Регулирование напряжения изменением коэффициента трансформации трансформаторов
Городские и сельские распределительные сети напряжением 6—10 кВ, как правило, оборудованы трансформаторами небольшой мощности (до 400—630 кВ·А), у которых коэффициент трансформации в пределах ±5% изменяется переключением ответвлений обмотки ВН при отключенном от сети трансформаторе, т. е. без возбуждения трансформатора (ПБВ). Поэтому коэффициент трансформации этих трансформаторов изменяют только либо при изменении схемы электроснабжения, либо при переходе от сезонных максимальных нагрузок к минимальным и наоборот, т. е. осуществляется сезонное регулирование. Суточное регулирование напряжения в этих сетях возлагается на ЦП. Надлежащий коэффициент трансформации на длительный сезонный период выбирают, исходя из уровня напряжения на шинах ЦП и потери напряжения в распределительной сети.
Для обеспечения централизованного суточного регулирования напряжения на подстанциях, питающих распределительные сети, устанавливают трансформаторы с РПН, переключение ответвлений у которых производится без перерыва электроснабжения потребителей. Трансформаторы снабжаются аппаратурой автоматического регулирования — регуляторами напряжения, которые входят в комплектную поставку. Регуляторы напряжения могут быть настроены как для осуществления встречного регулирования (с компаундированием током нагрузки измерительного органа регулятора), так и для стабилизации напряжения на заданном уровне.
Встроенные регулировочные устройства в трансформаторах напряжением 35—330 кВ размещаются в нейтрали обмоток ВН. Диапазон регулирования напряжения ± 12% или ±16% номинального напряжения, ступенями по 1,5 или 1,78%. Трехобмоточные трансформаторы 110 и 220 кВ изготовляются с РПН только на обмотке ВН, а обмотка СН имеет ответвления для изменения коэффициента трансформации ±2 X 2,5% UH, переключаемые без возбуждения трансформатора (ПБВ). Поэтому в тех случаях, когда характеры суточных графиков нагрузки на НН и СН неодинаковы, последовательно с обмоткой СН включают линейные регулировочные автотрансформаторы.
В качестве примера на рис. 1 приведена схема регулирования напряжения для трансформатора 110 кВ с диапазоном регулирования ±16% номинального напряжения.
Рис. 1. Схема регулирования напряжения трансформатора с РПН (для одной фазы)
Обмотка ВН трансформатора состоит из нерегулируемой части обмотки Аb, ступени грубой регулировки bc и регулировочной обмотки de из 9 ступеней. Каждая ступень регулировочной обмотки содержит 1,78% витков общего числа витков обмотки Ас. Ступень грубого регулирования по числу витков равноценна регулировочной обмотке.
В положении, изображенном на схеме (рис. 1), трансформатор работает на втором ответвлении, т. е. с высоким коэффициентом трансформации: кроме нерегулируемой части обмотки, включены ступень грубой регулировки и 8 ступеней регулировочной обмотки. Избиратель нечетных ступеней находится в положении 1, током не обтекается и готов к переходу на новую ступень. При получении команды снизить коэффициент трансформации (движение избирателей по стрелкам) избиратель начинает переход со ступени 1 на ступень 3. Одновременно контактор получает импульс на подготовку к переключению с К2 на К1, аккумулируя энергию в пружине. После перехода избирателя в положение 3 пружина почти мгновенно (≤0,15 с) перебрасывает контактор с К2 на К1. Ток нагрузки в процессе переключения контактора проходит через активное сопротивление R2, а витки 2—3 регулируемой обмотки замыкаются через R1 + R2.
В новом положении избиратель четных ступеней без тока и готов к переходу на другую ступень, а контактор к переходу на К2.
При дальнейшем снижении коэффициента трансформации процесс протекает аналогично описанному, пока избиратели не достигнут положений 9 и 10. В этом состоянии трансформатор будет работать с основным коэффициентом трансформации (т. е. на ответвлении ± 0%). Затем в процессе дальнейшего снижения коэффициента трансформации избиратель нечетных ступеней с 9 перейдет в положение 1, контактор в положение К1, а переключатель замкнет контакты 11—12. Ступень грубого регулирования из работы будет исключена, а вся регулировочная обмотка de будет подключена непосредственно к нерегулируемой части Аb. После этого следует новое прохождение каждого избирателя в означенном на рисунке направлений до полного исключения из работы витков регулировочной обмотки (ответвление —16%).
При увеличении коэффициента трансформации переключения будут идти в обратном порядке.
Трехобмоточные автотрансформаторы 220—330 кВ выпускаются со встроенными устройствами РПН для регулирования напряжения на стороне СН в линии. Диапазон регулирования ±12% ступенями не более 2% Uн.
На рис. 2 приведена схема регулирования для одной фазы трехфазного автотрансформатора 330/110 кВ.
