Регулирование напряжения трансформаторов

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

В соответствии с ГОСТ 11677-85 и стандартами на трансформаторы большинство силовых масляных трансформаторов допускают регулирование или стабилизацию напряжения на одной или двух обмотках.

Номинальный коэффициент трансформации – отношение номинальных напряжений обмоток трансформатора:

Изменение коэффициента трансформации достигается изменением числа витков на одной из обмоток.

Обмотки высшего напряжения трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями (отпайками), с помощь которых можно получить коэффициент трансформации, несколько отличающийся от номинального, соответствующего номинальному вторичному напряжению при номинальном первичном. Необходимость в этом объясняется тем, что напряжения в разных точках линии электропередачи, куда могут быть включены понижающие трансформаторы, отличаются друг от друга и, как правило, от номинального первичного напряжения. Кроме того, напряжение в любом месте линии может изменяться из-за колебаний нагрузки. Но так как напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора во всех случаях должно быть равно номинальному или незначительно отличаться от него, то возможность изменения коэффициента трансформации становится необходимой.

Регулировочные ответвления делают в каждой фазе либо вблизи нулевой точки, либо посередине обмотки. В первом случае на каждой фазе делают по три ответвления (рисунок 6.12, а), при этом среднее ответвление соответствует номинальному коэффициенту трансформации, а два других – коэффициентам трансформации, отличающимся от номинального на ± 5 %. Во втором случае обмотку разделяют на две части и делают шесть ответвлений (рисунок 6.12, б).Это дает возможность кроме номинального коэффициента трансформации получить еще четыре дополнительных значения, отличающихся от номинального на ± 2, 5 и ± 5%.

Рисунок 6.12 – Схемы обмоток трехфазных трансформаторов с регулировочными ответвлениями

Для трансформаторов с регулированием напряжения коэффициент трансформации должен соответствовать реальному положению переключателя его n-го ответвления:

Например, при U₁ = U_ВН = 115 В, U₂ = U_НН = 115 В и РПН с параметрами ±10х1, 5 % число витков на стороне ВН изменяется от w_нм до w_нб, при этом k_т изменяется от k_т.нм до k_т.нб

при номинальном значении коэффициента трансформации k_т.ном

Переключать ответвления обмоток можно при отключенном от сети трансформаторе (переключение без возбуждения – ПБВ) или же без отключения трансформатора (регулирование под нагрузкой – РПН).

ПБВ допускается только в том случае, когда все обмотки трансформатора на время переключения отключаются от сети. Для ПБВ применяют переключатели ответвлений (рисунок 6.13). На каждую фазу устанавливают по одному переключателю, при этом вал, вращающий контактные кольца переключателей по всем фазам одновременно, связан посредством штанги с рукояткой 6 на крышке бака трансформатора (рисунок 6.1).

Как правило, ПБВ имеют трансформаторы распределительных сетей напряжением 6 – 10 / 0, 4 кВ. С их помощью можно осуществить лишь сезонное изменение напряжения. Трансформаторы выпускаются с ПБВ и регулированием на обмотке ВН четырьмя ступенями ± 2х2, 5 %. Т.е. 95; 97, 5; 100; 102, 5; 105 % от номинального значения. Общий диапазон регулирования составляет 10 %. Регулирование осуществляется перестановкой контактных пластин на панели переключения.

Устройство РПН позволяет менять число витков без отключения нагрузки. Оно устанавливается на трансформаторах с высшим напряжением 35 кВ и выше и даёт возможность осуществлять встречное регулирование напряжения (в зависимости от тока нагрузки).

У двух- и трёхобмоточных трансформаторов РПН находится на стороне высокого напряжения, а у автотрансформаторов – на стороне среднего напряжения. Наличие РПН обозначается на схемах стрелкой, пересекающей трансформатор (рисунок 6.2 б, в, г, д).

