5.4. Регулирование напряжения на понижающих подстанциях с трехобмоточными трансформаторами и автотрансформаторами

Трехобмоточные трансформаторы на 110 и 220 кВ изготавливают с РПН только в обмотке ВН, а обмотка СН имеет ответвления ПБВ для изменения коэффициента трансформации 22,5 % от U_{С ном}.

Схема регулирования напряжения со стороны ВН на трехобмоточных трансформаторах такая же как у двухобмоточных трансформаторах. Однако изменение числа витков на стороне ВН приводит к изменению коэффициента трансформации как между обмотками ВН и СН k_тВ-С, так и между ВН и НН k_тВ-Н, рис. 5.9,а. Такое регулирование называется связанным (зависимым), т. е. обеспечение регулирование на одних шинах, например на шинах НН, вынуждено меняет напряжения и на других шинах – СН. Если графики нагрузок на шинах СН и НН схожи по форме, то вполне возможно, что устройства РПН окажется вполне достаточно для регулирования напряжения в сетях обеих ступеней номинальных напряжений.

Выбор ответвлений РПН трехобмоточного трансформатора выполняется точно так же как и для двухобмоточного трансформатора, с той лишь разницей, что перед этим необходимо определить – на какой из двух обмоток: СН или НН будет регулироваться напряжение. В зависимости от этого используется одна из нижеследующих формул.

.

(5.9)

Здесь U_жел в первой формуле соответствует напряжению обмотки СН, а во второй обмотке НН.

В случае, когда требования к регулированию напряжения на обеих системах шин противоречивы, устанавливаются дополнительные средства регулирования. К ним относятся КУ, рис. 2.9,б, и специальные регулировочные трансформаторы – линейные регуляторы (ЛР), которые включаются последовательно с одной из вторичных обмоток трансформатора, рис. 2.9,в.

ЛР выпускаются мощностью от 16 до 100 МВА на напряжение 6…35 кВ и предназначены для установки последовательно с нерегулируемыми обмотками трансформаторов, а также непосредственно в ЛЭП. Конструктивно по отношению к основному трансформатору эти устройства являются внешними.

На рис. 2.10 показана схема одной фазы ЛР типа ЛТДН с реверсивной обмоткой регулирования. Диапазон регулирования ЛР 101,5 % = 15 %.

От регулируемой обмотки (РО) через переключатели П₁ и П₂ питается обмотка возбуждения (ОВ) последовательного трансформатора (ПТ). В последовательной обмотке (ПО), включенной в рассечку линии, наводится ЭДС E, величина которой зависит от положения переключателей на регулируемой обмотке, а направление – от положения переключателя реверсирования (ПР).

Рис. 5.9. Регулирование напряжения на подстанции с трехобмоточным

трансформатором

Рис. 5.10 Схема одной фазы ЛР

В положении, изображенном на рис. 5.10, отрегулированное напряжение в линии (точка b) выше подведенного (точка a).

Работа переключающего устройства в ЛР выполняется так же как и в РПН двухобмоточного трансформатора. При необходимости снижения выдаваемого напряжения ЛР (точка b) переключатели П₁ и П₂ переводятся на одно ответвление вверх по направлению к ответвлению 10. После достижения последнего ответвления 10 (это соответствует регулированию 0 % от U_ном), переключатель реверсирования ПР переходит из положения 1 в положение 2, а переключатели П₁ и П₂, вращаясь по кругу (ответвления 10 и 1 являются соседними), на ответвление 1. Направление ЭДС в последовательной обмотке изменится на обратное, и передвижение переключающего устройства вверх от ответвления 1 к ответвлению 10 будет приводить к дальнейшему понижению напряжения в точке b.

Повышение выдаваемого напряжения идет в обратном порядке.

Выбор ответвлений для ЛР, как правило, не выполняется. Так как сопротивление последовательной обмотки ЛР очень мало (меньше 1 ома), то в целях проверки эффекта от регулирования нужно просто увеличить или уменьшить подводимое напряжение к ЛР в (1  mU_отп*) раз. Здесь m – номер ответвления (m = 0…10), а U_отп*  относительная величина ступени регулирования ЛР (для 1,5 % это составляет 0,015). Таким образом, максимальная величина добавки напряжения ЛР составляет 0,15U (U – величина подведенного напряжения к ЛР).

На подстанциях с номинальным напряжением 220 кВ и выше устанавливаются автотрансформаторы.