Рис. 2. Схемы регулирования напряжения автотрансформаторов 220— 330/110 кВ
ПА — переключатель ответвлений с активными сопротивлениями R, R'; И1, И2 — избиратели ступеней
Переключение ответвлений происходит в следующем порядке. При переходе со ступени а на ступень b сначала размыкается рабочий контакт 1, затем вспомогательный контакт 2 (ток нагрузки протекает через левое сопротивление R), далее замыкается дугогасительный контакт 3', образуя мост (уравнительный ток протекает через оба сопротивления R и R'), и вслед за этим размыкается дугогасительный контакт 3, переводя ток нагрузки на правое плечо; после замыкаются последовательно контакты 2' и 1', чем и создается новое рабочее положение. Переход с ответвления b на ответвление а происходит в аналогичном порядке.
Изменение коэффициента трансформации между ВН и СН переключением ответвлений в линии СН не изменяет соотношения напряжений между обмотками ВН и НН. Поэтому автотрансформаторы такой конструкции имеют большие эксплуатационные преимущества перед автотрансформаторами с регулированием напряжения в нейтрали общей обмотки. В последнем случае, как известно, при переключении ответвлений происходит одновременное изменение числа витков обмоток ВН и СН, что приводит к изменению соотношения напряжений между обмотками ВН и НН: при увеличении напряжения на обмотке СН напряжение на обмотке НН уменьшается и, наоборот, при снижении напряжения обмотки СН напряжение обмотки НН увеличивается. Это приводит к невозможности присоединения нагрузки к обмотке НН без установки последовательно с ней линейного регулировочного автотрансформатора даже при совпадении графиков нагрузок на обмотках СН и НН.
Линейные регулировочные автотрансформаторы мощностью 16—100 MB·А напряжением 6—35 кВ, а также 63—125 MB·А 110 кВ предназначаются для установки последовательно с нерегулируемыми обмотками трансформаторов, а также непосредственно в линиях электропередачи.
На рис. 6 дана схема одной фазы линейного трехфазного регулировочного автотрансформатора 10—35 кВ типа ЛТДН с реверсированием регулировочной обмотки. Диапазон регулирования линейных автотрансформаторов ±15% UH.
Oт регулировочной автотрансформаторной обмотки AT через избиратели ступеней И1 и И2 питается обмотка возбуждения В последовательного трансформатора ПТр. В последовательной обмотке этого трансформатора, включенной в рассечку линии, наводится добавочная э. д. с, величина которой зависит от положения избирателей на регулировочной обмотке, а направление — от положения переключателя ее реверсирования ПР.
Рис. 3. Схема одной фазы линейного регулировочного автотрансформатора типа ЛТДН
Л1 — линия регулируемого напряжения; Л2 — линия отрегулированного напряжения
В положении, данном на рис. 3, отрегулированное напряжение выше подведенного. Ток, питающий обмотку возбуждения последовательного трансформатора, проходит через ветви реактора Р в противоположных направлениях, вследствие чего результирующий магнитный потоке реакторе очень мал и его сопротивление незначительно.
При снижении напряжения в линии контактор К1 кратковременно прерывает цепь избирателя И1 и последний переходит на одну ступень в направлении контакта 9. Вслед за этим аналогично происходит переход избирателя И2 на тот же контакт. В процессе перехода избирателей обмотка возбуждения питается через одну ветвь реактора Р, а витки между соседними ступенями регулировочной обмотки замыкаются через последовательно включенные обе ветви реактора Р.
После достижения последней ступени 9 (что соответствует регулированию ±0% Uн) переключатель реверса ПР переходит в положение 3, а избиратели, вращаясь по кругу, в положение 1. Направление э. д. с. в последовательной обмотке изменится на обратное, и процесс дальнейшего снижения напряжения будет протекать, как описано выше, с переходом избирателей от контакта 1 к контакту 9.
Повышение напряжения в линии идет обратным порядком.
Установка линейных регулировочных автотрансформаторов (РТ) 35—110 кВ непосредственно в линиях передачи позволяет обеспечить дополнительно к местному централизованное регулирование напряжения для групп потребителей, присоединенных к этим линиям. Установка РТ целесообразна в начале линий, так как в этих случаях будет обеспечена передача энергии при более высоком уровне напряжения.
Для регулирования напряжения в линиях сельских электрических сетей, а также для группового или индивидуального регулирования в электроустановках промпредприятий могут быть применены линейные регулировочные автотрансформаторы малой мощности (400—630 кВ·А) напряжением 6—35 кВ или 1600—6300 кВ·А 6—10 кВ.
Полная эффективность регулирования напряжения изменением коэффициента трансформации может быть реализована лишь при наличии достаточного резерва реактивной мощности. Так, например, при повышении напряжения в каком-либо пункте распределительной сети путем переключения ответвлений трансформаторов реактивная мощность, потребляемая электроприемниками, увеличится. Если в данном пункте сети резерв реактивной мощности отсутствует, то ее прирост будет происходить за счет передачи реактивной мощности из центра системы по линиям передачи. Потери мощности и напряжения в питающей сети увеличатся, а уровень напряжения в ней снизится. Снизится напряжение и на шинах ВН регулируемой подстанции, а это, в свою очередь, вызовет необходимость дальнейшего переключения ответвлений. Разумеется, что степень эффективности будет зависеть от величины образовавшегося недостатка реактивной мощности и удаленности подстанции от источников питания.