Двічі трифазна система електропостачання

Изобретение относится к области электроэнергетики и может найти применение на электрических станциях и подстанциях электрических систем. Известна [1] трижды трехфазная система электроснабжения (ТТС), содержащая основные источники питания, присоединенные совместно с нагрузками к сборным шинам, причем фазные обмотки трех источников питания соединены так, что образуют три тре хфазных соединения, выполненные из трех разноименных обмоток, принадлежащих разным источникам выполняемых с электромагнитной и электрической связью, а система снабжена дополнительными источниками питания, подключенными к сборным шинам. Соединения выводов обмоток подсистем производится со стороны нейтралей и требует применения трех трехфазных выключателей на три подсистемы. Формирование ТТС из трех трехфазных комплектов обмоток, соединенных в три треугольника, может производиться на трех системах сборных шин, что усложняет коммуникацию между выводами трансформаторов, выключателями и сборными шинами. Трудности имеют место при обеспечении электроснабжения крупных цеховы х подстанций. В этом случае необходим подвод трех цепей питающих линий, установка трех трехфазных трансформаторов, трех подсистем сборных шин и сооружения сложной распределительной сети с резервированием от второго аналогичного источника. Недостатком ТТС является громоздкость статора генератора, выполняемого с большим числом обмоток, размещаемых в пазах, что снижает мощность каждой подсистемы, а также необходимость применять три рабочих системы и выделения дополнительного места для установки выключателей со стороны нейтралей. Наиболее близки к заявляемому изобретению схемы с двумя отходящими линиями с использованием генераторов с двумя выходами. Они обладают ограничением токов короткого замыкания (к.з.) при повреждении в системе, но имеют недостаток - при любом повреждении в токопроводе, в обмотках трансформаторов, на сборных шинах, на линиях электропередач все устройство должно быть выведено из работы. Это снижает надежность работы системы электроснабжения, несмотря на то, что вместе с одним генератором используется удвоенное количество оборудования (два токопровода, два трансформатора, две системы сборных шин, два выключателя, две цепи линии электропередач). Такие же трудности будут иметь место в пусковых режимах станции, т.е. при пуске построенной первой очереди станции нужно смонтировать и наладить удвоенное количество оборудования. Задачей изобретения является создание системы электроснабжения, обладающей повышенной устойчивостью параллельной работы генераторов дважды трехфазной системы между собою и с трехфазными подсистемами при повреждениях в любой точке энергосистемы, в которой токи повреждения ограничиваются параметрами элементов схемы, предназначенных для выработки, передачи, распределения и потребления электрической энергии, чем обеспечивается уменьшение динамических и термических воздействий на основное электрооборудование станции и что дает возможность повысить надежность работы электрической станции, надежность электроснабжения потребителей и увеличить срок службы оборудования. Поставленная задача решается тем, что в дважды трехфазной системе электроснабжения, содержащей основной генератор, связанный одними выводами с одной системой сборных шин, а другими выводами - с другой системой сборных шин, а другими выводами - с другой системой сборных шин, не связанных с первой, а также дополнительные генераторы, подключенные к указанным системам сборных шин, согласно изобретению, основной генератор выполнен с двумя обмотками, соединенными друг с другом последовательно, а связь генератора со сборными шинами осуществлена через дополнительно введенные трансформаторы. Кроме того, дважды трехфазная система снабжена вторым основным генератором, соединенным параллельно с первым, выполненным с двумя обмотками, соединенным друг с др угом последовательно. Кроме того, она снабжена, по меньшей мере, одним коммутационным аппаратом; соединяющим в одну точку общие выводы обмоток, по меньшей мере, одного генератора. Кроме того, связь между системами сборных шин осуществлена на подстанции, которая через электропередачи подключена к указанным системам сборных шин. Совокупность существенных признаков изобретения дает возможность конструктивно улучшить реализацию ДТС и добиться облегченных режимов в аварийных ситуациях. ДТС с генератором, подключенным к двум блочным трансформаторам, обладает повышенной устойчивостью параллельной работы генераторов при повреждениях в системе. Это происходит за счет того, что при трехфазных коротких замыканиях (к.