Регулирование под нагрузкой в силовых трансформаторах
2 месяца назад
3 мин.
1
Регулирование под нагрузкой в силовых трансформаторах
Регулирование под нагрузкой — это изменение коэффициента трансформации силового трансформатора без отключения и при наличии тока нагрузки. На практике это реализуется устройством переключения ответвлений под нагрузкой, которое переключает заранее подготовленные ответвления (отводы) регулируемой обмотки и тем самым изменяет выходное напряжение ступенями.
Главная задача — удержать напряжение на шинах в заданных пределах при:
- изменении нагрузки (рост/падение токов и падений напряжения в сети);
- колебаниях напряжения на питающей стороне;
- изменении конфигурации сети (перетоки мощности).
За счёт чего меняется напряжение
Регулирование выполняется изменением эффективного числа витков регулируемой обмотки. Если подключить к работе больше витков на стороне высокого напряжения, изменится соотношение витков и, соответственно, изменится коэффициент трансформации, а значит — и вторичное напряжение.
Ответвления почти всегда располагают на обмотке высокого напряжения, потому что там меньше ток, а значит:
- меньше тепловая нагрузка на контактные узлы;
- проще обеспечить допустимый нагрев;
- выше электрическая прочность при разумных габаритах.
Почему это технически сложнее, чем переключение при снятом напряжении
Переключать ответвления «как обычный переключатель» нельзя, потому что при попытке разорвать цепь под током возникает электрическая дуга, которая:
- выжигает контактные поверхности;
- вызывает рост переходного сопротивления;
- приводит к локальному перегреву;
- загрязняет изоляционную среду продуктами разложения.
Поэтому устройство переключения ответвлений под нагрузкой обеспечивает переключение без разрыва тока и с ограничением переходных токов в момент переключения.
Из чего состоит устройство переключения ответвлений под нагрузкой
Типовая архитектура включает два функциональных узла:
- Селектор ответвлений
Выбирает нужное ответвление на обмотке (подготавливает следующий шаг).
- Коммутирующий узел (переключающий узел)
Выполняет непосредственный перенос тока нагрузки с одного ответвления на другое по заданной коммутационной последовательности. Этот узел — основной «расходуемый» элемент по ресурсу, потому что именно здесь возникают дуговые процессы или коммутационные нагрузки контактов.
Дополнительно всегда присутствуют:
- электродвигательный привод (моторный привод) с редуктором;
- механизмы фиксации положения ступени;
- конечные выключатели и блокировки;
- система управления (локальная/дистанционная) и сигнализация положения.
Как ограничивают токи в переходный момент
При переключении между соседними ответвлениями существует короткий интервал, когда два ответвления могут оказаться «связаны» между собой. Это вызывает циркулирующий ток из-за разности напряжений ответвлений. Чтобы он не стал разрушительным, применяют один из двух принципов:
- Переключение через переходное сопротивление
В цепь на короткое время вводится резистор, который ограничивает циркулирующий ток и делает процесс управляемым по энергии дуги и нагреву.
- Переключение через переходную индуктивность
Ограничение циркулирующего тока выполняется реактором (индуктивностью). Схема сложнее по компоновке, но уменьшает активные потери в переходном элементе.
Оба решения преследуют одну цель: перевести ток нагрузки на соседнее ответвление без недопустимых токов и без потери устойчивости изоляции.
Диапазон и шаг регулирования (в общем виде)
Регулирование под нагрузкой выполняется ступенчато:
- шаг регулирования — изменение напряжения при переходе на соседнее ответвление;
- диапазон регулирования — суммарное изменение от нижней ступени до верхней.
Пояснение переключения шага:
- слишком крупный шаг даёт «грубую» подстройку напряжения;
- слишком мелкий шаг увеличивает число переключений и ускоряет износ переключающего узла.
Ресурс и эксплуатационные ограничения
Ресурс устройства переключения ответвлений под нагрузкой ограничивается тремя группами процессов:
- Износ коммутационных контактов
При каждой операции возникают дуговые и термические воздействия (в зависимости от конструкции), которые приводят к эрозии контактов и росту переходного сопротивления.
- Изменение свойств изоляционной среды в зоне коммутации
Если коммутация происходит в масле, продукты дуговых процессов ухудшают свойства масла: появляются газы и углеродистые частицы, снижается электрическая прочность, возрастает риск пробоя в зоне переключателя. Поэтому часто коммутирующий узел размещают в отдельном объёме масла, чтобы не ухудшать масло основного бака трансформатора.
- Износ механики привода
Редуктор, муфты, кулачковые механизмы, фиксаторы и подшипники имеют ограниченный ресурс. Нарушение кинематики приводит к неполному включению контактов, ударным нагрузкам и ускоренному разрушению контактной системы.
Типовые технические признаки ухудшения состояния
Для диагностики в эксплуатации наиболее информативны следующие признаки:
- увеличение времени переключения ступени;
- нестабильное удержание напряжения из-за сбоев переключения;
- локальный перегрев в зоне переключающего узла и токоведущих соединений;
- ухудшение качества масла в зоне переключателя (если конструкция масляная);
- рост переходных сопротивлений контактных соединений (выявляется измерениями при обслуживании).
Когда регулирование под нагрузкой действительно необходимо
Устройство переключения ответвлений под нагрузкой применяют, когда требуется не разовая настройка, а оперативная стабилизация напряжения:
- большие суточные колебания нагрузки;
- длинные линии и заметные падения напряжения;
- высокие требования к качеству напряжения у потребителей;
- узел сети, влияющий на напряжение большого района.
Если подстройка нужна редко и допускается отключение трансформатора — чаще достаточно переключения ответвлений при снятом напряжении.