2. Регулирование напряженияна понижающих подстанциях

с двухобмоточными трансформаторами

Для регулирования напряжения на трансформаторах понижаю­щих подстанций устанавливают специальное устройство – регуля­тор под нагрузкой (РПН), представляющее собой автоматическое устройство, меняющее рабочее ответвление витков обмотки трансформатора и, следовательно, коэффициент трансформации трансформатора. Устройство устанавливают в трансформаторах напря­жением 35 кВ и выше и размещают в нейтрали обмотки ВН. Это позволяет, во-первых, иметь наиболее плавное регулирование, так как число витков у обмотки ВН больше, чем у НН; во-вторых, при переключениях выполняется коммутация меньших по величине токов, чем на стороне НН; в третьих, включение РПН в заземленную нейтраль на ВН значительно снижает требования к уровню изоляции устройства регулирования.

В упрощенном виде схема переключений ответвлений двухобмоточного трансформатора представлена на рис. 5.4.

На стороне ВН трансформатора последовательно соединяются нерегулируемая и регулируемая обмотки. Обе обмотки размещены на одном магнитопроводе, здесь же находится и обмотка НН. Регулируемая обмотка может иметь 12, 16 или 18 ступеней регулирования по 1,5 или 1,78%, т.е. диапазоны регулирования ±9, ±12 или ±16% U . Для простоты на рис. 5.7 показаны всего 4 ступени (±2).

Рис. 5.4. Упрощенная схема регулирования напряжения

двухобмоточного трансформатора

Переключающее устройство состоит из двух переключателей П₁ и П₂, двух контакторов K₁ 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. 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 выпол­няют в следующем порядке: отключается контактор K₁; 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 K₁ и П₁

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

Ввиду того, что 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. 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% (±2x2,5)%. Ответвления этих трансформаторов переключаются 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 выполняют расчет режимов наибольших и наименьших нагрузок и проверяют воз­можность регулирования напряжения с помощью РПН или ПБВ установленных понижающих трансформаторов. Для этого определя­ют номер или напряжение ответвления, необходимого для достижения желаемого напряжения на шинах НН подстанции. В этом случае, как правило, регулирование осуществляется в соответствии с принципом встречного регулирования напряжения. Так как на сопротивлениях трансформатора имеется падение напряжения, то при выборе ответвления необходимо вычислить напря­жение за сопротивлением трансформатора U_H^(В) – напряжение на выводах обмотки НН, приведенное к напряжению ВН.

Напряжение на шинах НН вычисляется по формуле

(5.1)

где U_H^(В) = |U_В – ∆U|; ∆U – падение напряжение на сопротивлениях обмоток трансформатора; U_В – напряжение на шинах ВН; k_т – коэффициент трансформации, подлежащий определению; U – искомое напряжение ответвления.

Из (5.1) найдем напряжение ответвления U_отв при условии, что напряжение на шинах НН равно желаемому напряжению, т.е. U_H = U_жел:

(5.2)

Вычисленное по (5.2) напряжение ответвления следует исполь­зовать для определения напряжения ближайшего стандартного ответвления. Ряд стандартных напряжений ответвлений может быть получен по формуле

U_{отв ст} = U_{В ном} ±m∆ U_отв = U_{В ном} ±m U_{В ном}, (5.6)

где m – номер ответвления в сторону увеличения (знак плюс) или уменьшения (знак минус) коэффициента трансформации (m = 0,1,..., m_max); m_max – максимально возможное количество ответвлений трансформатора в сторону увеличения k_т – m⁺_max или в сторону уменьшения m^-_max, обычно m⁺_max = m^-_max; ∆ U_отв и ∆ U’_отв – шаг изменения напряжения при переходе на соседнее ответвле­ние в киловольтах и процентах соответственно.

Следует заметить, что уменьшение коэффициента трансфор­мации приводит к увеличению напряжения на шинах НН, а увеличение – к его уменьшению.

Действительное напряжение на шинах НН с учетом выбранного ответвления

. (5.7)

Для проверки возможности регулирования напряжения с помощью ответвлений РПН или ПБВ можно не определять напряжения ответвлений, а вычислить номер ответвления, обеспе­чивающий желаемое напряжение.

. (5.8)

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