Система электроснабжения

Система электроснабжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области электротехники. Цепь изобретения - повышение надежности путем ограничения токов короткого замыкания. Система электроснабжения содержит трехфазный трансформатор с обмотками 2, 3, 4, подключенный к источнику питания 1. К сециям 7, 8 сборных шин через выключатели 11, 12, 15 подключены нагрузки 9, 10,13, 14. В нормальном режиме секгщи 7 и 8 ра-т ботают раздельно. Ограничение токов короткого замыкания достигается за счет схемы соединения обмоток 3 и 4 трансформатора. В случае, если секции J и 8 объединены через выключас (Л СП ч о Ol

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4, Н 02 7 3/00

Е ЛМ3 " М (, "„ ) ! I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Cg

А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4224192/24-07 (22) 18.02.87 (46) 07.02.89.Бюп. В 5 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина и ВосточноСибирский технологический институт (72) Л.А.Кучумов и А.И.Баташов (53) 621.316(088.8) 4,» (56) Неклепаев Б.Н.Координацияи оптимизация уровней токов короткого замыкания в электрических системах. M.

1978, рис. 4.18в,д.

Справочник по проектированию . электроэнергетических систем. /Под; ред. С.С Рокотяна и И.М.Шапиро. 3-е изд-е. М., 1985, рис. 4,5 с. 119 .

„„SU„„1457059 A 1 (54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения— повышение надежности путем ограничения токов короткого замыкания. Система электроснабжения содержит трехфазный трансформатор с обмотками 2, 3, 4, подключенный к источнику питания 1. К сециям 7, 8 сборных шин через выключатели 11, 12, 15 -:18 подключены нагрузки 9, 10, 13, 14.

В нормальном режиме секции 7 и 8 ра+ ботают раздельно. Ограничение токов короткого замыкания достигается эа счет схемы соединения обмоток 3 и 4 трансформатора. В случае, если секции 7 и 8 объединены через выключаf 457059 тель 19 при коротком замыкании в точке К » сначала отключается выключатель 19, а затем ограничение тока короткого замыкания осуществляется

r за счет схемы соединения обмоток.3 и

4 трансформатора. Выключатели 11, 12 отключают приэтом ограниченный в четыре раза ток в сравнении со случаем сохранения включенного состояния выключателя 19. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для передачи и распределения электрической энергии на переменном токе, и мо- 5 жет быть использовано при разработке систем электроснабжения промьпштенных предприятий и схем выдачи мощности на электростанциях.

Пелью изобретения является повышение надежности путем ограничения токов короткого замыкания.

На фиг. 1 показана схема системы электроснабжения; на фиг. 2 — век- 15 торная диаграмма. напряжений при соединении обмоток; на фиг. 3 — схема замещения системы электроснабжения, на фиг. 4 — векторная диаграмма, поясняющая нахождение эквивалентной 20

ЭДС при к.з. в точке К,; на фиг. 5— векторная диаграмма, поясняющая .нахождение напряжения на неаварийной части секции шин при к.s. в точке К » 2.5 на фиг. б — система электроснабжения для применения на электрических станциях, В состав предлагаемой системы электроснабжения {фиг. t} входит . трахфазный трансформатор, подключенный к источнику 1 питания, Обмотка

2 высокого напряжения соединена в звезду с заземленной нейтралью. Начала фаз первой расщепленной обмотки

3 низкого напряжения соединяются с >5 концами соответствующих фаз второй расщепленной обмотки 4, а начала фаз второй расщепленной обмотки 4 соединяются с концами соответствующих фаз первой расщепленной обмотки 3. При 40 этом образуются соединения, которые в дальнейшем называются двойным треугольником (векторная диаграмма на фиг. 2}. Такое соединение в транс2

J форматорах с расщепленными обмотками

3 и 4 может выполняться внутри бака трансформатора. В таком случае изменения в конструкции трансформатора ми нимальны. Возможно выполнение данного соединения и на двух отдельных трансформаторах без расщепленных обмоток, но при этом необходимо иметь на крышке бака каждого из трансформаторов начала и концы фазных обмоток, что предусмотрено стандартом. Поскольку соединение на трансформаторах с расщепленными обмотками З,и 4 реализуется технически проще, то в дальнейшем схемы рассматриваются применительно к таким трансформаторам.