Рисунок 6.14 – Принципиальные схемы обмоток трансформаторов с РПН:

а – с токоограничивающим реактором; б – последовательность переключения контактов; в – с токоограничивающими активными сопротивлениями

Принципиальные семы одной фазы обмоток двухобмоточного трансформатора с устройством РПН приведены на рисунке 6.14. Здесь ОО – основная часть обмотки; РО – регулировочная часть обмотки, подключенная со стороны нейтрали трансформатора; 1 – 9 – ответвления регулировочной части обмотки; П – переключатели; К – контакторы; Р – токоограничивающий реактор; R – токоограничивающие активные сопротивления. Нейтраль трансформатора О соединена со средним ответвлением.

При установке переключателя в положение 5 в работе находится только основная часть обмотки ОО. Если переключатель находится в одном из положений 1 – 4, то к основной части обмотки ОО добавляется соответствующее число витков согласно включенной регулировочной части обмотки РО, в результате чего коэффициент трансформации увеличивается. В случае подключения переключателя к одному из ответвлений 6 – 9 к основной части обмотки ОО присоединяется некоторое количество встречно включенных витков, вследствие чего коэффициент трансформации уменьшается.

РПН осуществляется на возбужденном и нагруженном трансформаторе без перерыва нагрузки и без отключения трансформатора от сети. Принцип РПН основан на изменении коэффициента трансформации посредством регулировочных ответвлений. Однако переключение с одного ответвления на другое осуществляют без разрыва цепи рабочего тока. С этой целью обмотку каждой фазы снабжают специальным переключающим устройством, состоящим из реактора Р, двух контакторов с контактами К₁ и К₂ и переключателя с двумя подвижными контактами П₁ и П₂ (рисунок 6.14, а).

В рабочем положении оба подвижных контактора переключателя находятся на одном ответвлении, контакты К₁ и К₂ замкнуты и рабочий ток направлен параллельно по двум половинам обмотки реактора. Если возникла необходимость переключения с одного ответвления на другое, например с 3 на 4, то разомкнутся контакты контактора К₂ (положение 1 на рисунке 6.14, б), подвижный контакт П₂ переключателя обесточенной ветви переводится на другое ответвление и контакты контактора К₂ вновь замыкаются (положение 2). В этом положении часть обмотки между ответвлениями 3 и 4 оказывается замкнутой и по ней начинает протекать уравнительный ток. В таком же порядке осуществляется перевод подвижного контакта К₂ с ответвления 3 на ответвление 4 (положения 3 и 4), после чего процесс переключения заканчивается. В результате ни в один из моментов времени цепь, по которой проходит ток нагрузки трансформатора, не разрывается.

Диапазон регулирования у двухобмоточных трансформаторов с высшим напряжением 110 кВ составляет ±9х1, 78 % (имеется 19 регулировочных ответвлений, включая нулевое, а шаг регулирования напряжения составляет 1, 78 %).

Обратим внимание на момент времени, когда контакты находятся в положении 2 (рисунок 6.14, б). При этом между точками 3 и 4 приложено напряжение, равное величине ступени регулирования трансформатора. Так, если среднее ответвление 5 соответствует линейному номинальному напряжению 115 кВ, а ступень регулирования равна 1, 78 %, то напряжение между точками 3 и 4 будет

Из-за того, что сопротивление обмотки между точками 3 и 4 мало, это напряжение может вызвать в образовавшемся контуре недопустимый ток. Поэтому для его ограничения в схему переключателя ответвлений вводят токоограничивающий реактор Р.

В другой схеме роль ограничителя тока при нахождении переключателя в промежуточном положении выполняют токоограничивающие активные сопротивления R₁ и R₂ (рисунок 6.14, в). При нахождении контактов переключателя П₁ и П₂ в положении 3 контакторы К₁ и К₂ включены, а К₃ и К₄ отключены. Сопротивление R₁ шунтируется контактором К₂, по которому проходит рабочий ток. Для переключения ответвления в положение 4:

- переключатель П₂ переводится в положение 4 без тока в К₃, К₄ и R₂;

- размыкается контактор К₂, в результате чего рабочий ток начинает проходить по сопротивлению R₁;

- замыкается контактор К₃, при этом рабочий ток перераспределяется между сопротивлениями R₁ и R₂, и в возникшем контуре появляется уравнительный ток;

- размыкается контактор К₁, уравнительный ток исчезает;

- контакт переключателя П₁ переводится в положение 4;

- замыкается контактор К₄, который шунтирует сопротивление R₂, вследствие чего рабочий ток проходит только через контактор К₄.

