Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

Устройства регулирования напряжения трансформаторов (ПБВ и РПН)

При регулировании напряжения переключением ответвлений обмоток трансформаторов изменяют их коэффициенты трансформации

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

где WBH И WНH — числа включенных в работу витков обмоток ВН и НН соответственно.

Это позволяет поддерживать на шинах НН (СН) подстанций напряжение, близкое к номинальному, когда первичное напряжение отклоняется по тем или иным причинам от номинального.

Переключают ответвления на отключенных от сети трансформаторах устройствами ПБВ (переключение без возбуждения ) или на работающих трансформаторах под нагрузкой устройствами РПН (регулирование под нагрузкой) .

Устройствами ПБВ снабжаются почти все трансформаторы. Они позволяют изменять коэффициент трансформации ступенями в пределах ±5% номинального напряжения. Применяются ручные трехфазные и однофазные переключатели.

Трансформаторы с РПН имеют большее число регулировочных ступеней и более широкий диапазон регулирования (до ±16 %), чем у трансформаторов с ПБВ. Применяемые схемы регулирования напряжения на трансформаторах показаны на рис. 1. Часть обмотки ВН с ответвлениями называется регулировочной обмоткой.

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

Рис. 1. Схема регулирования на трансформаторах без реверсирования (а) и с реверсированием (б) регулировочной обмотки: 1, 2 — первичная и вторичная обмотки соответственно, 3 — регулировочная обмотка, 4 — переключающее устройство, 5 — реверсор

Расширение регулировочного диапазона без увеличения числа отводов достигается применением схем с реверсированием (рис. 1,б). Переключатель — реверсор 5 позволяет присоединять регулировочную обмотку 3 к основной 1 согласно или встречно, благодаря чему диапазон регулирования удваивается. У трансформаторов устройства РПН обычно включаются со стороны нейтрали, что позволяет выполнять их с пониженной на класс напряжения изоляцией.

Регулирование напряжения автотрансформаторов, осуществляемое на стороне СН или ВН, показано на рис. 2. Устройства РПН в этих случаях изолируются на полное напряжение вывода, со стороны которого оно установлено.

Устройства РПН состоят из следующих основных частей: контактора, размыкающего и замыкающего цепь рабочего тока в процессе коммутации, избирателя, контакты которого размыкают и замыкают электрическую цепь без тока, приводного механизма, токоограничивающего реактора или резистора.

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

Рис. 2. Схема регулирования на автотрансформаторах: а — на стороне ВН, б — на стороне СН

Последовательность работы устройств РПН с реактором (серий РНО, РНТ) и с резистором (серий РНОА, РНТА) показана на рис. 3. Необходимая очередность в работе контакторов и избирателей обеспечивается приводным механизмом с реверсивным пускателем.

В устройстве РПН с реактором реактор рассчитан на длительное прохождение номинального тока. В нормальном режиме через реактор проходит только ток нагрузки. В процессе переключения ответвлений, когда часть регулировочной обмотки оказывается замкнутой реактором (рис. 3,г), он ограничивает до приемлемых значений ток I, проходящий в замкнутом контуре.

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

Рис. 3. Последовательность работы переключающих устройств РПН с реактором (а—ж) и резистором (з—н): К1—К4 — контакторы, РО — регулировочная обмотка, Р — реактор, R1 и R2 — резисторы, П — переключатели (избиратели)

Реактор и избиратель, на контактах которого дуги не возникает, обычно размещают в баке трансформатора, а контактор помещают в отдельном масляном баке, чтобы не допускать разложения электрической дугой масла, находящегося в трансформаторе.

Действие переключающих устройств РПН с резистором во многом сходно с работой РПН с реактором. Отличие состоит в том, что в нормальном режиме работы резисторы зашунтированы или отключены и ток по ним не проходит, а в процессе коммутации ток проходит в течение сотых долей секунды.

Резисторы не рассчитаны на длительную работу под током, поэтому переключение контактов происходит быстро под действием мощных пружин. Резисторы имеют небольшие размеры и являются, как правило, конструктивной частью контактора.

Устройства РПН приводятся в действие дистанционно со щита управления и автоматически от устройств регулирования напряжения. Предусмотрено переключение приводного механизма с помощью кнопки, расположенной в шкафу привода (местное управление), а также с помощью рукоятки. Переключение РПН рукояткой под напряжением не рекомендуется выполнять оперативному персоналу.

Один цикл работы РПН разных типов происходит за время от 3 до 10 с. Процесс переключения сигнализируется красной лампой, которая загорается в момент подачи импульса и продолжает гореть все время, пока механизм не закончит весь цикл переключения с одной ступени на другую. Независимо от длительности одного импульса на пуск устройства РПН имеют блокировку, разрешающую переход избирателя только на одну ступень. По окончании движения переключающего механизма заканчивают перемещение дистанционные указатели положения, показывая номер ступени, на которой остановился переключатель.