з.) на первой системе сборных шин, напряжение второй системы сборных шин возрастает и электромагнитная связь между генераторами ДТС и трехфазными генераторами, подключенными ко второй системе сборных шин усиливается. При этом результирующий момент на валах турбин и генераторов не уменьшается, что положительно влияет на устойчивость. Конфигурация соединения всех элементов сети и нагрузки такая, что при аварийных режимах сопротивление нагрузки неповрежденной подсистемы ограничивает ток к.з., чем уменьшает динамические и термические воздействия до 50 крат по сравнению с повреждениями в трехфазных системах. Подключение коммутационного аппарата в точке соединения двух последовательных обмоток статора генератора дает возможность перевести блок два генератора - два трансформатора в режим двух трехфазных подсистем, за счет соединения в одну точку общи х выводов обмоток. При таком соединении обмоток генераторов остается электродинамическая связь между подсистемами, подключенными к сборным шинам и повышается устойчивость параллельной работы генераторов. Кроме этого, наличие коммутационного аппарата при некоторых повреждениях элементов цепи, (например, линий электропередач, высоковольтного выключателя, токопровода) дает возможность вывести из работы одну из подсистем с поврежденным элементом. Вторая подсистема может оставаться в работе при включенном коммутационном аппарате, выдавая половину мощности ДТС. Применение ДТС позволяет улучши ть протекание электродинамических и электромагнитных процессов, за счет того, что в контуре короткого замыкания остается сопротивление нагрузки неповрежденной подсистемы, изменяя периодическую и апериодическую составляющие тока повреждения. Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено: Фиг. 1. Принципиальная схема ДТС, собранная из двух параллельных генераторов, включенных между системами сборных шин, и двух трехфазных генераторов в однолинейном изображении. Фиг. 2. Принципиальная схема электрической станции ДТС из двух блоков два генератора - два трансформатора и двух трехфазных блоков генератор - трансформатор в однолинейном изображении. Фиг. 3. Принципиальная схема подключения коммутационного аппарата к обмоткам генератора для перевода ДТС в режим двух трехфазных подсистем в однолинейном изображении. Фиг. 4. Принципиальная схема подключения ДТС к трехфазной подстанции транзитной линии в однолинейном изображении. Принципиальная схема дважды трехфазной системы (фиг. 1) собрана на базе двух основных синхронных генераторов с двумя обмотками 1, 2 и 3, 4, соединенных последовательно, выводы начал обмоток 1 и 3, 2 и 4 через выключатели 5, 6 подключены к первой системе сборных шин 7 и второй системе сборных шин 8, к которым через выключатели 9, 10 подключены нагрузки 11 и 12, а через выключатели 13 и 14 подключены линии 15 и 16. Кроме основных генераторов к сборным шинам 7 и 8 подключены трехфазные генераторы 17 и 18 через выключатели 19 и 20. На фиг. 2 представлена схема электрической станции с двумя основными генераторами (по фиг. 1) с блочными трансформаторами 21 и 22, образующими блок два генератора - два трансформатора, с дополнительными генераторами с последовательно соединенными обмотками 23, 24 и 25, 26, также соединенными между собою параллельно. Начала и концы обмоток 23, 25 подключены к обмотке генераторного напряжения, трансформатора 27, а концы обмоток 23 и 26, подключены к обмотке генераторного напряжения трансформатора 28. Трехфазные генераторы 17 и 18 подключены к своим блочным трансформаторам 29 и 30, образуя трехфазные блоки генератор - трансформатор Г-Т - 17, 29 и Г-Т - 18, 30. Оба блока ДТС, образованные из двух генераторов и двух трансформаторов, подключены к шинам 7 и 8 с помощью выключателей 31, 32 и 33, 34. На фиг. 3 к точке соединения конца обмотки 1 и начала обмотки 2 первого основного генератора присоединен трехфазный коммутационный аппарат 