Регулирование напряжения трансформаторов

Для нормальной работы потребителей необходимо поддерживать определенный уровень напряжения на шинах подстанций. В электрических сетях предусматриваются способы регулирования напряжения, одним из которых является изменение коэффициента трансформации трансформаторов.

Известно, что коэффициент трансформации определяется как отношение первичного напряжения ко вторичному, или

где w1, w2 — число витков первичной и вторичной обмоток соответственно.

Отсюда U2 = U1w2/w1

Обмотки трансформаторов снабжаются дополнительными ответвлениями, с помощью которых можно изменять коэффициент трансформации. Переключение ответвлений может происходить без возбуждения (ПБВ), т. е. после отключения всех обмоток от сети или под нагрузкой (РПН).

Устройство ПБВ позволяет регулировать напряжение в пределах ±5 %, для чего трансформаторы небольшой мощности кроме основного вывода имеют два ответвления от обмотки высшего напряжения: +5% и —5% (рис. 2.39, а). Если трансформатор работал на основном выводе 0 и необходимо повысить напряжение на вторичной стороне U2, то, отключив трансформатор, производят переключение на ответвление — 5%, уменьшая тем самым число витков w1.

Рис. 2.39. Схема регулирования напряжения ПБВ:

а — ответвления вблизи нулевой точки обмотки + 5 % с трехфазным переключателем на три положения; б — ответвления в середине обмотки ±2x2,5% с однофазными переключателями на пять положений (фаза А); 1 — неподвижный контакт; 2 — сегмент контактный; 3 — вал переключателя; 4 — контактные кольца

На трансформаторах средних и больших мощностей предусматриваются четыре ответвления + 2 х 2,5%, переключение которых производится специальными переключателями барабанного типа, установленными отдельно для каждой фазы (рис. 2.39, б). Рукоятка привода переключателя выведена на крышку трансформатора.

При замыкании роликом переключателя контактов А4-А5 трансформатор имеет номинальный коэффициент трансформации. Положения А3-А2 и А2-А3 соответствуют увеличению коэффициента трансформации на 2,5 и 5%, а положения А5-А6 и А6-А5, -уменьшению на 2,5 и 5%.

Устройство ПБВ не позволяет регулировать напряжение в течение суток, так как это потребовало бы частого отключения трансформатора для производства переключений, что по условиям эксплуатации практически недопустимо. Обычно ПБВ используется только для сезонного регулирования напряжения.

Регулирование под нагрузкой (РПН) позволяет переключать ответвления обмотки трансформатора без разрыва цепи. Устройство РПН предусматривает регулирование напряжения в различных пределах в зависимости от мощности и напряжения трансформатора (от +10 до ±16% ступенями приблизительно по 1,5%) .

Регулировочные ступени выполняются на стороне ВН, так как меньший по значению ток позволяет облегчить переключающее устройство. Для расширения диапазона регулирования без увеличения числа ответвлений применяют ступени грубой и тонкой регулировки (рис. 2.40). Наибольший коэффициент трансформации получается, если переключатель П находится в положении II, а избиратель И - на ответвлении 6. Наименьший коэффициент трансформации будет при положении переключателя I, а избирателя — на ответвлении 1.

На рис. 2.40, б показана схема расположения элементов переключающего устройства РНТ-13, применяемого на трансформаторах средней мощности.

Переход с одного ответвления регулировочной обмотки на другое осуществляется так, чтобы не разрывать ток нагрузки и не замыкать накоротко витки этой обмотки. Это достигается в специальных переключающих устройствах с реакторами или резисторами. Схема с резисторами (рис. 2.41) обладает рядом преимуществ перед схемой с реакторами и получает все более широкое применение. На рис. 2.41 показаны регулировочная часть обмотки de и переключающее устройство.

Последовательность работы контакторов и избирателей показана в таблице к рис. 2.41. В исходном положении 0 трансформатор работает на ответвлении 5, ток нагрузки проходит через контакт К1. Допустим, что необходимо уменьшить число витков в регулировочной обмотке, т. е. перейти на ответвление 4. Последовательность работы элементов РПН в этом случае будет следующей: обесточенный избиратель И2 переводится в положение 4, затем отключается К1 и ток нагрузки кратковременно проходит по R1 и К2; при третьей операции замыкается КЗ, при этом половина тока нагрузки проходит по R1 и К2, а половина - по R2 и КЗ, кроме того, витки регулировочной обмотки 5-4 оказываются замкнутыми через R1 и R2 и по ним проходит ограниченный по значению циркулирующий ток; при следующих операциях (4 и 5) размыкается К2 и замыкается К4, при этом ток нагрузки проходит по регулировочной обмотке на ответвление 4, избиратель И2, контакты К4 к выводу 0.

