RU2012986C1

RU2012986C1 - Converter substation

Info

Publication number: RU2012986C1
Application number: SU5008050/07A
Authority: RU
Inventors: В.А. Денисов; В.В. Терлецкий; А.В. Виноградов
Original assignee: Денисов Виктор Алексеевич
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1994-05-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: invention can be employed for power supply of industrial plants such as aluminium production enterprises. Converter substation includes three-phase power transformer 1 with controlled secondary voltage and converter transformers 2, 3 connected to secondary winding of power transformer 1. Each converter transformer has mains 4, control 5 and valve 6 windings. Start of each winding of phase of control winding is coupled to start of winding of another phase of mains winding and finish of this winding of phase of control winding is linked to finish of winding of third phase of mains winding. EFFECT: enhanced operational efficiency and stability of converter substation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательным подстанциям большой мощности для питания промышленных производств, например, подстанциям алюминиевых заводов. The invention relates to electrical engineering, in particular to converter substations of high power for powering industrial plants, for example, substations of aluminum plants.

Известна преобразовательная подстанция [1] , содержащая трехфазный силовой трансформатор с регулируемым вторичным напряжением и несколько преобразовательных трансформаторов, которые подключены ко вторичной обмотке силового трансформатора. Каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую и вентильную обмотки, при этом обмотки силового и преобразовательных трансформаторов соединены по схеме "звезда" или "треугольник". В такой преобразовательной подстанции регулирование напряжения осуществляется за счет силового трансформатора, при этом, из-за того, что схемы соединения обмоток "звезда" и "треугольник", фазность выпрямления, достигаемая как в одной подстанции, так и на совокупности из нескольких таких подстанций, не может быть больше 12. При мощностях подстанций более 100МВА такая фазность недостаточна, поскольку не позволяет уложиться в требования ГОСТов в отношении величины коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети. Known converter substation [1], containing a three-phase power transformer with adjustable secondary voltage and several converter transformers that are connected to the secondary winding of the power transformer. Each converter transformer contains mains and valve windings, while the windings of the power and converter transformers are connected in the form of a "star" or "triangle". In such a converter substation, the voltage is regulated by a power transformer, and due to the fact that the star and delta windings are connected, the rectification phase achieved both in one substation and in a combination of several such substations, cannot be more than 12. With substation capacities of more than 100 MVA, such a phase pattern is insufficient, since it does not allow meeting the requirements of GOSTs with respect to the value of the coefficient of non-sinusoidality of the supply network voltage.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является преобразовательная подстанция [2] , содержащая трехфазный силовой трансформатор с регулированием вторичного напряжения и несколько преобразовательных трансформаторов, подключенных ко вторичной обмотке силового трансформатора; каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую, регулировочную и вентильную обмотки, причем каждая обмотка фазы регулировочной обмотки соединена с двумя обмотками фаз сетевой обмотки таким образом, что начало каждой обмотки фазы регулировочной обмотки соединены с концом обмотки той же фазы сетевой обмотки, а конец этой обмотки фазы регулировочной обмотки соединен с началом обмотки другой фазы сетевой обмотки. Closest to the proposed technical solution is a conversion substation [2], containing a three-phase power transformer with regulation of the secondary voltage and several converter transformers connected to the secondary winding of the power transformer; each converter transformer contains network, control and valve windings, and each winding of the phase of the regulating winding is connected to two phase windings of the network winding so that the beginning of each winding of the phase of the regulating winding is connected to the end of the winding of the same phase of the network winding, and the end of this winding is the phase of the regulating windings connected to the beginning of the winding of another phase of the network winding.

Эта подстанция в сравнении с [1] позволяет более точно регулировать выпрямленное напряжение подстанции как за счет силового, так и за счет преобразовательных трансформаторов. Однако, этому техническому решению присущ тот же недостаток, что и решению [1] , а именно - невозможность повышения фазности выпрямления более 12 и, соответственно, большая величина коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети. This substation in comparison with [1] allows you to more accurately regulate the rectified voltage of the substation due to both power and converter transformers. However, this technical solution has the same drawback as the solution [1], namely, the impossibility of increasing the phase rectification of more than 12 and, accordingly, the large value of the coefficient of non-sinusoidality of the supply voltage.

Целью данного изобретения является устранение указанного недостатка, а именно: снижение величины коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети. The aim of this invention is to eliminate this drawback, namely: reducing the magnitude of the coefficient of non-sinusoidality of the voltage of the supply network.