Начало фаэ обмоток 3 и 4 подключаются через выключатели 5 и 6 к секциям 7 и 8 сборных шин.

В предлагаемой системе электроснабжения подключение нагрузок возможно двумя способами. Нагрузки 9 и 10 подключаются через выключатели 11 и

12 соответственно к первой и второй секциям сборных шин 7 и 8. Это традиционное подключение нагрузки, Часть нагрузки,13 и, 14 с. целью обеспече« ния более надежного электроснабжения может быть подключена между секциями сборных шин 7 и 8 параллельно соответствующим фазам обмоток 3 и 4, В качестве такой нагрузки может быть понижающий трансформатор б"10/0»4 кВ со схемами соединения ау. Дпя его подключения необходимо иметь выведенные на крышку бака начала и концы фазных обмоток. Нагрузка 13 пофазно подключается через выключатели 15 и

16 параллельно соответствующим фазам обмотки 3, а нагрузка 14 подключается пофаэно через выключатели 17 и 18 параллельно соответствующим фазам

Еь.а +Ec Ба

2 х> ГЗЕ л

Еа

2 хл

6 х

= 0,5 хт (2) где Еа.Е

Ел ИЕТ з

14570 обмотки 4. Таких нагрузок может быть нес кол ько .

В предлагаемой системе электроснабжения сеции сборных шин 7 и 8 для обеспечения высокого качества напряжений могут быть объединены на параллельную работу через коммутирующий аппарат 19 . Им может быть выключатель или токоограничивающее устройст- 10 во, имеющее в нормальном режиме практически нулевое сопротивление и повышенное в режиме короткого замыкания, На фиг . 3 обозначены сопротивление хл рассеяния фазы расщепленной 15 обмотки 3 и 4 трансформатора, ЭДС Е, Ф,са

Еа с y E g g y E g g q Ec

2-4 тРансфоРматоРов, токи Ха,, I1, I Ха, Ib I нагрузки соответственно первой и второй секций или 20

7,8, токи Ха с У ?Ъ а э Iс Ь соответ,а с, ствующих фаз первой обмот ки 3 НН трансформатора, токи IQ с, ХЪ а, I > соответствующих фаэ второй обмотки

4 НН трансформатора.

В схемах электрических станций (фиг. 6) две синфазные расщепленные обмотки 20 и 21 генератора подклю- чаются непосредственно или через вы".: ключатели 22 и 23 к соединенным в . 30 двойной треугольник обмоткам 3 и 4 трансформатора.

Рассматрим нормальные режимы работы предлагаемой системы электроснабжения, когда секции сборных шин 7.и

8 работают раздельно (коммутационные аппараты 19 отсутствуют или отключены). Поскольку обмотки 3 и 4 соединены в треугольник, то при одинаковых нагрузках на секциях 7 и 8 40 (отсутствует нагрузка 13 и 14) токи а с, э Ib

4 обмоток трансформатора будут одинаковы по величине и в 3 раза мень- 4б ше соответствующих линейных токов нагрузки 9 и 10 каждой из секций 7 и 8 предельном случае несимметрий нагрузок 9 и 10 по секциям 7 и 8 (отключе- gp на, например, нагрузка 10 второй секции 8) токи от нагрузки 9 первой секции 7 протекают через соответствующие фазы обеих обмоток 3 и 4 трансформатора. Это приводит к увеличению падения напряжения на обмотках 2.и 4 трансформатора в два раза и к появлению различий напряжений на первой и второй секциях 7 и 8 сборных шин.

59

При номинальных нагрузках 9 и 10 на секциях 7 и 8 при реальных tg q u при U„= 10,57. разница в напряжениях

I на секциях 7 и 8 не превышает 5-87, Ток в фазыых обмотках 3 и 4 трансформатора также не превышает 1/ГЗ от линейного тока нагрузки секции 7 и 8.

Ъ

И при других соотношениях нагрузок

9 и 10 по секциям 7 и 8 эта величина не превышена.

При наличии нагрузок 13 и 14 следует иметь ввиду, что токи нагрузки

13 протекают только по фазам обмотки

3, а токи нагрузки 14 протекают только по фазам обмотки 4.

