режиме, а значит и тормозные моменты на валах генераторов изменяются мало и не вызывают появления больших избыточных моментов на валах турбин, которые могли бы привести к уменьшению, а затем и к потере электромеханической связи между всеми параллельно работающими генераторами.

Сравнивая электромеханическую связь, электромагнитные процессы при к.з. на выводах трех трехфазных генераторов, работающих на общие шины, с аналогичными режимами ТТС из трех генераторов, получают, что в первом случае полностью прекращается электромагнитная и электромеханическая связь между всеми генераторами. В

ТТС при к.з. на выводах одной ПС аналогичная связь между генераторами не нарушается и не ослабляется, а генераторы продолжают работать с повышенными токами.

Поспе отключения к.з. на выходах трехфазной системы генераторы оказываются в режиме асинхронного хода и наброс нагрузки может только ухудшить их "остояние и втягивание в синхронизм станет невозможным. При отключении рассматриваемого к.s. на выводах ТТС напряжение на выводах поврежденной ПС мгновенно восстанавливается и нагрузки успешно разворачивается °

В неповрежденных ПС напряжение на выводах понижается до номинального и нормальный режим TTC восстанавливается.

Пониженное уравнительными токами напряжение неповрежденных ПС вызывает изоляции зависят от взаимного влияния обоих источников. Составляющая токов к.з. от трехфазных ис оЧников определяется их суммарной мощностью и эквивалентной реактивностью до места к.з. В ТТС определяющим величину токов к.з. является эквиваЛентное сопротивление нагрузки и линий, связывающих ее с источником. Сопротивле- 10 ние генератора меньше влияет на величину токов к.з.

При к.з. на выводах одной ПС (например, на выводах первой ПС) ТТС напряжение в месте трехфазного повреждения становится равным нулю, поэтому ток в нагрузке, питающейся от ее шин, также равен нулю (фиг,1). При этом ЭДС неповрежденных ПС ТТС суммируется с ЭДС первой ПС, т.е. возрас- 20 тает до линейного значения. По своему действию на устойчивость параллельной работы ТТС и ТС возрастание

ЭДС на выводах неповрежденных ПС 2ПС и ЗПС эквивалентно безинерционной форсировке возбуждения генераторов.

При этом возрастание напряжения проявляется мгновенно при любых видах к.з. в любой точке ТТС, когда еще не. успел возрасти ток ни в месте к.з., ни в статорах и роторах генераторов.

Между неповрежденными ПС с возросшими в 1 3 раз ЭДС и трехфазными ис1 точниками, работающими параллельно в ПС, образуются уравнительные токи и перетоки мощности, которые будут

35 понижать напряжение неповрежденных

ПС и повышать напряжение трехфазных источников, Резко воэросшая электромагнитная связь улучшает условия па- 40 раллельной работы генераторов, собранных по трижды трехфазным и трехфазным схемам, и изменяет перераспределение нагрузок между источниками.

Допустим, что мощность источников

ТТС составляет 55-60% подсистем. Мощности трехфазных источников в ПС мо- гут значительно отличаться (например, 10, 15 и 20 от мощности системы). При трехфазном К.З. вблизи шин первой ПС выдаваемая потребителям

50 мощность во время k,.Ç. снижается до куля, à 10% трехфазных источников работают в условиях, аналогичных условиям 100 трехфазных генераторов современных энергосистем, расположен- 55 ных вблизи места k.З. Во второй и третьей ПС на нагрузку работают 100 источников ТТС и соответственно 15

1422297

10 возрастание токов второй и третьей

ПС в 1,3-1,5 раза (при линейных характеристиках сопротивлений нагрузок). Во время к.з. суммарный ток

5 двух неповрежденных ПС протекает по обмоткам фаз поврежденной системы и через место к.з.

В ТТС можно уменьшить кратность тбкоограничения,, если в зону токо- 1р ограничения включить только сопротивления линий электропередач и источ1 ников питания. Это возможно, если две цепи линий подводятся от первой и второй ПС на одну из подстанций энер-15 госистемы, а две другие цепи линий— о1 второй и третьей ПС к другой подстанции. Объединив на общей системе шин первой подстанции концы линий Ог первой и второй ПС, а на второй под- 21) сТанции концы линий от второй и третьей ПС, получают ТТС, в которой токи к.з. ограничиваются сопротивлениями генераторов и линий, а зона ТТС ограничивается этими подстанциями. 25

Все внешние (относительно шин подстанций) линии, подстанции, электрические станции и другие элементы питаются от трехфазных источников. Такая схема в ряДе случаев облегчает системообразование и полностью исключает особенйости построения ТТС и связи попутных систем с проходящими мощными линиями.