Активные сопротивления рассчитываются на кратковременный ток, поэтому они более компактны. При этом должно быть обеспечено быстродействие переключателя.

Аппаратура РПН располагается в общем баке с трансформатором, а ее переключение автоматизируется или осуществляется дистанционно (со щита управления). Трансформаторы с РПН обычно рассчитаны для регулирования напряжения на ± 10 – 16 % при ступенях приблизительно в 1, 5 %.

Трансформаторы с РПН значительно дороже эквивалентных по мощности и другим параметров трансформаторов с ПБВ (ТМН-1000 = ТМ-1000 х 2, 95).

Наибольшее распространение системы с РПН получили при мощности свыше 1000 кВ^.А. С увеличением напряжения и мощности трансформаторов эффективность использования системы РПН увеличивается. Все трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы, а также двухобмоточные трансформаторы подстанций и станций, кроме включенных в блоки с генераторами, должны иметь встроенные устройства РПН.

Основные трудности использования чисто механических систем РПН связаны с проблемами износостойкости контактов. Одним из радикальных решений этой проблемы является сочетание тиристорных и механических систем регулирования, обеспечивающих переключение регулировочных обмоток трансформатора, и использование систем бесконтактного регулирования напряжения.

Трехобмоточные автотрансформаторы имеют несколько вариантов регулирования напряжения под нагрузкой: в нейтрали обмоток ВН и СН (рисунок 6.15, а), на выводах обмотки СН (рисунок 6.15, б), либо со стороны ВН (рисунок 6.15, в).

При задании трансформации идеальными трансформаторами в схеме замещения следует учитывать расположение РПН. Для автотрансформаторов с РПН в общей нейтрали обмоток коэффициенты трансформации определяются следующим образом:

В случае автотрансформатора с РПН только на ступени СН:

При установке РПН на стороне ВН автотрансформатора коэффициенты трансформации:

В этих выражениях – добавочное напряжение при переходе на ответвления, при которых коэффициент трансформации отличается от номинального.

Рисунок 6.15 – Принципиальные схемы автотрансформатора с РПН

в нейтрали обмоток (а), на стороне СН (б), на стороне ВН (в)

Диапазоны регулирования напряжения на трансформаторах с РПН, выпускаемых отечественной промышленностью, достаточно велики и, в зависимости от номинального напряжения и мощности трансформатора, составляют от 18 до 32 % (таблица 6.1). Такие большие диапазоны позволяют осуществлять регулирование напряжения в распределительных сетях практически независимо от режима в системообразующей сети, если в ней обеспечены нормативные эксплуатационные уровни напряжения.

Таблица 6.1 – Диапазоны регулирования на трансформаторах с РПН

ВН обмоток трансформатора, кВ	Число обмоток	Пределы регулирования, %	Диапазон регулирования, %	Примечание
		± 6 х 1, 5		Преимущественно
± 9 х 1, 78		В отдельных случаях
± 8 х 1, 5		При мощности ≥ 10 МВ^.А
	± 8 х 1, 5
		± 9 х 1, 78		Преимущественно
± 10 х 1, 5		При мощности 2, 5 МВ^.А
± 8 х 1, 5		При мощности 2, 5 МВ^.А
	± 9 х 1, 78
		± 8 х 1, 5
	± 12 х 1
± 8 х 1, 5		Автотрансформаторы
± 6 х 2

При весьма значительных мощностях трансформатора аппаратура РПН становится слишком громоздкой. В этом случае применяют регулирование напряжения с помощью вольтодобавочного трансформатора (линейного регулятора), состоящего из трансформатора включенного последовательно (ПТ), и регулировочного автотрансформатора РА с переключающим устройством ПУ типа РПН (рисунок 6.16).