35, а к концу обмотки 3 и к началу обмотки 4 основного генератора присоединен трехфазный коммутационный аппарат 36. Каждый из коммутационных аппаратов во включенном состоянии соединяет в общую точку выводы всех трех фаз обмоток обоих генераторов. При этом общая точка последовательных обмоток 1, 2 и 3, 4 является нейтральной точкой двух трехфазных подсистем. На фиг. 4 приведена ДТС с двумя основными генераторами, выполненная по фиг. 3, в которой от сборных шин 7 и 8 отходят линии электропередач 37 и 38 к шинам 39 подстанции, к которой подключена транзитная линия системы. Рассмотрим работу ДТС и отдельных ее элементов в нормальных и аварийных режимах в схеме, приведенной на фиг. 1. Включение и отключение источников и потребителей производится выключателями 5 и 6, 9, 10, 13, 14, 19 и 20. При отключенных выключателях 19 и 20 и одинаковых режимах работы генераторов с обмотками 1, 2 и 3, 4, в каждой из последовательных обмоток с одинаковым числом витков, равных половине числа витков обмоток статоров наводятся одинаковые ЭДС. Суммарная ЭДС статоров прикладывается к сборным шинам 7 и 8, а на равных эквивалентных сопротивлениях нагрузок обеих подсистем выделяются равные напряжения последовательных обмоток. При уменьшении эквивалентного сопротивления одной из нагрузок напряжение на ней уменьшится, а на втором эквивалентном сопротивлении нагрузки напряжение возрастет. При уменьшении этого эквивалентного сопротивления до нуля напряжение на этих шинах станет равным нулю, а напряжение на большем сопротивлении увеличится до двухкратного значения. Ток во втором эквивалентном сопротивлении нагрузки и в последовательных обмотках 1, 2 и 3, 4 возрастет в два раза, считая, что ЭДС обмоток не изменилась. Это будет режим трехфазного к.з. на выводах одной из подсистем ДТС или на выводах эквивалентной нагрузки. Для обеспечения нормального режима нагрузок при изменении их эквивалентных сопротивлений к сборным шинам 7 и 8 выключателями 19 и 20 подключаются трехфазные генераторы 17 и 18, соизмеримые по мощности с генераторами ДТС. При трехфазном к.з. на одной из систем ДТС, т.е. при закорачивании сопротивления одной из подсистем, ко второй нагрузке всей подсистемы прикладывается напряжение обмотки статора, которое остается равным номинальному. Между обмоткой статора и трехфазным генератором, а также между обмоткой статора и трехфазной системой протекает уравнительный ток, который вместе с возросшим током нагрузки приводит к снижению напряжения на сборных шинах неповрежденной подсистемы до (1.25-1.3)Uн. Процесс рассмотрен для случая отключенной системы автоматического регулятора возбуждения (АРВ). Наличие на генераторах ДТС быстродействующей системы АРВ облегчит аварийный режим. На фиг. 2 приведена схема станции ДТС, в которой для увеличения выдаваемой потребителям мощности подключается дополнительный источник из двух генераторов, с последовательно соединенными обмотками 23, 24 и 25, 26. Выключателями 19 и 20 трехфазные блоки и выключателями 31 и 32, 33 и 34 блоки два генератора два трансформатора могут включаться и выключаться из работы. Известно, что при внезапном к.з. в электромагнитной системе ток повреждения состоит из периодической и апериодической составляющих, зависящих о т параметров цепи и момента времени. Первая составляющая тока ДТС является синусоидальной функцией, а вторая - экспонентой. Из-за высокого коэффициента мощности нагрузки неповрежденной подсистемы экспонента быстро затухает и через 180° ее величина снижается до 1,52%, т.е. практически не оказывает влияния на величину тока к.з. Сравнение амплитуд ударных значений токов к.з. при повреждениях на шинах тре хфазной системы и дважды трехфазной подсистемы, показывает, что в тре хфазной системе это значение достигает 20 кратной величины, а при тех же мощностях и условиях в ДТС при к.з. на одной из систем сборных шин ток к.з. возрастает до 2,85 тока нагрузки. Это показывает, что амплитуда тока в ДТС меньше, чем в трехфазной системе в 7 раз, а динамическая и термическая нагрузки меньше во много раз (пренебрегая влиянием параметров синхронного генератора, влиянием на них действия АРВ, влиянием емкостей линий электропередачи и др.). При совместной работе блоков два генератора - два трансформатора, подключенных к шинам 7, 8 и трехфазных блоков Г-Т - 17, 29 и Г-Т - 18, 30 суммарный ток к.