Рассмотрим аварийный режим к.s. на одной из секций сборных шин, например, в точке К, (фиг. 1 и 3) . При допущении об идеальном расщеплении обмоток 3 и 4 НН трансформатора (индуктивные сопротивления рассеяния сосредоточены только в обмотках НН) и при неучете подпитки точки к.з. от нагрузки схему замещения системы можно представить в виде, изображенном на фиг.3> где Еа,с =Е,х,, EQ,с, = ток 3 и 4 трансформатора, хл — индуктивное сопротивление рассеяния од» ной расщепленной обмотки. 3, 4 трансформатора на стороне треугольника, Как известно, сопротивление ха в три раза больше сопротивления обмотки трансформатора х при представлении его схемы замещения в виде звезды х6/3) Вектор тока к.з. в фазе g при не учете подпитки точки к.з. от нагрузки неаварийной секции 8 составляет

X =I с -I

Еа,с +Ес Ъ.

К3с3» а с Ъта, 2 х

Выполняя соответствующие векторные построения (фиг. 4), можно получить

Еа,с. + E =b — ЕЪ,а, — Ес,Ъ,,э линейная и фазная ЭДС на стороне НН.

5 145

Если бы расщепленные обмотки 3 и

4 трансформатора соединялись в треугольник. порознь, то нетрудно убедиться, что ток M.ç. был бы в два раза больше, например .

7059 6

15 чают при этом ограниченный в четы30

Еас-Е 43Ед Е (3)

jx> Зх, х,.

Таким образом, при предлагаемом соединении обмоток трансформатора имеем двухкратное ограничение тока к.з. по сравнению со схемой известной системы.

С.целью определения фазных напряжений на неаварийной (второй) секции

8. обратимся к векторной диаграмме на фиг. 5. Напряжение, например, фа зы неаварийной секции 8 определяется из условия, что при принятбм соединении обмоток 3 и 4 в двойной треугольник режим трехфазного к.з. на первой секции 7 эквивалентен тому, что в треугольнике ЭДС Е, Еа са2 2 1

Е b имеем двухфазное к.з. между фазами с„и Ь, - (U b, О). При этом имеем фазное напряжение U „ неавар

1 5U „ „, причем фаза вектора напряжения не изменяется . Напряжения

Ub „,, и ц „, „„также увеличиваются веавар неавар в 1,5 раза ло сравнению с нормальным значением. Учет влияния неидеальнос" ти расщепления обмоток 3 и 4 трансформатора и нагрузки 9 и 10 показывает, что повышение напряжения на неаварийной секции 8 будет меньше.

Для определения напряжения в режиме к.з. на нагрузках 13 и 14, подключенных пофазно на соответствующие. выводы первой и второй расщепленных обмоток 3 и 4 трансформатора; рас-.смотрим, например, фазу нагрузки 13, присоединенную между фазами а и с трансформатора. Напряжение Пд при трехфазном к.з. в точке К, равйо напряжению фазы с второй секции 8, которое составляет 1,5П „. Поскольку в нормальном режиме к нагрузке 13 и 14 приложено линейное напряжение 43U< имеем небольшое снижение напряжения на нагрузке (на 14X) Аналогичное снижение напряжения происходит и .-на других фазах нагрузок 13 и 14. Уровень снижения напряжения, учитывая его кратковременность, можно считать приемлемым.

Рассмотрим особенности работы предложенной системы электроснабжения при соединении секций 7 и 8 на параллельную работу через выключатель 19.

В этом случае расщепленные обмотки

3 и 4 работают параллельно, что обеспечивает высокое качество электрической энергии. Нормальный режим работы предложенной системы электроснабжения в данном режиме аналогичен параллельной работе расщепленных обмоток трансформатора в традиционных схемах. В режимах к.з. сначала отключается секционный выключатель 19, который должен обладать достаточным,быстродействием. За отключением секционного выключателя 19 наступает режим, о котором уже говорилось. выше. Выключа>О тели 11 и 12 отходящих линий отклюре раза ток по сравнению со случаем сохранения включенного состояния межсекционного выключателя 19.

При объединении на параллельную работу секций 7 и 8 через токоограничивающее устройство в нормальном режиме обеспечивается высокое качество, так как его сопротивление в этом режиме практически равно нулю.

Токоограничивающее.устройство рассчитывается на небаланс нагрузок секций 7 и 8 сборных шин, вследствие чего затраты íà. него невелики. При к.з. на лнии, отходящей, например, от первой секции сборных шин 7 (точка К,), происходит ограничение тока к.s. Если в качестве токоограничивающего.устройства применяется быстродействующее токоограничивающее и коммутирующее устройство, то после прохожденич первой ограниченной полуволны тока к.з. через ноль происжодит разъединение секций 7 и 8 и наступает режим, описанный ранее, Возможно применение в качестве токоограничающего устройства также линейного реактора.

В варианте системы электроснабжения фиг. 6, который предлагается для применения в схемах электрических станциях, две одинаковые синфаэные статорные обмотки 20 и 21 генератора подключены соответственно к обмоткам

3 и 4 повышающего трансформатора.

Каждая из обмоток 3 и 4 трансформатора, рассчитывается на мощность обмотки 20 и 21 генератора.

7 .1 4 570

При к.з. в точке К, ток в месте к,э. складывается из тока от обмотки

20 генератора и тока подпитки со стороны системы 1. В соответствии с проведенным выше анализом ток подпитки от системы 1 ограничен. Вследствие этого ток в месте к.з. будет существенно меньшим.

Допустимо подключение по схеме, 10 изображенной на фиг ° 6, и двух отдельных генераторов, имеющих по одной обмотке на статоре, Желательно при. этом, чтобы в нормальных режимах активные и реактивные мощности этих 15 генераторов быпи равны.

Возможно также соединение однотипных обмоток НН трансформаторов не только в двойной треугольник, но при наличии на подстанции большего числа 2р трансформаторов и обмоток также в тройной и более высокой кратности треугольник. Уровень токоограничения повышается с увеличением кратности соединения обмоток НН. Причем 25 предпочтение в этом случае следует отдать схемам четной кратности, поскольку только в них обеспечивается одинаковый токоограничивающий эффект в трех фазах. Однако системы 30 электроснабжения с соединением по указанному принципу более чем двух обмоток НН вряд ли найдет практичес- . кое применение, поскольку отключение хотя бы одного трансформатора, используемого для выполнения требуемых соединений обмоток, неизбежно приведет к полному развалу в функционировании системы.

Формула изобретения

1. Система электроснабжения, содержащая источник питания, связанный, с нагрузкой и через трехфазный транс- 45 форматор с двумя расщепленными обмотками, имеющий в каждой фазе два вывода низкого и один вывод высокого.напряжения, отличающаяся .

59

8 тем, что, с целью повышения надежности путем ограничения токов короткого замыкания, обе расщепленные обмотки трансформатора соединены в двойной треугольник путем подключения начал фаз одной расщепленной обмотки к концам соответствующих фаэ другой расщепленной обмотки, причем начала фаэ первой расщепленной обмотки трансформатора соединены с первым выводом, а начала фаз второй расщепленной обмотки соединены с вторым выводом низкого напряжения трансформатора °

2. Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с.я тем, что источник питания подключен к выводам высокого на пряжения, а нагрузка — к выводам низкого напряжения трансформатора.

3. Система по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что между одноименными фазами выводов низкого на" пряжения трансформатора включены выключатели.

4. Система по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что,между одноименными фазами выводов низкого напряжения трансформатора включены токоограничивающие устройства.

5. Система по пп. 1-4, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения бесперебойного питания нагрузок при коротких .замыканиях, нагрузки подключены пофазно между пер- выми и вторыми выводами трансформатора параллельно соответствующим фазам первой и второй расщепленных обмоток трансформатора .

6. Система поп. 1, о тл и ч а ющ а я с я тем, что в качестве источника питания использован генератор с двумя синфаэными одинаковыми обмотками на статоре, причем эти обмотки порознь присоединены к двум выводам низкого напряжения трансформатора, а нагрузка подключена к выводам высокого напряжения.

1457059

1457059

Юу 2g

ИфЖ

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 7559/52 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С С".

f13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сгюеаЮ сгмР аг ак ь еа6. Л ЕЬг нори.

Фиг. 5

Составитель К.Фотина

Техред Л.Сердюкова Корректор С Черни