Одним из основных средств регулирования напряжения в электрических сетях является изменение коэффициентов трансформации трансформаторов (автотрансформаторов) на понижающих подстанциях электрических сетей.
Трансформаторы (автотрансформаторы) имеют специальные ответвления от обмоток, позволяющие изменять коэффициент трансформации и, следовательно, регулировать напряжение. Переключение ответвлений может осуществляться устройством переключения без возбуждения (ПБВ) при отключении трансформатора от сети или устройством регулирования под нагрузкой (РПН) без отключения трансформатора от сети.
Также, для регулирования напряжения используются специальные линейные регулировочные трансформаторы, устанавливаемые или на подстанциях, или непосредственно в уходящие от подстанции распределительные линии электропередачи.
Регулировочные ответвления двух и трехобмоточных трансформаторов выполняются в обмотке высшего напряжения. Ток в обмотке высшего напряжения меньше, чем в других обмотках, при этом облегчается работа устройства РПН и уменьшаются его массогабаритные показатели.
|
|
С целью, упрощения рассмотрения основных принципов регулирования коэффициентов трансформации, будем в дальнейшем рассматривать схемы трансформаторов и устройств регулирования, в однолинейном исполнении, т.е. для одной фазы симметричных трехфазных устройств.
На рис. 8.1 приведена принципиальная схема трансформатора с устройством ПБВ. Первичная обмотка, (обмотка высшего напряжения), имеет нулевое ответвление и четыре регулировочных: 2,5% и 5%. Вторичная обмотка, (обмотка низшего напряжения), имеет неизменное количество витков. Нулевое ответвление ПБВ соответствует номинальному коэффициенту трансформации . Другие ответвления соответствуют изменению коэффициента трансформации в диапазоне 5%, (от 0,95 до 1,05 ). Для переключения регулировочных ответвлений необходимо отключать трансформатор от сети. Эти переключения производятся редко, например при сезонном изменении нагрузки. Такие трансформаторы не могут использоваться для регулирования напряжения при нагрузки в течении суток.
Принципиальная схема трансформатора с РПН приведена на рис. 8.2. Первичная обмотка имеет нерегулируемую (а) и регулируемую (b) части.
Количество ответвлений на регулируемой части первичной обмотки таких трансформаторов больше, чем у трансформаторов с ПБВ. Например, для трансформатора с номинальным высшим напряжением 115кВ диапазон регулирования напряжения составляет 9 1,78% . Эти трансформаторы имеют, кроме нулевого, еще 18 ответвлений. Из рис. 8.2 видно, что для ответвлений +1,+2,…. витки регулируемой обмотки включены согласно с нерегулируемой обмоткой. При работе на этих ответвлениях коэффициент трансформации увеличивается. Для ответвлений -1, -2,… витки регулируемой обмотки включены встречно с нерегулируемой обмоткой. При работе на этих ответвлениях коэффициент трансформации уменьшается.
|
|
На регулируемой части обмотки имеется переключающее устройство, состоящее из подвижных контактов К3 и К4, контакторов К1 и К2 и токоограничивающего реактора LR, в среднюю точку которого включен вывод нерегулируемой обмотки. При работе трансформатора на любом ответвлении ток нагрузки первичной обмотки распределяется поровну между двумя частями реактора. Токи в разных частях реактора направлены встречно, поэтому результирующий магнитный поток реактора и его индуктивное сопротивление практически равны нулю.
Пусть по условиям регулирования напряжения требуется переключиться с ответвления +2 на ответвление +1. Для этого отключается контактор К1, а подвижный контакт К3 переключается на ответвление +1. Контактор К1 включается. Секция обмотки между ответвлениями +1 и +2 оказывается замкнутой на реактор LR. Значительная индуктивность реактора ограничивает уравнительный ток, который возникает вследствие наличия напряжении на замкнутой секции. После этого отключают контактор К2, переводят подвижный контакт К4 на положение +1 и включают контактор К2.