Указанная цель достигается тем, что в преобразовательной подстанции, содержащей трехфазный силовой трансформатор с регулированием вторичного напряжения и несколько преобразовательных трансформаторов, подключенных ко вторичной обмотке силового трансформатора, где каждый преобразовательный трансформатор содержит сетевую, регулировочную и вентильную обмотки, причем каждая обмотка фазы регулировочной обмотки соединена с двумя обмотками фаз сетевой обмотки, фазы регулировочной обмотки соединить с началом обмотки другой фазы сетевой обмотки, а конец этой обмотки фазы регулировочной обмотки соединить с концом обмотки третьей фазы сетевой обмотки. This goal is achieved by the fact that in the converter substation containing a three-phase power transformer with secondary voltage regulation and several converter transformers connected to the secondary winding of the power transformer, where each converter transformer contains a network, control and valve windings, and each phase winding of the regulation winding is connected to two windings of the phases of the network winding, the phases of the adjustment winding are connected to the beginning of the winding of another phase of the network windings, and the end of this winding of the phase of the regulating winding is connected to the end of the winding of the third phase of the network winding.

Необходимость и достаточность предложенного, с точки зрения достижения цели, подтверждается следующим. В прототипе обмотки силового и преобразовательного трансформаторов соединены по схемам "Звезда" и "треугольник". Предлагаемое же соединение сетевой и регулировочной обмоток преобразовательных трансформаторов позволяет получить в каждом из них схему соединения "треугольник", три стороны которого образованы обмотками фаз сетевой обмотки, а остальные три - обмотками фаз регулирорвочной обмотки. При изменении числа подключенных регулировочных витков в такой схеме одновременно меняется угол фазового сдвига между фазными и линейными напряжениями. The necessity and sufficiency of the proposed, from the point of view of achieving the goal, is confirmed by the following. In the prototype, the windings of the power and converter transformers are connected according to the "Star" and "triangle" circuits. The proposed connection of the network and control windings of the transformer transformers makes it possible to obtain a “triangle” connection circuit in each of them, the three sides of which are formed by the phase windings of the network winding, and the other three by the phase windings of the regulating winding. When changing the number of connected adjustment coils in such a circuit, the angle of the phase shift between phase and linear voltages simultaneously changes.

Схема позволяет достигнуть практически любого угла сдвига по фазе между линейными и фазными напряжениями, требуемого для повышения фазности выпрямления. Это осуществляется за счет следующего: в преобразовательных трансформаторах выполняют такое число витков регулировочной обмотки, которое необходимо для получения нужного угла сдвига по фазе, при этом изменении коэффициента трансформации преобразовательных трансформаторов компенсируется регулированием напряжения силового трансформатора. The circuit allows you to achieve almost any phase angle between linear and phase voltages required to increase the phase rectification. This is due to the following: in converter transformers, such a number of turns of the adjustment winding is performed that is necessary to obtain the desired phase angle, while changing the transformation coefficient of the converter transformers is compensated by regulating the voltage of the power transformer.

Получение практически любого угла фазового сдвига позволяет повысить фазность выпрямления как самой подстанции (выполняя фазовый сдвиг на половине трансформаторов в одну сторону, а на другой половине - в другую), так и на совокупности нескольких подстанций, подключенных к одной питающей сети за счет установки на каждой из них своего, отличного от других, угла фазового сдвига. Таким образом, предлагаемое решение позволяет в 2 раза повысить фазность выпрямления и, соответственно, ≈ в 2 раза снизить величину коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети одной подстанции. При наличии же нескольких подстанций, подключенных к одной питающей сети, коэффициент несинусоидальности напряжения питающей сети может быть снижен в несколько раз. Obtaining almost any phase shift angle makes it possible to increase the phase rectification of the substation itself (performing phase shift on half of the transformers in one direction, and on the other half in the other), and on the totality of several substations connected to one mains supply by installing on each of them its own, different from others, angle of phase shift. Thus, the proposed solution allows 2 times to increase the phase rectification and, accordingly, ≈ 2 times to reduce the value of the coefficient of non-sinusoidality of the voltage of the supply network of one substation. If there are several substations connected to the same supply network, the coefficient of non-sinusoidality of the voltage of the supply network can be reduced several times.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразовательной подстанции. Она содержит силовой трансформатор 1 с регулированием напряжения и два преобразовательных трансформатора 2 и 3, подключенных ко вторичной обмотке силового трансформатора. The drawing shows a schematic diagram of a converter substation. It contains a power transformer 1 with voltage regulation and two converter transformers 2 and 3 connected to the secondary winding of the power transformer.

