CC BY
16
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.313.126
ФОРМИРОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВОЗДУШНОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ОТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ДЛЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДСТАНЦИЙ
В.М. Степанов, А.Ю. Тимонин
Система охлаждения является важной частью силового трансформатора, эффективность её работы определяет надежность и ресурс работы всей трансформаторной подстанции. Представлен разбор устройства для использования избыточного воздушного теплового потока от силового трансформатора и способ внедрения генерации электрической энергии в данную установку.
Ключевые слова: система охлаждения, силовой трансформатор, устройство для использования избыточного воздушного теплового потока.
Для оценки формирования генерации электрической энергии при использовании воздушного теплового потока от силового трансформатора для собственных нужд электрических подстанций можно использовать исходную структурную схему устройства для использования избыточного воздушного теплового потока. Основными элементами данного устройства являются 1 - объект собственных нужд, 2 - всасывающий вентилятор, 3 - корпус всасывающего вентилятора, 4 - третий общий трубопровод воздушного теплоносителя, 5 - теплоизоляция трубопровода воздушного теплоносителя, 6 - ответвление третьего общего трубопровода воздушного теплоносителя, 7 - обратный клапан, 8 - кожух формирования воздушного теплоносителя, 9 - радиатор охладителей, 10 - вентилятор, 11 - первый трубопровод циркуляции масла, 12 - второй трубопровод циркуляции масла, 13 - насос масляного охлаждения, 14 - силовой трансформатор.
«Устройство (рис. 1) для использования избыточного воздушного теплового потока работает следующим образом. Масло высокой температуры с трех выходов трансформатора поступает на разветвление из трех
входов второго трубопровода циркуляции масла 12, с выхода второго трубопровода циркуляции масла 12, масло высокой температуры поступает к входу радиатора охладителей 9 каждой из групп воздушных охладителей, следовательно, масло высокой температуры, поступая в радиатор охладителей 9, нагревает воздух, поступающий с выхода вентилятора 10, одновременно соединенного с всасывающей воронкой воздушного охлаждения, в каждом воздушном охладителе, и далее нагретый воздухе выхода радиатора охладителей 9 поступает на вход кожуха формирования воздушного теплоносителя 8 в каждом воздушном охладителе, кроме этого, также с выхода радиатора охладителей 9 на вход первого трубопровода циркуляции масла 11 поступает масло невысокой температуры, далее с выхода первого трубопровода циркуляции масла 11 масло невысокой температуры поступает на вход насоса масляного охлаждения 13, с выхода насоса масляного охлаждения 13 масло невысокой температуры поступает на вход силового трансформатора 14 посредством ответвления первого трубопровода циркуляции масла 11, тем самым охлаждая силовой трансформатор, посредством каждого трубопровода циркуляции масла 11 и 12, все радиаторы охладителей 9 каждой из групп воздушных охладителей соединены между собой, далее с выхода кожуха формирования воздушного теплоносителя 8 в каждомвоздушном охладителе, нагретый воздух поступает на вход обратного клапана 7, необходимого для ограничения движения воздуха в обратную сторону, управляемого системой автоматического регулирования (САР) и изолированного теплоизоляцией трубопровода воздушного теплоносителя 5 посредством ответвления третьего общего трубопровода воздушного теплоносителя 6, который изолирован теплоизоляцией трубопровода воздушного теплоносителя 5 в каждом воздушном охладителе, с выхода обратного клапана 7, необходимого для ограничения движения воздуха вобратную сторону, управляемого системой автоматического регулирования (САР) и изолированного теплоизоляцией трубопровода воздушного теплоносителя 5, нагретый воздух поступает на вход устройства всасывающего вентилятора, необходимого для создания перепада давления, обеспечивающий надежную работу обратных клапанов 7, посредством ответвлений третьего общего трубопровода воздушного теплоносителя 6, которые изолированы теплоизоляцией трубопровода воздушного теплоносителя 5 третьего общего трубопровода воздушного теплоносителя 4, который также изолирован теплоизоляцией трубопровода воздушноготеплоносителя 5, где нагретый воздух поступает на вход корпуса 3 устройства всасывающего вентилятора, одновременно соединенного с креплением устройства всасывающего вентилятора, далее с выхода корпуса 3 устройства всасывающего вентилятора, одновременно соединенного с креплением устройства всасывающего вентилятора, нагретый
воздух поступает на вход всасывающего вентилятора 2 устройства всасывающего вентилятора, одновременно соединенного с воронкой устройства всасывающего вентилятора и затем нагретый воздух с выхода всасывающего вентилятора 2 устройства всасывающего вентилятора, одновременно соединенного с воронкой устройства всасывающего вентилятора поступает на вход объектов собственных нужд использования воздушного теплоносителя 1». [1]
3
Рис. 1. Устройство для использования избыточного воздушного теплового потока:1 - объект собственных нужд; 2 - всасывающий вентилятор; 3 - корпус всасывающего вентилятора; 4 - третий общий
трубопровод воздушного теплоносителя; 5 - теплоизоляция трубопровода воздушного теплоносителя; 6 - ответвление третьего общего трубопровода воздушного теплоносителя; 7 - обратный клапан; 8 - кожух формирования воздушного теплоносителя; 9 - радиатор охладителей; 10 - вентилятор; 11 - первый трубопровод циркуляции масла; 12 - второй трубопровод циркуляции масла; 13 - насос масляного охлаждения; 14 - силовой трансформатор
9
Однако недостатком данной структурной схемы (рис. 1) является то, что она не обеспечивает в комплексе как тепловую энергию, так и формирование электрической энергии для собственных нужд электрических подстанций из-за отсутствия генераторов электрической энергии, что обеспечило бы энергоэффективность данного устройства. Исполнительными элементами в данном случае являются: масляный насос для циркуляции масла в системе охлаждения силового трансформатора и всасывающий вентилятор для подачи теплоносителя к объекту собственных нужд.