Трансформаторы с устройствами РПН позволяют регулировать напряжение при изменении нагрузки в течение суток. Такие трансформаторы снабжаются автоматическими регуляторами напряжения (АРН), которые реагируют на изменение напряжения на вторичной обмотки трансформатора, выдавая команду на переключение ответвлений устройства РПН.
Для повышения надежности работы устройства РПН следует исключить его срабатывание при незначительных отклонениях напряжения, а также при значительных, но кратковременных отклонениях напряжения. Для этого АРН имеет зону нечувствительности, несколько большую половины одной ступени регулирования. В этом случае АРН выдает сигнал на переключение ответвлений, если напряжение ближе к следующей ступени регулирования, чем к той, на которой в данный момент работает трансформатор.
Для отстройки устройства РПН от срабатывания при кратковременных значительных отклонениях напряжения в АРН предусматривается выдержка по времени от 1 до 3 минут.
Устройства РПН автотрансформаторов работают аналогично.
Линейные регулировочные трансформаторы TLприменяются для регулирования напряжения в отдельных линиях или группе линий и применяются в следующих случаях:
- при реконструкции уже существующих сетей, в которых используются трансформаторы без регулирования под нагрузкой. В этом случае для регулирования напряжения на шинах подстанции TLвключается последовательно с нерегулируемым трансформатором, рис. 8.3а;
- для регулирования напряжения на отходящих линиях. В этом случае TL включаются непосредственно в линии, рис. 8.3б.;
Рис. 8.3
- для регулирования напряжения на подстанциях с трансформаторами с устройствами РПН, от которых питаются потребители с разным характером нагрузки, рис. 8.3в. Характер нагрузки потребителя 3 значительно отличается от характера нагрузки остальных потребителей;
- для регулирования низшего напряжения на подстанции с автотрансформаторами, снабженными устройствами РПН в обмотке среднего напряжения, рис. 8.3г.
Линейный регулировочный трансформатор — статический электрический аппарат, который состоит из последовательного 2 и питающего1 трансформаторов (рис.8.4). Первичная обмотка питающего трансформатора 3 может получать питание от фазы или от фаз . Вторичная обмотка 4 питающего трансформатора содержит такое же устройство переключения
|
|
контактов под нагрузкой 5, как и в устройстве РПН силового трансформатора. Один конец первичной обмотки 6 последовательного трансформатора 2 подключен к средней точке вторичной обмотки 4 питающего трансформатора, другой — к переключающему устройству 5. Вторичная обмотка 7 последовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой высшего напряжения (ВН) силового трансформатора, и добавочная ЭДС обмотки 7 складывается с ЭДС обмотки ВН.
Если на первичную обмотку3 питающего трансформатора подается напряжение фазы , то ЭДС обмотки ВН силового трансформатора с помощью устройства РПН, описанного выше, регулируется по модулю (рис.8.5а).
Рис.8.5
При этом - модуль результирующей ЭДС обмотки ВН силового трансформатора и обмотки 7 линейного регулировочного трансформатора (ЛР) равен: ,
где модуль ЭДС в фазе обмотки ВН силового трансформатора.
Если обмотка 3 подключается к двум фазам и , то результирующая ЭДС обмоток ВН и 7 изменяется по фазе (рис. 8.5б): .
Регулирование напряжения по модулю, когда и совпадают по фазе (рис. 8.5а), называется продольным. При таком регулировании коэффициент трансформации - действительная величина. Регулирование напряжения по фазе, когда и сдвинуты на 90° (рис. 8.5б), называется поперечным. Регулирование напряжения по модулю и фазе называется продольно-поперечным (рис. 8.5в). В этом случае обмотка 3 подключена к фазам и . При продольно-поперечном регулировании коэффициент трансформации - комплексная величина.
Аналогичны схемы включения и принцип работы линейного регулятора включенного в низшую обмотку автотрансформатора или в отходящие из ЦП линии электропередачи.