Система электроснабжения — SU 1457059 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКСОЦИАЛИСТИЧЕРЕСПУБЛИК Х 11 4 , Н 02 7 3 / 00 О РЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВ 5 олитехнич книна и В еский инс ,И.Баташо точнотут.Координацияи опт ов короткого зама ких системах. М.,роектироваиию . ких систем. /Под; и И.М.Шапиро. 3-е ис. 4,5 с. 119,А сф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к областиэлектротехники. 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 шинчерез выключатели 11, 12, 15 -:18подключены нагрузки 9, 10, 13, 14.В нормальном режиме секции 7 и 8 ра+ботают раздельно. Ограничение токовкороткого замыкания достигается эасчет схемы соединения обмоток 3 и 4трансформатора. В случае, если секции 7 и 8 объединены через выключа 1457059тель 19 при коротком замыкании в точке К, сначала отключается выключатель 19, а затем ограничение тока короткого замыкания осуществляется 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 жет быть использовано при разработке систем электроснабжения промышленных предприятий и схем выдачи мощности на электростанциях,10Пелью изобретения является повышение надежности путем ограничения токов короткого замыкания.На фиг. 1 показана схема системы электроснабжения; на фиг. 2 - век 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.з. в точке К2.5 на Фиг, б - система электроснабжения для применения на электрических станциях,В состав предлагаемой системы электроснабжения (фиг. 1) 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 35 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 транс 2форматорах с расщепленными обмотками3 и 4 может выполняться внутри бакатрансформатора, В таком случае изменения в конструкции трансформатора минимальны. Возможно выполнение данного соединения и на двух отдельныхтрансформаторах без расщепленных обмоток, но при этом необходимо иметьна крышке бака каждого из трансформаторов начала и концы фазных обмоток,что предусмотрено стандартом, Посколь.ку соединение на трансформаторах срасщепленными 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 обеспечения более надежного электроснабжения может быть подключена между секциями сборных шин 7 и 8 параллельно соответствующим фазам обмоток 3 и 4, В к качестве такой нагрузки может быть понижающий трансформатор б"10/0,4 кВ со схемами соединения ЬУ . 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(2) где ЕЕи Е з14570обмотки 4. Таких нагрузок может бытьнесколько,В предлагаемой системе электроснабжения сеции сборных шин 7 и 8 дляобеспечения высокого качества напряжений могут быть объединены на параллельную работу через коммутирующийаппарат 19 . Им может быть выключатель или токоограничивающее устройство, имеющее в нормальном режиме практически нулевое сопротивление и повышенное в режиме короткого замыкания,На фиг, 3 обозначены сопротивление х 4 рассеяния фазы расщепленной 1 Бобмотки 3 и 4 трансформатора;ЭДС Е 4 с,Ф,СЕас, в Е ЬаЕ с ЬЕсйЬ . ОбмотоК2-4 тРансфоРматоРов, токи 1 а 1 Ь,ТсТаТЬХс нагрузки соответственно первой и второй секций или 207 8 Ф токи 1 а с У 1 Ъ а Ф 1 с Ь соответасУ Ъ,а 1 с 2ствующих фаз первой обмотки 3 ННтрансформатора, токи 1 р с, 1 Ь,а, ХсЬсоответствующих фаэ второй обмотки4 НН трансформатора.25В схемах электрических станций(фиг. 6) две синфазные расщепленныеобмотки 20 и 21 генератора подклю-чаются непосредственно или через вы",:ключатели 22 и 23 к соединенным в . 30двойной треугольник обмоткам 3 и 4трансформатора,Рассматрим нормальные режимы работы предлагаемой системы электроснабжения, когда секции сборных шин 7.и8 работают раздельно (коммутационные аппараты 19 отсутствуют или отключены) . Поскольку обмотки 3 и 4соединены в треугольник, то при одинаковых нагрузках на секциях 7 и 8 40(отсутствует нагрузка 13 и 14) токиас,э Ьа Ьа . с,Ь ф с Ьветствующйх фазах первой 3 и втОрой4 обмоток трансформатора будут одинаковы по величине и в 3 раза меньше соответствующих линейных токов нагрузки 9 и 10 каждой из секций 7 и 8предельном случае несимметрий нагрузок 9 и 10 по секциям 7 и 8 (отключена, например, нагрузка 10 второйсекции 8) токи от нагрузки 9 первойсекции 7 протекают через соответствующие фазы обеих обмоток 3 и 4 трансформатора. Это приводит к увеличению 55падения напряжения на обмотках 2 и 4трансформатора в два раза и к появлению различий напряжений на первойи второй секциях 7 и 8 сборных шин,594При номинальных нагрузках 9 и 10 насекциях 7 и 8 при реальных р у ипри Бк = 10,57. разница в напряженияхна секциях 7 и 8 не превышает 5-87,Ток в фазыых обмотках 3 и 4 трансформатора также не превышает 1/43 отлинейного тока нагрузки секции 7 и 8 .И при других соотношениях нагрузок9 и 10 по секциям 7 и 8 эта величинане превышена,При наличии нагрузок 13 и 14 следует иметь ввиду, что токи нагрузки13 протекают только по фазам обмотки3, а токи нагрузки 14 протекают только по фазам обмотки 4.Рассмотрим аварийный режим к.з.на одной из секций сборных шин, например, в точке К, (фиг. 1 и 3). Придопущении об идеальном расщепленииобмоток 3 и 4 НН трансформатора (индуктивные сопротивления рассеяния Сосредоточены только в обмотках НН) ипри неучете подпитки точки к,з. отнагрузки схему замещения системы можно представить в виде, изображенномна фиг.З где Еа,с =Еа,х, у Еас =ток 3 и 4 трансформатора, х - индуктивное сопротивление рассеяния одной расщепленной обмотки. 3, 4 трансформатора на стороне треугольника,Как известно, сопротивление хд в трираза больше сопротивления обмоткитрансформатора х при представленииего схемы замещения в виде звезды(хт х 6/3) фВектор тока к,з. в фазе ф при неучете подпитки точки к,з. от нагрузки неаварийной секции 8 составляет 1 =1, -1 = - -з.Еа с +Ес Ъкьа а с Ъга, 2 х Выполняя соответствующие векторныепостроения (фиг. 4), можно получить+ Ес Ь - ЕЬ а - Ес,Ьф 3линейная и фазная ЭДС настороне НН.5 145Если бы расщепленные обмотки 3 и 4 трансформатора соединялись в треугольник, порознь, то нетрудно убедиться, что ток х.з, был бы в два раза больше, например . 7059 651015чают при этом ограниченный в четы 30 45Еас-Еъ "ЗЕБР ЕЖ (3)кза1 х 1 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 ЕьаЕа са 2 21 Е Ь имеем двухфазное к.з. между фазами с и Ь,. (ЦЬ, О), При этом имеем фазное напряжение О,иеаеар5 Па р, причем Фаза вектора напряжения не изменяется . Напряжения Ь не в и Цс цеаваатакже увеличиваютсянеаварцеаваав 1,5 раза но сравнению с нормальным значением. Учет влияния неидеальнос" ти расщепления обмоток 3 и 4 трансформатора и нагрузки 9 и 10 показьгвает, что повышение напряжения нанеаварийной секции 8 будет меньше. Дляопределения напряжения в режиме к.з. на нагрузках 13 и 14, подключенных пофазно на соответствующие. выводы первой и второй расщепленных обмоток 3 и 4 трансформаторЫ; рас-." смотрим, например, фазу нагрузки 13, присоединенную между фазами а и с трансформатора. Напряжение Од при трехфазном к.з. в точке К, равйо напряжению фазы с второй секции 8, которое составляет 1,5 П,Р. Поскольку в нормальном режиме к нагрузке 13 и 14 приложено линейное напряжение 43 П,имеем небольшое снижение напряжения на нагрузке (на 147), 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 обмотки3 и 4 работают параллельно, что обеспечивает высокое качество электрической энергии. Нормальный режим работыпредложенной системы электроснабженияв 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 секционноговыключателя 19 наступает режим, о котором уже говорилось, выше. Выключа 20 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 вэтом режиме практически равно нулю,Токоограничивающее,устройство рассчитывается на небаланс нагрузок секций 7 и 8 сборных шин, вследствиечего затраты на, него невелики. При к.з. на лнии, отходящей, например,от первой секции сборных шин 7 (точка К,), происходит ограничение токак.з, Если в качестве токоограничивающего.устройства применяется быстродействующее токоограничивающее икоммутирующее устройство, то послепрохожденич первой ограниченной попуволны 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. 1В 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 570При 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 фиг6, 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 20 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.40Формула изобретения 1. Система электроснабжения, содержащая источник питания, связанный ; с нагрузкой и через трехфазный транс форматор с двумя расщепленными обмотками, имеющий в каждой фазе два вывода низкого и один вывод высокого.напряжения, о т л и ч а ю щ а я с я . 59 8тем, 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 первЬй расщепленной обмотки трансформатора соединены с первым выводом, а начала фаз второй расщепленной обмотки соединены с вторым выводом низкого напряжения трансформатора2. 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 цельюобеспечения бесперебойного питаниянагрузок при коротких .замыканиях, нагрузки подключены пофазно между пер-выми и вторыми выводами трансформатора параллельно соответствующим фазампервой и второй расщепленных обмотоктрансформатора,6. Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве источника питания использован генераторс двумя синфаэными одинаковыми обмотками на статоре, причем эти обмоткипорознь присоединены к двум выводамнизкого напряжения трансформатора,а нагрузка подключена к выводам высокого напряжения.Подписно Ужгород,роизводственно-полиграфическое предприяти Проектна Ср ад" см Заказ 7559/52 Тираж 605 НИИПИ Государственного комитета113035, Москва, Ж изобретениям и открытиям при ГКНТ С"С". Раушская наб., д, й/5