Читайте также:  Дешевый способ отопления дома электричеством

Для автоматического управления устройства РПН снабжаются блоками автоматического регулирования коэффициента трансформации (АРКТ) . Структурная схема автоматического регулятора напряжения показана на рис. 4.

Регулируемое напряжение подается на зажимы блока АРКТ от трансформатора напряжения. Кроме того, устройством токовой компенсации ТК учитывается еще падение напряжения от тока нагрузки. На выходе блока АРКТ исполнительный орган И управляет работой приводного механизма РПН. Схемы автоматических регуляторов напряжения весьма разнообразны, но все они, как правило, содержат основные элементы, указанные на рис. 4.

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

Рис. 4. Структурная схема автоматического регулятора напряжения: 1 — регулируемый трансформатор, 2 — трансформатор тока, 3 — трансформатор напряжения, ТК — устройство токовой компенсации, ИО — измерительный орган, У — орган усиления, В — орган выдержки времени, И — исполнительный орган, ИП — источник питания, ПМ — приводной механизм

Обслуживание устройств регулирования напряжения

Перестановка переключателей ПБВ с одной ступени на другую в эксплуатации производится редко — 2—3 раза в год (это так называемое сезонное регулирование напряжения). При длительной работе без переключения контактные стержни и кольца переключателей барабанного типа покрываются пленкой окиси.

Чтобы разрушить эту пленку и создать хороший контакт, рекомендуется при каждом переводе переключателя предварительно прокручивать его (не менее 5—10 раз) из одного крайнего положения в другое.

При пофазном переводе переключателей следует проверять их одинаковое положение. Приводы переключателей после перевода фиксируются стопорными болтами.

Устройства РПН должны постоянно находиться в работе с включенными автоматическими регуляторами напряжения. При осмотрах РПН сверяют показания указателей положения переключателей на щите управления и на приводах РПН, так как по ряду причин возможно рассогласование сельсина-датчика и сельсина-приемника, являющихся приводами для указателей положения. Проверяют также одинаковое положение переключателей РПН всех параллельно работающих трансформаторов и отдельных фаз при пофазном управлении.

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

Наличие масла в баке контактора проверяется по маслоуказателю. Уровень масла следует поддерживать в допустимых пределах. При пониженном уровне масла время горения дуги на контактах может быть недопустимо большим, что опасно для переключающего устройства и трансформатора. Отклонение от нормальной отметки уровня масла обычно наблюдается при нарушении уплотнений отдельных узлов масляной системы.

Нормальная работа контакторов гарантируется при температуре масла не ниже —20 °С. При более низкой температуре масло сильно густеет и контактор испытывает значительные механические нагрузки, которые могут привести к его поломке. Кроме того, возможно повреждение резисторов из-за увеличения времени переключения и более длительного пребывания их под током. Чтобы избежать указанных повреждений, при понижении температуры окружающего воздуха до —15 °С должна включаться система автоматического обогрева бака контакторов.

Приводные механизмы РПН являются наиболее ответственными и в то же время наименее надежными узлами этих устройств. Их необходимо предохранять от попадания пыли, влаги, трансформаторного масла. Дверца шкафа приводного механизма должна быть уплотнена и надежно закрыта.

Регулирование напряжения трансформатора

За последние годы в электрических сетях для централизованного и местного регулирования напряжения широкое распространение получили трансформаторы, снабженные встроенным устройством для регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

Основное преимущество указанных трансформаторов перед трансформаторами с ПБВ (переключатель без возбуждения), заключается в том, что трансформаторы не требуют отключения, а их коэффициенты трансформации изменяются более плавно и в значительной больших пределах.

В соответствии со стандартами выпускаются трансформаторы с мощностью 25-630 кВА, имеющие: диапазон регулирования напряжения ± 10 % Uн; величину ступени регулирования 1,67 % Uн; число коэффициентов трансформации 13. В процессе освоения находятся трансформаторы, имеющие диапазоны регулирования ± 16 % номинального напряжения и ступени регулирования до 1,2 % номинального напряжения. Дальнейшее увеличение числа ступеней привело бы к усложнению конструкции трансформатора и к излишне частому срабатыванию РПН, что при наличии автоматического регулирования, вероятно, нецелесообразно.