Предлагаемые схемы ТТС электроснабжения на базе существующего обо35 рудования позволяют при незначительных допол ни тел ьных капит ал ьных вложе ниях добиться значительного повьппения устойчивости параллельной работы генераторов и уменьшения токов к.з. при любых видах повреждения в любых тОчках ТТС в пределах до 7, 4 раза, термических и динамических воздействий в пределе до 50 раз.

Формула и з обре тенин

1. Трижды трехфаэная система электроснабжения, содержащая основные ис50 точники питания, присоединенные совместно с нагрузками к сборным шинам, причем фазные обмотки трех источников питания соединены так, что образуют три трехфазных соединения, выполненные из трех разноименных обмо55 ток, принадлежащих разным источникам, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества напряжения при коротких замыканиях н несимметрии нагрузок в сети, а также для повьпления ус тойчин ости пар аллел ьной р аботы с другими источниками питания, три

Основных источника выполнены с электромагнитной и электрической связью, а система снабжена дополнительными источниками питания, подключенными к сборным шинам.

?„ Система по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что упомянутые трехфазные соединения выполнены со стороны .нулевых выводов источников питания.

3, Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что упомянутые трехфазные соединения выполнены на сборных шинах.

4. Система по п.1, о т л и ч а ю " щ а я с я тем„ что в качестве основных источников питания использованы обмотки одного трехфазного трехобмоточного ° генератора.

5. Система по п.1, О т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве основ. ных источников питания использованы обмотки трех трехфазных генераторов.

6. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве основных источников питания использованы обмотки двух трехфазных двухобмоточных генераторов, причем одна из обмоток использована в качестве дополнительного источника питания.

7. Система по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что в качестве ос" нОВных истОчникОв питания испОльзованы обмотки одинаковых групп соедиHeния трех шестифазных генераторов.

8. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве трех источников использованы обмотки трех трехфазных трансформаторов с расщепленными обмотками, причем остальные обмотки использованы в качестве дополнительных источников питания.

9. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве основных источников питания использованы обмотки двух трансформаторов с расщепленными обмотками, причем одна из обмоток использована в качестве дополнительного источника питания.

10. Система ио п.1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что в качестве основных источников питания использованы обмотки одного трансформатора с тремя раслепленнимк обмотками.

1422297

Ср

dg а, dp ау бг а, dp с

8g

dg а, dz

Cf с, а

dg с, а бг я аг

Фиг c"

11. Система по п.1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что в качестве ос-новных источников питания использованы обмотки трех трансформаторов с расщепленными обмотками.

12 ° Система по пп. 1 и 3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что в качестве трех источников питания использованы линии связи от любых трех электрически не связанных систем.

13. Система по пп.1-3, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что между системами сборных шин и нагрузкой включены трансформаторы.

14. Система по пп.1-5, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что между системами шин и источником питания включены трансформаторы.

15. Система по пп.1-5 и 10, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве трансформаторов, включенных между источником питания и системами шин, использованы многообмоточные трансформаторы с вторичными обмотками, выполненными на разные или одинаковые напряжения.

16. Система по пп ° 1-5, 10 и 11, отличающаяся тем, что между системами пан одного класса на5 пряжения включены дополнительно введенные коммутационные аппараты.

17. Система по пп ° 1-5, о т л ич а ю щ а я с я тем, что со стороны нулевых выводов генераторов уста10 иовлены коммутационные аппараты для перевода .генераторов в трехфазный режим..

18. Система по п.1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что в качестве потребителей к сборным шинам подключены линии электропередачи с трансформаторами на другом конце для соз- . дания второй ступени трижды трехфаз20 ной системы.

19. Система по пп.1 и 6-9, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве потребителей использованы пре25 образователи переменного тока в постоянный для подключения линий электропередачи постоянным током.!

422297

1422297

От бТ

8z с>

57

@uz. 5

Gm l=3 у 8s

1422297

Составитель К.Фотина

Техред Л.Олийнык Корректор В.Романенко

Редактор M.Áëàíàð

Заказ 4436/52

Тираж 650 Подписное

В ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб.„ д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4