Каждый из преобразовательных трансформаторов 2 и 3 содержит сетевую обмотку 4, регулировочную обмотку 5 и вентильную обмотку 6, причем последняя состоит из двух частей 7 и 8, соединенных соответственно в "звезду" и "треугольник". Каждая часть вентильной обмотки подключена к своему мостовому выпрямителю, а выпрямители соединены с нагрузкой. Each of the transformer transformers 2 and 3 contains a network winding 4, an adjustment winding 5 and a valve winding 6, the latter consisting of two parts 7 and 8, connected respectively in a "star" and "triangle". Each part of the valve winding is connected to its bridge rectifier, and the rectifiers are connected to the load.

Сетевая обмотка 4 имеет три обмотки фаз 9, 10, 11, расположенные соответственно на первом, втором, третьем стержнях магнитопровода. Регулировочная обмотка 5 имеет три обмотки фаз 12, 13, 14, расположенные на соответствующих стержнях. Каждая из обмоток фаз регулировочной обмотки соединена с двумя обмотками фаз сетевой обмотки таким образом, что начало обмотки фазы регулировочной обмотки соединено с началом обмотки другой фазы сетевой обмотки, а конец этой обмотки фазы регулировочной обмотки соединен с концом обмотки третьей фазы сетевой обмотки. Так, например, обмотка фазы 12 своим началом (верх) соединена с началом обмотки фазы 10, а концом (выход на переключающее устройство, обозначенное стрелками) с концом обмотки фазы 11. The network winding 4 has three windings of phases 9, 10, 11 located respectively on the first, second, third rods of the magnetic circuit. The adjustment winding 5 has three phase windings 12, 13, 14 located on the respective rods. Each of the windings of the phases of the regulating winding is connected to two windings of the phases of the network winding so that the beginning of the winding of the phase of the regulating winding is connected to the beginning of the winding of another phase of the network winding, and the end of this winding of the phase of the regulating winding is connected to the end of the winding of the third phase of the network winding. So, for example, the winding of phase 12 with its beginning (top) is connected to the beginning of the winding of phase 10, and the end (output to the switching device indicated by arrows) with the end of the winding of phase 11.

Преобразовательная подстанция функционирует следующим образом. Поскольку части 7, 8 вентильной обмотки 6 преобразовательных трансформаторов имеют схемы соединения "звезда" и "треугольник", то каждый преобразовательный трансформатор обеспечивает 12-фазное выпрямление. Converter substation operates as follows. Since parts 7, 8 of the valve coil 6 of the transformer transformers have star and delta connection schemes, each transformer transformer provides 12-phase rectification.

Число подключенных витков регулировочной обмотки выбирается из условия обеспечения (например удвоения) фазности выпрямления на подстанции до 24 и обеспечения соответствующего угла фазового сдвига, например, равного 7,5 эл. градусов. The number of connected turns of the control winding is selected from the condition of ensuring (for example, doubling) the phase rectification at the substation up to 24 and providing the corresponding phase shift angle, for example, equal to 7.5 el. degrees.

В рассматриваемом случае, как видно из чертежа, вводы А, В. С, преобразовательного трансформатора 2 подключены к фазам, соответственно, А, В, С сети, а вводы А, 0 В, С преобразовательного трансформатора 3 - к фазам, соответственно С, В, А сети. Известно, что такое подключение позволяет в одном трансформаторе получить положительный сдвиг по фазе, а в другом - отрицательный и обеспечить таким образом относительный фазовый сдвиг на 15 эл. градусов. Такой относительный фазовый сдвиг приведет к удвоению фазности выпрямления до 24 и соответственному снижению ( в 2 раза) коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети. In this case, as can be seen from the drawing, the inputs A, B. C, the transformer 2 are connected to the phases, respectively, A, B, C of the network, and the inputs A, 0 B, C of the transformer 3 are connected to the phases, respectively, B, A network. It is known that such a connection makes it possible to obtain a positive phase shift in one transformer and a negative phase shift in another, and thus provide a relative phase shift of 15 e. degrees. Such a relative phase shift will lead to a doubling of the phase rectification to 24 and a corresponding decrease (by 2 times) of the non-sinusoidality coefficient of the supply voltage.

Настройка подстанции проводится следующим образом. The substation is configured as follows.

Устройства регулирования напряжения (РПН) устанавливаются в такое положение, при котором преобразовательные трансформаторы обеспечивают необходимый угол сдвига по фазе. Подгонка же выходного выпрямленного напряжения на нагрузке производится за счет регулирования напряжения силовым трансформатором. Voltage regulation devices (on-load tap-changers) are installed in such a position that the converter transformers provide the necessary phase angle. The adjustment of the output rectified voltage at the load is made by regulating the voltage with a power transformer.

Необходимо оговориться, что величина необходимого угла фазового сдвига, обеспечиваемого одним преобразовательным трансформатором, определяется требуемой фазностью выпрямления, а также числом преобразовательных подстанцией, подключенных к одной сети. Например, при наличии четырех подстанций, питаемых от одной сети, и обеспечении одним преобразовательным трансформатором 12-фазного выпрямления возможны следующие варианты выполнения подстанций:
а) все преобразовательные трансформаторы одной подстанции имеют одинаковый угол к сети, образованной вторичной обмоткой силового трансформатора, их подключают также одинаково. При этом на одной подстанции выполняют, например, фазовый сдвиг 3,75^о, на второй - 3,75^о, на третьей - 11,25^о, на четвертой - минус 11,25^о. Суммарная фазность выпрямления при этом на четырех подстанциях становится равной 48 при фазности выпрямления одной подстанции 12;
б) преобразовательные трансформаторы подключены таким образом, чтобы в половине из них иметь положительный угол сдвига по фазе, а в другой половине - отрицательный. При этом углы фазового сдвига на подстанциях выполняют, например, равными: первой - 1,875^о, второй 5,625^о, третьей - 9,375^о, четвертой - 13,125^о.It is necessary to make a reservation that the magnitude of the required phase shift angle provided by one converter transformer is determined by the required phase rectification, as well as by the number of converter substations connected to one network. For example, in the presence of four substations powered from one network, and providing one 12-phase rectifier with one converter transformer, the following versions of the substations are possible:
a) all converter transformers of one substation have the same angle to the network formed by the secondary winding of the power transformer, they are also connected in the same way. Thus in one substation operates, for example, a phase shift of ^about 3.75, the second - ^about 3.75, the third - ^on 11,25, on the fourth - minus ^about 11.25. The total phase rectification in this case at four substations becomes equal to 48 with the phase rectification of one substation 12;
b) converter transformers are connected in such a way that in half of them have a positive phase angle, and in the other half, a negative angle. The angles of the phase shift at the substations is performed, for example, equal to: first - ^about 1.875, 5.625 ^on the second, third - ^about 9.375, fourth - ^about 13,125.

В результате на совокупности подстанций (в точке подключения их к питающей сети) достигается 96-пульсное выпрямление при фазности выпрямления на одной подстанции 24. Увеличение фазности с 12 до 96, т. е. в 8 раз позволяет (в соответствующее число раз) снизить величину коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети. As a result, on the aggregate of substations (at the point of their connection to the supply network), 96-pulse rectification is achieved with phase rectification on one substation 24. Increasing the phase from 12 to 96, i.e., by 8 times, allows (in the corresponding number of times) reduction coefficient of non-sinusoidality of the supply voltage.

Необходимо оговориться, что в настоящее время энергосистемы налагают штрафные санкции за превышение допустимого значения коэффициента несинусоидальности напряжения питающей сети. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано на этих заводах путем пересоединения обмоток в преобразовательных трансформаторах. It should be noted that currently power systems impose penalties for exceeding the permissible value of the coefficient of non-sinusoidality of the supply voltage. The proposed technical solution can be implemented at these plants by reconnecting the windings in the transformer transformers.

Claims

A CONVERTER SUBSTANCE, comprising a three-phase power transformer with adjustable secondary voltage and several converter transformers that are connected to the secondary winding of the power transformer, each converter transformer contains a network, control and valve windings, and each phase winding of the control winding is connected to two phase windings of the network winding, different the fact that, in order to reduce the coefficient of non-sinusoidality of the supply voltage, the beginning of each skeins phase regulating winding is connected to the start winding of another phase AC winding, and the end of the winding phase regulating winding connected to the winding end of third phase AC windings.