Для генерации электрической энергии вал насоса и вал вентилятора должны быть жестко соединены с валом генератора электрической энергии. Для обеспечения надежность формирования электрической энергии генератором и унификации исполнительных элементов может быть использован реактивно-вентильный электродвигатель для вращения вала исполнительного элемента и в качестве генератора - реактивно-вентильный генератор. Для питания обмоток возбуждения реактивно вентильных двигателей необходимо иметь блок управления и внешний источник питания, для временного подключения его к обмоткам возбуждения, для их запуска и в дальнейшем перевода работы схемы в автономном режиме с последующим отключением источника питания
Первый вариант реализации данной цели представлен на рис. 2. Он основан на совместной работе насоса масляного охлаждения, реактивно-вентильного генератора и реактивно-вентильного двигателя. Управление этим узлом производится блоком управления.
Вал реактивно-вентильного генератора и вал реактивно-вентильного двигателя жестко соединяем с валом насосной установки масляного охлаждения. Далее выходы реактивно-вентильного генератора и реактивно-вентильного двигателя коммутируем с блоком управления, который необходим для выполнения дистанционного управления питанием реактивно-вентильных установок. Выход с блока управления реактивно-вентильными установками коммутируем с объектом собственных нужд. Внешний источник питанияподключаем к блоку управления.
Второй вариант реализации данной цели представлен на рис. 3. Он основан на совместной работе всасывающего вентилятора, реактивно-вентильного генератора и реактивно-вентильного двигателя. Управление этим узлом также производится блоком управления.
Вал реактивно-вентильного генератора и вал реактивно-вентильного двигателя жестко соединяем с валом крыльчатки устройства всасывающего вентилятора. Далее выходы реактивно-вентильного генератора и реактивно-вентильного двигателя коммутируем с блоком управле-
10
ния, который необходим для выполнения дистанционного управления питанием реактивно-вентильных установок. Выход с блока управления реактивно-вентильными установками коммутируем с объектом собственных нужд. Внешний источник питания подключаем к блоку управления.
Рис. 2. Обновленное устройство для использования избыточного воздушного теплового потока: 1 - объект собственных нужд; 2 - всасывающий вентилятор; 3 - корпус всасывающего вентилятора;
4 - третий общий трубопровод воздушного теплоносителя;
5 - теплоизоляция трубопровода воздушного теплоносителя; 6 - ответвление третьего общего трубопровода воздушного
теплоносителя; 7 - обратный клапан; 8 - кожух формирования
воздушного теплоносителя; 9 - радиатор охладителей; 10 - вентилятор; 11 - первый трубопровод циркуляции масла; 12 - второй трубопровод циркуляции масла; 13 - насос масляного охлаждения; 14 - силовой трансформатор; 15 - вал насоса масляного охлаждения; 16 - реактивно-вентильный двигатель; 17 - реактивно-вентильный генератор; 18 - блок управления; 19 - внешний источник питания
Рис. 3. Обновленное устройство для использования избыточного воздушного теплового потока: 1 - объект собственных нужд; 2 - всасывающий вентилятор; 3 - корпус всасывающего вентилятора;
4 - третий общий трубопровод воздушного теплоносителя;
5 - теплоизоляция трубопровода воздушного теплоносителя; 6 - ответвление третьего общего трубопровода воздушного
теплоносителя; 7 - обратный клапан; 8 - кожух формирования
воздушного теплоносителя; 9 - радиатор охладителей; 10 - вентилятор; 11 - первый трубопровод циркуляции масла; 12 - второй трубопровод циркуляции масла; 13 - насос масляного охлаждения; 14 - силовой трансформатор; 15 - вал крыльчатки устройства всасывающего вентилятора; 16 - реактивно-вентильный двигатель; 17 - реактивно-вентильный генератор; 18 - блок управления;19 - внешний источник питания
Таким образом, обеспечивается формирование генерации электрической энергии и использование воздушного теплового потока от силового трансформатора для собственных нужд электрических подстанций в комплексе.
