Регулирование напряжения на понижающих подстанциях с двухобмоточными трансформаторами

Дш регулирования напряжения на трансформаторах понижающих подстанций устанавливается специальное устройство — регулятор под нагрузкой (РПН). РПН представляет собой автоматическое устройство, меняющее рабочее ответвление витков обмотки трансформатора и изменяющее таким образом коэффициент трансформации трансформатора. РПН устанавливаются в трансформаторах напряжением 35 кВ и выше и размещаются в нейтрали обмотки ВН. Это, во-первых, позволяет иметь наиболее плавное регулирование, так как число витков у обмотки ВН больше, чем на НН; вовторых, при переключениях выполняется коммутация меньших по величине токов, чем па стороне НН, и, в-третьих, включение РПН на ВН в конец обмотки, присоединенной к заземленной нейтрали, значительно снижает требования к уровню изоляции устройства регулирования.

В упрощенном виде схема переключений ответвлений двухобмоточного трансформатора показана на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Упрощенная схема регулирования напряжения двухобмоточного трансформатора.

На стороне ВН трансформатора последовательно соединяются нерегулируемая и регулируемая обмотки. Обе обмотки размещены на одном магнитопроводе, на котором также находится обмотка НН. Регулируемая обмотка может иметь 12, 16 или 18 ступеней регулирования по 1,5 или 1,78% с диапазоном регулирования ±9, ±12 или ±16% от и,_юы. Для простоты на рис. 5.7 показаны всего 4 ступени (±2). Переключающее устройство состоит из двух переключателей П1 и П2, двух контакторов К1 и К2 и токоограничивающего реактора Р. В положении, показанном на рис. 5.7, ток в обмотке ВН проходит через плечи реактора в противоположных направлениях, вследствие чего результирующий магнитный поток реактора очень мал и его сопротивление незначительно.

В среднем положении переключателей отпаек (номинальное ответвление) трансформатор работает с основным (номинальным) коэффициентом трансформации (рис. 5.7). В других положениях (на других ответвлениях) коэффициент трансформации уменьшается или увеличивается в зависимости от того, согласно или встречно с витками основной обмотки включаются дополнительные витки регулируемой обмотки. При подаче сигнала перехода на верхнюю соседнюю отпайку операции по переключениям выполняются в следующем порядке:

• • отключается контактор К1;
• • переключатель П1 переводится на верхнее соседнее ответвление;
• • включается контактор К1;
• • отключается контактор К2;
• • переключатель П2 переводится на верхнее соседнее ответвление;
• • включается контактор К2.

В то время, когда переключатели находятся на разных ответвлениях и оба контактора включены, по контуру, образованному всеми элементами переключающего устройства, протекает уравнительный ток, вызванный ЭДС, наводимой в замкнутых через переключающее устройство витках регулируемой обмотки. Плечи реактора для этого тока будут соединены последовательно, и реактивное сопротивление реактора велико, что будет препятствовать короткому замыканию между ответвлениями.

При переходе на нижнее ответвление работа переключателей и контакторов происходит в обратном порядке, т. е. вначале срабатывают К2 и П2, а затем К1 и П1.

Переключающее устройство размещают в баке трансформатора. Контакторы устанавливаются в отдельном, залитом маслом стальном кожухе, укрепленном как снаружи бака трансформатора, что обеспечивает наиболее удобную ревизию и ремонт их элементов, так и внутри бака трансформатора.

Поскольку при напряжении 220 кВ и выше реакторы переключающего устройства РПН получаются очень громоздкими, в таких трансформаторах применяют переключающие устройства с активными сопротивлениями, рассчитанными на кратковременную работу, что обеспечивается использованием мощных быстродействующих приводов контакторов со скоростями срабатывания порядка десятых долей секунды.

Рассмотренное устройство РПН называют встроенным.

Трансформаторы городских и сельских электрических сетей напряжением ниже 35 кВ снабжаются устройством переключения без возбуждения (ПБВ), т. е. с возможностью переключения ответвлений только при снятом напряжении. Трансформаторы с ПБВ имеют основное ответвление с номинальным напряжением и четыре ступени регулирования по 2,5%, т. е. дополнительные ответвления с изменением напряжения относительно его номинального значения на +5; +2,5; -2,5 % и -5% (±2×2,5%). Коэффициенты трансформации этих трансформаторов изменяются либо при изменении схемы электроснабжения, либо при переходе от сезонных максимальных нагрузок к минимальным и наоборот. Суточное регулирование в этих сетях возлагается на ЦП.