Устройство регулирования напряжения (РПН) у автотрансформаторов встраивается на линейном конце обмотки СН, что обеспечивает изменение коэффициента трансформации только между обмотками ВН и СН  k_тВ-С, рис 5.11,а. Регулирование напряжения на обмотке НН автотрансформатора может быть выполнено путем установки ЛР последовательно с обмоткой НН или с помощью КУ.

Рис. 5.11. Схемы регулирования напряжения автотрансформатора:

а – на линии со стороны СН и б – с помощью ВДТ

Для выбора ответвлений РПН на автотрансформаторе следует вычислить ориентировочное напряжение ответвления

,

(5.10)

где U_жел – желаемое напряжение на обмотке СН;  напряжение на стороне СН, приведенное к напряжению обмотки ВН.

Полученное напряжение ответвления используется для подбора ближайшего стандартного напряжения ответвления.

Пример. Выбрать ответвление на автотрансформаторе типа АТДЦТН-125000/220/110 с РПН в обмотке СН 62 % в режиме наибольших нагрузок.

Расчетная схема замещения автотрансформатора с сопротивлениями обмоток и нагрузками на сторонах СН и НН представлена на рис 5.12.

Рис. 5.12. Расчетная схема замещения автотрансформатора

Номинальные на­пря­жения обмоток ВН/СН/НН: 230/121/11 кВ.

Напряжение со сто­роны обмотки ВН U_В = 235 кВ. Желаемое напряжение на шинах СН U_жел не ниже 122 кВ.

Для простоты расчетов пренебрежем активными сопротивлениями обмоток, а для удобства обозначения параметров режима на схеме введем обозначения точек в начале и конце каждой ветви.

Все величины, изображенные на расчетной схеме и приведенные ниже в расчете выражены в киловольтах, мегаваттах, мегаварах и омах. Расчеты выполним в системе Mathcad.

Расчет потоков мощностей:

Расчет напряжения на обмотке СН, приведенного к напряжению обмотки ВН:

Напряжение ответвления:

Подберем стандартную отпайку. Возьмем отпайку +5:

Действительное напряжение на обмотке СН:

Это значение соответствует требуемому условию для U_C  U_жел = 122 кВ.

До 1985 г. у автотрансформаторов устройства РПН устанавливались встроенными в нейтраль (как у трехобмоточных трансформаторов), что обусловливало связанное регулирование напряжения на обмотках СН и НН. Это обстоятельство сильно ограничивало возможности регулирования на автотрансформаторах. Сегодня в энергосистемах осталось еще достаточно много автотрансформаторов старого типа.

Иногда для регулирования напряжения в автотрансформаторах используются устройства, схожие с ЛР, которые называются вольтодобавочными трансформаторами (ВДТ), специальная обмотка которых соединяется последовательно с обмотками фаз ВН, рис. 5.11.б.

ВДТ состоит из двух трансформаторов – питающего трансформатора, состоящего из питающей обмотки (ПО) и регулирующей обмотки (РО), и последовательного трансформатора, который имеет последовательную обмотку – ПО и вольтодобавочную обмотку – (ВДО), рис 5.13.

Первичная обмотка питающего трансформатора может получать питание от фазы А или фаз В, С. Вторичная обмотка питающего трансформатора имеет такое же переключающее устройство, как РПН. Один конец обмотки возбуждения последовательного трансформатора подключен к средней точке (нулевому ответвлению) регулирующей обмотки, другой к переключающему устройству ПУ.

Вольтодобавочная обмотка последовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой ВН автотрансформатора и добавочная ЭДС E складывается с напряжением обмотки ВН. Питание ВДТ осуществляется от обмотки НН автотрансформатора.

Регулирование с помощью ВДТ добавляет ЭДС к напряжению обмотки ВН и СН:

(5.11)

Рис. 5.13. Схема регулирования ВДТ

Если на первичную обмотку питающего трансформатора подается напряжение фазы A, то напряжение обмотки ВН автотрансформатора регулируется по модулю, рис 5.14,а. Если питание осуществляется от фаз B и C, то E оказывается сдвинутой по фазе относительно ЭДС фазы A автотрансформатора, рис. 5.14,б.

Рис. 5.14. Векторные диаграммы фаз напряжений при: а – продольном, б – поперечном и в – продольно-поперечном регулировании напряжения

Регулирование напряжения по модулю, когда E_A и U_A совпадают по фазе, называют продольным. Регулирование напряжения по фазе, когда E_A и U_A сдвинуты на 90, называют поперечным. Регулирование напряжения по модулю и фазе называется продольно-поперечным – рис. 5.14,в.

Регулирование напряжения по фазе имеет другие цели, нежели поддержание напряжения у потребителей. Об этом будет рассказано в разделе 6.