В переключателях данного типа используются мощные пружины, обеспечивающие быстрое переключение контактов контактора (<0,15 с), поэтому токоограничивающие сопротивления Rl, R2 лишь кратковременно нагружаются током, что позволяет уменьшить их габариты. Контакторы размещаются в герметизированном баке с маслом. Управление РПН может осуществляться дистанционно со щита управления вручную или автоматически.

В современных устройствах РПН для коммутации тока находят применение вакуумные дугогасительные камеры. Благодаря этому трансформаторное масло не используется в качестве дугогасительной среды и не требуется его смена в процессе эксплуатации. Переключающие устройства РНТА235/1000 применяются на преобразовательных трансформаторах с интенсивным режимом работы переключений.

Рис. 2.40. Устройство РПН трансформаторов:

а - схема включения регулирующих ступеней; Ab - основная обмотка; be - ступень грубой регулировки; de - ступени плавной регулировки; Я - переключатель; И - избиратель; б — переключающее устройство РНТ-13; 1-переключатель; 2 - горизонтальный вал; 3 - кожух контакторов; 4 - вертикальный вал; 5 - коробка привода; 6 - бак трансформатора

Рис. 2.41. Схема и последовательность переключений устройства РПН с токоограничивающими сопротивлениями

Дальнейшим совершенствованием РПН является применение тиристорных переключателей. Тиристоры срабатывают в моменты переходов тока нагрузки через нуль и последовательно включают необходимую комбинацию вторичных обмоток.

Регулирование напряжения в автотрансформаторах имеет некоторую особенность. Если ответвления выполнить в нейтральной точке (рис. 2.42, а). то это позволяет облегчить изоляцию переключающего устройства и рассчитать его на меньший ток, так как в общей обмотке автотрансформатора проходит разность токов. Такое регулирование называется связанным, т. е. при переключении ответвлений одновременно меняется количество витков ВН и СН. Это приводит к резким изменениям индукции в сердечнике и колебаниям напряжения на обмотке НН.

Рис. 2.42. Схема регулирования напряжения в автотрансформаторе (показана одна фаза): а — ответвления в нейтрали (без реверса); о — ответвления на линейном конце обмотки СН (с реверсом)	Рис. 2.43. Схема включения п:-следовательного регулирово1--ного трансформатора в негь автотрансформатора

Независимое регулирование в автотрансформаторе можно осуществить с помощью регулировочной обмотки на линейном конце среднего напряжения (рис. 2.42, б). В этом случае переключающее устройство должно быть рассчитано на полный номинальный ток, а изоляция его - на полное напряжение средней обмотки.

Такие переключающие устройства на ток 2000 А с изоляцией классов 110 и 220 кВ позволяют обеспечить РПН для автотрансформаторов больших мощностей. Регулирование осуществляется с помощью трех однофазных регуляторов, имеющих электропривод с автоматическим управлением.

Для регулирования напряжения под нагрузкой на мощных трансформаторах и автотрансформаторах применяются также последовательные регулировочные трансформаторы (рис. 2.43). Они состоят из последовательного трансформатора 2, который вводит добавочную ЭДС в основную обмотку автотрансформатора 1, и регулировочного автотрансформатора 3, который меняет эту ЭДС. С помощью таких трансформаторов можно изменять не только напряжение (продольное регулирование), но и его фазу (поперечное регулирование). Устройство таких трансформаторов значительно сложнее, чем РПН, поэтому они дороже и применение их ограничено.

Одним из видов последовательных регулировочных трансформаторов являются линейные регуляторы, которые включаются последовательно в линию или в цепь трансформатора без РПН, обеспечивая регулирование напряжения в пределах ±10 ч- 15%.

Широкое применение линейные регуляторы находят на подстанциях с автотрансформаторами (рис. 2.44). На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор РПН, а на стороне НН устанавливается регулировочный трансформатор 2, снабженный автоматическим регулированием напряжения. Регулировочные трансформаторы типа ЛТМ выпускаются мощностью 1,6 — 6,3 MBА на напряжение 6-10 кВ, типов ЛТМН, ЛТДН-16-100 MBА на напряжение до 35 кВ .

Рис. 2.44. Включение peгулировочного трансфера тора со стороны НН авт;-трансформатора