Устройство ПБВ также является встроенным устройством регулирования.

При проектировании электрической сети выполняется расчет режимов наибольших и наименьших нагрузок и проверяется возможность регулирования напряжения с помощью РПН или ПБВ установленных понижающих трансформаторов. Для этого определяется номер или напряжение ответвления, необходимого для достижения желаемого напряжения на шинах НН подстанции. В этом случае, как правило, регулирование напряжения осуществляется в соответствии с принципом встречного регулирования. Так как на сопротивлениях трансформатора имеется падение напряжения, то при выборе ответвления необходимо вычислить напряжение за сопротивлением трансформатора {У^^В)— напряжение на выводах обмотки НН, приведенное к напряжению ВН (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Трансформаторе РПН: а — обозначение на принципиальной схеме; 6 — схема замещения Напряжение на шинах НН вычисляется по формуле.

где AU — падение напряжение на сопротивлениях обмоток трансформатора; U_B — напряжение на шинах ВН; к_т — коэффициент трансформации, подлежащий определению; U_0TB — искомое напряжение ответвления.

Из (5.4) найдем напряжение ответвления U_0TB при условии, что напряжение на шинах НН равно желаемому напряжению.

^Н=^жсл;

Найденное по (5.5) напряжение ответвления следует использовать для определения ближайшего стандартного ответвления. Ряд стандартных напряжений ответвлений может быть получен по формуле.

где т — номер ответвления в сторону увеличения (знак плюс) или в сторону уменьшения (знак минус) коэффициента трансформации (т = 0, 1, …, w_m«_v); /и _v — максимально возможное количество от;

ветвлений трансформатора в сторону увеличения к_Т — п?," или в сторону уменьшения /и"_ах; обычно m_BVdX = w"_ax; AU_m._B и At/_0TB% — шаг изменения напряжения при переходе на соседнее ответвление в киловольтах и процентах соответственно. Следует заметить, что уменьшение коэффициента трансформации понижающего трансформатора приводит к увеличению напряжения на шинах НН, а увеличение — к его уменьшению.

Действительное напряжение на шинах НН с учетом выбранного ответвления.

Для проверки возможности регулирования напряжения с помощью ответвлений РПН или ПБВ можно нс определять напряжения ответвлений, а вычислить номер ответвления, обеспечивающий желаемое напряжение. Из (5.6) выразим номер ответвления т, заменив стандартное напряжение ответвления U_{OTB ст} на напряжение ответвления, полученное из (5.5):

Если т входит в допустимый диапазон номеров (0, 1, …, w_max), то регулирование возможно; в противном случае необходимы дополнительные средства регулирования напряжения на данной подстанции или изменение сделанных ранее проектных решений.

Пример 5.1. На подстанции установлено два понижающих трансформатора типа ТРДН-40 000/110. Выбрать ответвления РПН ±9×1,78% в режиме наибольших нагрузок при напряжении на шинах ВН U_H = 102 кВ. Мощность, передаваемая по трансформаторам со стороны ВН, равна + j’Q_l = 62 +./23 MB A. Номинальные напряжения обмоток трансформаторов U_{B ном} =115 кВ, U_{n ном} = 10,5 кВ. Сопротивление схемы замещения обмоток трансформатора (для двух трансформаторов) R = 0,7 Ом, Х= 17,4 Ом. Желаемое напряжение С_жел = 10,5 кВ.

Вычислим падение напряжения в сопротивлении схемы замещения трансформаторов:

Напряжение на обмотке НН, приведенное к напряжению обмотки ВН.

и напряжение ответвления.

Это напряжение соответствует ближайшему стандартному ответвлению минус 8 (от = -8) С_отв_₈ = 98,624 кВ. Действительное напряжение на обмотке НН с учетом установленного ответвления:

Если сразу вычислить номер ответвления, то будем иметь.