з. при повреждении на сборных шинах одной из подсистем, определяется токами обеих групп генераторов ДТС и трехфазных систем (ТС). Существенно отличаются электромагнитные процессы в трехфазных и дважды трехфазных системах. Известно, что в трехфазной системе при трехфазном к.з. на шинах, напряжение в месте повреждения снижается до нуля. Электромагнитная связь между трехфазными генераторами и с системой также снижается до нуля. Выдача мощности потребителям и в систему прекращается, на валах турбин и генераторов тормозной момент резко снижается, а избыточный момент из-за отсутствия тормозного момента, приводит к возрастанию скорости вращения валов турбин и генераторов. Появляется опасность нарушения синхронной работы генераторов на станции. В дважды трехфазной системе при появлении трехфазного к.з. на шинах одной из подсистем, например на шинах 7, напряжение снижается до нуля, синхронная работа блока генератор-трансформатор Г-Т - 17, 29 нарушается. Напряжение на неповрежденной системе сборных шин 8 возрастает, что приводит к возрастанию потребления мощности нагрузкой и перетоку между ДТС и блоком генератор-трансформатор Г-Т - 18, 30, а также между ДТС и системой. Это приводит к снижению напряжения на шинах 8 и к увеличению связи между блоком ГТ - 18, 30. После отключения места повреждения напряжение на шинах 7 возрастает и восстанавливается напряжение на шинах станции и подсистема ДТС синхронизуется с трехфазным блоком генератортрансформатор Г-Т - 17, 29. При повреждении блока ДТС в зоне дифференциальной защиты, например, между трансформатором 21 и выключателем 31, блок отключается с двух сторон выключателями 31 и 32. На фиг. 3 приведена схема ДТС, в которой к общим точкам соединения обмоток 1, 2 присоединен трехфазный коммутационный аппарат 35, предназначенный для соединения в одну общую точку выводов обмоток всех трех фаз. Эта общая точка является нейтральной точкой двух тре хфазных подсистем. При включении коммутационного аппарата 35 ДТС переводится в режим двух трехфазных подсистем, мощность которых равна половине мощности каждого блочного трансформатора 21 и 22. При включении второго коммутационного аппарата 36, подключенного к общей точке обмоток 3, 4 в режим двух трехфазных подсистем переводится ДТС второго генератора. При включении двух коммутационных аппаратов 35 и 36 двух ДТС делится на 4 подсистемы и попарно подключается к обмоткам генераторного напряжения трансформаторов 21 и 22, которые передают мощность на сборные шины 7 и 8. Наличие двух коммутационных аппаратов 35 и 36 дает возможность перевести в режим двух тре хфазных подсистем любой из генераторов или их оба одновременно. При включении одного коммутационного аппарата один генератор переводится в режим двух тре хфазных подсистем, в которой каждая подсистема подключена к своей системе сборных шин, а второй генератор находится в режиме ДТС, что обеспечивает при аварии ограничение токов к.з. При включении двух коммутационных аппаратов каждая из подсистем выдает мощность на свои сборные шины. Каждая обмотка статора обеспечивает электромагнитную связь между подсистемами и демпфирует колебания мощности одной подсистемы относительно другой, обеспечивая при этом повышение устойчивости параллельной работы трехфазных источников, подключенных к сборным шинам 7 и 8. На фиг. 4 приведена принципиальная схема подключения ДТС к шинам трехфазной подстанции транзитной линии. Эта станция выдает мощность потребителям со своих сборных шин, от которых по двум линиям 37 и 38 электроэнергия передается на шины подстанции 39. Наличие двух вы ходов блока два генератора - два трансформатора со свойствами ограничения токов, присущими ДТС требует подключения к шинам подстанции 39 обеих цепей линий 37 и 38. В точке подключения этих линий напряжение обращается в трехфазное, что позволяет передавать в систему полную мощность станции ДТС. Наличие этих двух линий 37 и 38, отходящи х от шин ДТС изменяет электромагнитные процессы. При повреждении любой из подсистем или сборных шин станции, ток к.з. последовательно обтекает линии 37 и 38, являющиеся элементами контура короткого замыкания, что частично ограничивает величину тока короткого замыкания.