Вольтодобавочного трансформаторы (линейные регуляторы) это специальные устройства, предназначенные для регулирования напряжения в случаях, когда отсутствует РПН у силовых трансформаторов или когда диапазон регулирования РПН недостаточен. Линейные регуляторы используются при напряжениях 6 – 35 кВ.

Напряжение вторичной обмотки Δ U трансформатора ПТ суммируется с напряжением линии U_Л1и изменяет его до значения

Ū _Л2= Ū _Л1 ± Δ Ū.

Величина Δ U может изменяться посредством РА. При этом переключателем продольного регулирования (ППР) можно изменять фазу Δ Ū на ±180°, так что одно положение ППР будет соответствовать увеличению напряжения Ū _Л2= Ū _Л1 + Δ Ū, а другое – уменьшению напряжения Ū _Л2= Ū _Л1 – Δ Ū .

Кроме того, возможны и другие способы фазового воздействия на Δ Ū, например комбинация различных схем соединения трехфазных обмоток (звезда, треугольник) в вольтодобавочном трансформаторе, создающая фазовые сдвиги Δ Ū относительно U_Л1на углы 60, 120 и 90° (поперечное регулирование). В этих случаях изменение Δ Ū влияет не только на значение, но и на фазу напряжения U_Л2.

Типы трансформаторов

Электропромышленность выпускает большое число типоразмеров силовых трехфазных и однофазных трансформаторов, различаемых по мощности, номинальному напряжению, числу обмоток и способу охлаждения. Для отличия по конструктивным признакам и назначению все трансформаторы подразделяются на типы, которым присваивается условное обозначение. По условному обозначению трансформатора можно определить количество фаз, систему охлаждения, число обмоток, наличие регулировочного устройства, грозоупорность изоляции трансформатора, номинальную мощность и класс напряжения обмотки ВН.

А	О	Р	С	Т	Н	Г	? /?
	Т		М		АН	З
			Д			У
			Ц			Ж (Э)
			ДЦ			С

Буквы в обозначении трансформатора означают:

А – автотрансформатор (трансформатор обозначения не имеет);

О или Т – число фаз: однофазный или трехфазный;

Р – наличие расщепленной обмотки НН;

С, М, Д, Ц, ДЦ – вид системы охлаждения;

Т – трехобмоточный (двухобмоточный обозначения не имеет);

Н – наличие устройства РПН (устройство ПБВ не обозначается);

АН – с автоматическим РПН;

Г – грозоупорный (в обозначении новых трансформаторов буква Г опускается, поскольку все они исполняются грозоупорными);

З – защищённое исполнение;

У – усовершенствованный;

Ж (Э) – для электрификации железных дорог;

С – для собственных нужд электростанций.

После буквенного обозначения в числителе дроби указывается номинальная мощность трансформатора, в кВ^.А, в знаменателе – класс напряжения обмоток, в кВ. В автотрансформаторах добавляют в виде дроби класс напряжения обмотки СН. Иногда указывают год начала выпуска трансформаторов данной конструкции.

Широкое развитие в промышленности электротермии требует выпуска трансформаторов для электрических промышленных печей. Буквенное обозначение электропечного трансформатора в основном соответствует обозначениям трансформаторов общего назначения с некоторыми дополнениями: в начале буквенного обозначения добавляется буква Э (электропечной), а в конце – группа по назначению.

Следует учесть, что перечень буквенного обозначения типов трансформаторов далеко не полон, особенно это касается специальных трансформаторов и трансформаторов малой мощности, номенклатура которых весьма широка. При затруднениях в расшифровке буквенного обозначения следует обратиться к стандартам или техническим условиям на конкретные виды трансформаторов.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