Перед промышленностью и энергетиками сейчас стоит вопрос о полной замене трансформаторов устаревших конструкций без РПН новыми и оснащении их автоматически действующими устройствами регулирования напряжения. Для уяснения принципа регулирования напряжения с помощью трансформатора, снабженного устройством РПН, следует вспомнить, что при заданном напряжении на выводах обмотки высшего напряжения напряжение во вторичной обмотке зависит от соотношения числа активных витков указанных обмоток. Регулирование ответвления трансформаторов, снабженных РПН, отходят от обмотки высшего напряжения на переключатель со стороны нейтрали. Переключение ответвлений может осуществляться с помощью ручного управления. Переход с одной ступени на другую осуществляется при дистанционном управлении специальным электродвигательным механизмом, без разрыва рабочего тока, что достигается кратковременным закорачиванием регулируемой секции на токоограничивающее сопротивление. За последние годы заводами освоены быстродействующие переключающие устройства с активными токоограничивающими сопротивлениями, введены вакуумные контакты и ведутся работы по бесконтакторным схемам переключения на управляемых полупроводниковых вентилях. Трехобмоточные трансформаторы, имеющие регулирование напряжения под нагрузкой на стороне высшего напряжения, на стороне среднего напряжения снабжаются переключателем ПБВ с диапазоном регулирования ±2х2,5 % Uн. Трансформаторы с РПН имеют в шифре дополнительную букву Н, например ТДН, ТДНГ, ТМН и др.

Читайте также:  Газовая горелка для битума

В последнее время широкое распространение получили различного рода устройства автоматического управления РПН, называемые устройствами АРНТ. Вся аппаратура этих устройств монтируется в отдельном отсеке на трансформаторе вместе с приводным механизмом либо устанавливается на отдельной панели в помещении щита управления. В настоящее время все трансформаторы, имеющие РПН, снабжаются в комплекте с автоматическими регуляторами напряжения. Существенной особенностью регуляторов напряжения является их способность реагировать не только на изменение напряжения в точке их установки, но и на изменяющуюся в зависимости от нагрузки потерю напряжения в линиях от питающей подстанции до потребителя. Образно выражаясь, эти трансформаторы обеспечивают регулирование напряжения с «опережением», исходя из требований удаленных потребителей, поддерживая в пределах чувствительности постоянным напряжение в некоторой точке сети, падение напряжение до которой пропорционально напряжению, снимаемому со специального элемента схемы управления, такая система называется системой, работающей с учетом токовой компенсации, обеспечивающей «встречное» регулирование. Автоматический регулятор напряжения значительно увеличивает число переключений по сравнению с ручным (дистанционным) управлением у РНТ. В среднем количество переключений может быть допущено в пределах 20-30 переключений в сутки или 6000-9000 переключений в год. Число переключений зависит от характера нагрузки подстанций и от характеристики самого регулятора. Регулятор не должен реагировать на кратковременные изменения напряжения, вызванные удаленными замыканиями, пусками энергоемких потребителей. Регулятор должен иметь некоторую зону нечувствительности, которая должна быть несколько больше ступени регулирования напряжения. Обычно приемлемой считается нечувствительность, превышающая ступень регулирования на 10-20 %. Для обеспечения качественного регулирования напряжения во всех случаях, когда это возможно, желательна при наличии несколько разноудаленных потребителей их группировка на один трансформатор по однородности графиков нагрузки, удаленности от питающего трансформатора, требованиям к качеству напряжения.

Требования к регуляторам напряжения и общий метод выбора их параметров (уставок). Современные регуляторы напряжения состоят из блоков, работа которых обеспечивает быстродействующее согласованное регулирование напряжения: питающего регулятор трансформатора, снабженного регулировочными ответвлениями для изменения постоянной составляющей регулируемого напряжения; датчика токовой компенсации, состоящего из активного или реактивного сопротивления, на котором воспроизводится падение напряжения в сети до потребителя с изменяющейся нагрузкой; датчика отклонения напряжения сети; блока усиления сигналов «больше» и «меньше»; блока выдержки времени, обеспечивающего нечувствительность схемы управления к кратковременным (до 3 минут) изменениям напряжения; блока питания сервомоторов на переключателе РНТ.

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн

К регулируемым уставкам регуляторов относятся следующие величины:

— номинальное напряжение, пропорциональное уровню регулируемого напряжения распределительной сети, В;

— регулируемая выдержка времени, устанавливаемая с учетом характера нагрузки, минуты;

— токовая компенсация или коррекция, % от величины а;

— зона нечувствительности (разница между верхним и нижним напряжениями срабатывания), %.

Для регулирования напряжения трансформаторами подстанций предусмотрена возможность изменять коэффициент трансформации в пределах 10 – 20 %. По конструктивному исполнению различают два типа переключающих устройств:

с регулированием без возбуждения (ПБВ), то есть для изменения коэффициента трансформации трансформатор отключают от сети;

с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН).

Устройство РПН дороже устройства ПБВ. Стоимость устройства мало зависит от мощности трансформатора. Поэтому относительное удорожание трансформатора с РПН будет значительно большим для трансформаторов меньшей мощности. В связи с этим трансформаторы напряжением 6 – 20 кВ большей частью выполняются с ПБВ, а трансформаторы напряжением выше 35 кВ с РПН.

Читайте также:  Отжим белья в стиральной машине

Устройство РПН, как правило, устанавливают на обмотке высшего напряжения по следующим причинам:

на стороне высшего напряжения меньшие токи, поэтому устройство имеет меньшие габариты;

обмотка высшего напряжения имеет большее количество витков, поэтому точность регулирования выше;

по конструктивному исполнению обмотка высшего напряжения является наружной (магнитопровод – обмотка низшего напряжения – обмотка высшего напряжения). Поэтому ревизию устройства РПН выполнять проще;

устройство РПН располагают в нейтрали высшей обмотки. Обмотки высшего напряжения соединяются в звезду, а обмотки низшего напряжения соединяются в треугольник. Трехфазное регулирование проще выполнить на обмотках, соединенных в звезду.

У трансформаторов напряжением 110 кВ мощностью 2,5 МВА и напряжением 150 кВ мощностью 4 МВА устройство РПН расположено на обмотке низшего напряжения.

Трансформаторы имеют разное количество ответвлений и разные ступени регулирования устройства РПН. У трансформаторов с ПБВ дополнительных ответвлений всегда 4 — Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпн.

Устройства РПН и управляющие ими системы автоматического регулирования характеризуются:

величиной напряжения ступени регулирования;

выдержкой времени срабатывания;

Ступенью регулированияназывается напряжение между соседними ответвлениями. Его выражают в процентах к номинальному напряжению той обмотки, которая имеет регулировочные ответвления.Зоной нечувствительностиназывается некоторый диапазон изменения напряжения, при котором не происходит срабатывание регулирующей аппаратуры. Зона нечувствительности регулятора должна быть несколько больше ступени регулирования: иначе регулятор будет работать неустойчиво.Выдержка временирегулятора служит для предотвращения его работы при кратковременных изменениях напряжения. Зона нечувствительности и выдержка времени регулятора определяютточность регулирования.

Устройство рпн двухобмоточного трансформатора

Рассмотрим принципиальную схему устройства РПН с реактором (рис. 18.3).

ОТрансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой рпнбмотка высшего напряже-ния трансформатора с РПН со-стоит из двух частей: нерегули-руемой или основной (а) и ре-гулируемой (б).

На регулируемой части об-мотки имеется ряд ответвлений к неподвижным контактам 1, 2, 0, -1, -2. Ответвления 1, 2 соотрые включены согласно виткам основной обмотки. При включении ответвлений 1, 2 коэффициент трансформации увеличивается. Ответвления –1, -2 соответствуют части витков, которые включены встречно по отношению к виткам основной обмотки. Их включение приводит к уменьшению коэффициента трансформации.

Основным выводом обмотки высшего напряжения является нулевой вывод. С него снимается номинальное напряжение.

На регулируемой части обмотки есть переключающее устройство. Оно состоит из подвижных контактов виг, контакторовК1иК2и реактораР.Середина обмотки реактора соединена с нерегулируемой частью обмотки высшего напряжения трансформатора. В нормальном режиме работы (без переключения) ток нагрузки обмотки высшего напряжения протекает через реактор и распределяется поровну между половинами обмотки реактора. Поэтому магнитный поток мал и потеря напряжения в реакторе тоже мала.

Переключения выполняются следующим образом. Предположим, что необходимо переключиться с ответвления 2 на ответвление 1. Для этого отключается контактор К1, переводится подвижный контактвна ответвление 1 и вновь включается контакторК1.В результате этих действий секция 1 — 2 оказывается замкнутой на реактор. Значительная индуктивность реактора ограничивает уравнительный ток, который возникает из-за наличия напряжения на секции 1 – 2. Затем отключается контакторК2, переводится подвижный контактгна ответвление 1 и включается контакторК2.

Реактор и все подвижные и неподвижные контакты переключающего устройства размещаются в баке трансформатора. Контакторы помещаются в отдельном кожухе. Он залит маслом и размещен снаружи бака трансформатора. Это облегчает ревизию контактов и смену масла.

Переключатели с реакторами рассчитаны на длительное протекание тока нагрузки. Но реактор является тяжелым и громоздким элементом. Поэтому переключающие устройства трансформаторов напряжение 220 кВ и выше выполняются на активных сопротивлениях. Чтобы снизить потери электроэнергии в таких устройствах, их рассчитывают на кратковременную работу. Устройство получается компактным, но требует применения мощных быстродействующих приводов. Принцип действия таких устройств рассмотрим на примере автотрансформаторов напряжением 220 – 330 кВ.