Список литературы
1. Степанов В.М., Горелов Ю.И., Тимонин Ю.Н. Пат. №128776 на полезную модель. Устройство для использования избыточного воздушного теплового потока от силового трансформатора: Рос. Федерация. Опубл. 27.05.2013.
2. Степанов В.М., Горелов Ю.И., АвдошинВ.С., Пахомов С.Н. Пат. №168624 на полезную модель. Вентильно-реактивный генератор: Рос. Федерация. Опубл. 13.02.2017.
3. Степанов В.М., Горелов Ю.И., АвдошинВ.С., Пахомов С.Н. Пат. №172453 на полезную модель. Вентильно-реактивный генератор: Рос. Федерация. Опубл. 11.07.2017.
4. Степанов В.М., АвдошинВ.С., Анализ основные характеристик вентильно-реактивного электродвигателя, работающего в режиме генератора// Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып.8. С. 181 - 184.
5. Степанов В.М., Тимонин Ю.Н., Обоснование рациональных параметров энергосберегающих электромеханических систем охлаждения силовых трансформаторов для повышения надежности их работы. Автореферат. 2012г.
6. Степанов В.М., АвдошинВ.С., Повышение эффективности функционирования системы рекуперации электрической энергии с реактивно-вентильными электродвигателями в многодвигательных подъемно-транспортных механизмах. Автореферат. 2017г.
7. Степанов В.М., Пахомов С.Н., Повышение эффективности функционирования электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии для собственных нужд газораспределительных объектов. Автореферат. 2018г.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Тимонин Алексей Юрьевич, аспирант, timonin alexe yabk. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE GENERATION OF ELECTRIC ENERGY THROUGH THE USE OF AIR HEAT FLUX FROM THE POWER TRANSFORMER FOR OWN NEEDS OF SUBSTATIONS
V.M. Stepanov, A. Y. Timonin
The cooling system is an important part of the power transformer, its efficiency determines the reliability and service life of the entire transformer substation. An analysis of the device for the use of excess air heat flow from a power transformer and a method for introducing electric energy generation into this installation is presented.
Key words: cooling system, power transformer, device for using excess air heat
flow.
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, energy@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Timonin Alexey Yurievich, postgraduate, timonin alexeyahk.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 62-119
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ
ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
С.В. Котеленко
В статье описаны традиционные и нетрадиционные источники энергии, их преимущества и недостатки, рассмотрены способы получения электроэнергии за счет электромагнитной индукции.
Ключевые слова: электромагнитная индукция, магнит, электроэнергия.
Тенденция роста цен на традиционные способы производства электроэнергии, иссякаемость природных запасов ведёт удорожанию производства и, как следствие, снижению покупательной способности. Существующие способы альтернативного производства электроэнергии не могут полностью удовлетворять растущей потребности населения, а в условиях экономической нестабильности, существенно влиять на сдерживание цен для потребителей.
На сегодняшний день альтернативная энергетика становится все более актуальной.
Среди существующих традиционных способу получения энергии от возобновляемых источников энергии можно отметить основные - ветроэнергетика, солнечная, энергия морских приливов, энергия малых рек. К сожалению, данные способы получения энергии имеют ряд существенных недостатков. Ветрогенераторы работают лишь при наличии ветра, в свою очередь, этот ресурс непостоянен и неуправляем, более того ветряные мельницы негативно влияют на экологию окружающей среды, производят большой шум и занимают значительную территорию, что усложняет территориальный выбор их постройки. Солнечные электростанции зависимы от погодных условий и также занимают значительную часть территории для оптимальной выработки электроэнергии, солнечные батареи требуют поддержания чистоты рабочей поверхности, что ведет к дополнительным тратам на обслуживание. Электростанции приливов и отливов зависимы от близости моря, громоздкие и маломощные.
Чтобы быть конкурентоспособным традиционному способу производства энергии, альтернативный источник должен обладать рядом достоинств:
