Автоматические устройства управления режимами работы трансформаторов

Автоматическое отключение и включение трансформатора для уменьшения потерь энергии. В процессе эксплуатации нагрузка па­раллельно работающих трансформаторов не остается постоянной. При ее снижении может оказаться целесообразным один из трансформаторов отключить, а при восстановлении нагрузки включить снова. Это обусловлено получением минимальных потерь электроэнергии в трансформато­рах. Отключение и включение трансфор­матора можно производить автомати­чески.

На рис. 13.17 показана схема устрой­ства автоматики с пусковым органом то­ка, состоящим из минимального КА1 и максимального КА2 измерительных реле тока [36]. Реле включены на сумму то­ков İ_р = İ _{2 I} + İ_2II параллельно работаю­щих трансформаторов (рис. 13.17, а).

При полной загрузке трансформаторов оба ре­ле держат соответствующие контакты KA 1, КА2 разомкнутыми. Снижение нагрузки до некоторого критического по экономичности режимов работы трансформаторов значения

I_кр = (0,6 ÷ 0,8)I_{т. ном} вызывает срабатывание минимального реле тока КА1 и его контакт КА1 замыкает цепь обмотки промежуточного реле KL 1 (рис. 13.17, б). Это ре­ле при срабатывании контактом KL 1.1 разрывает цепь обмотки реле KL 2, контактом KL1.2 приводит в действие реле времени КТ и контактом KL 1.3 подготавливает цепь на отключение выключателей одного из трансформаторов. По истечении задан­ной выдержки времени замыкается контакт КТ1 реле времени в цепи обмотки промежуточного реле KL 3, которое, срабатывая, отключает трансформатор. При увеличении нагрузки выше критической срабатывает максимальное реле тока КА2 и приходят в действие реле KL2, КТ и KL 4; при этом трансформатор вклю­чается. В схеме автоматики цепи реле KL1 и KL2 взаимосвязаны так, что исклю­чается возможное одновременное действие автоматики на отключение и на вклю­чение.

Устройство автоматики с помощью реле KL 5 выводится из работы при от­ключении любого из выключателей трансформаторов ключом управления, сред­ствами телемеханики или релейной защитой. При этом цепь обмотки реле замы­кается контактами реле KQC 1 — KQC 4 включенных положений выключателей трансформаторов. Автоматика вводится в действие только при включении всех четырех выключателей.

Токи срабатывания пускового органа определяются из следую­щих соотношений:

Ic.p1 = Iкр / (k _запK_I); I_c.p.2 = k _зап I _кр / K_I,

где k_зап = 1,05÷1,1.

В пусковом органе схемы автоматики необходимо использовать реле с высоким коэффициентом возврата

k_в2 = 0,9 ÷ 0,95 макси­мального и k_в1 = 1,1÷1,05 минимального реле соответственно. Для исключения одновременного срабатывания реле КА1 и КА2 необходимо выполнить следующие условия:

I_с.р1.< I_{в. р2} и I_{в. р1}< I_с.р2

где I_{в. р2}= k _в2 I_с.р2 и I_{в. р1}= I_с.р1/ k _в1

Выдержка времени реле КТ принимается равной t _c.p = 3÷5 с. Возможны н другие принципы выполнения устройства отключения и включения трансформатора, например в соответствии с задан­ной программой, разработанной на основе графика нагрузки.

В эксплуатации обычно трансформаторы работают раздельно каждый на определенную секцию шин. В нормальном режиме сек­ционный выключатель отключен (см. рис. 13.16, а). Он включа­ется устройством АВР при аварийном отключении одного из транс­форматоров. Однако с точки зрения уменьшения потерь в транс­форматорах может оказаться целесообразным оставить в работе только один трансформатор и в нормальном режиме. Поэтому дей­ствие рассмотренной автоматики отключения и включения транс­форматоров должно быть согласовано с действием устройства АВР. При этом должна быть обеспечена такая последовательность пере­ключений: при снижении нагрузки и отключении одного из транс­форматоров сначала включается секционный выключатель Q4, а затем последовательно отключаются выключатели Q1 и Q2 со стороны низшего и высшего напряжения трансформатора; при уве­личении нагрузки сначала включается выключатель Q2 со стороны высшего напряжения, а затем выключатель Q/ со стороны низшего напряжения трансформатора, после этого отключается секционный выключатель Q4.

Для такого согласованного действия и определения необходи­мости переключений трансформаторов нужно измерять две вели­чины: суммарный ток трансформаторов и ток нагрузки одной из секций. После отключения единственного работающего трансфор­матора устройство АВР должно включить другой трансформатор. При работе двух трансформаторов и аварийном отключении од­ного из них устройство АВР действует на включение секционного выключателя.

Автоматическое регулирование напряжения трансформаторов. Нормальная работа потребителей электроэнергии обеспечивается при определенном напряжении. Отклонение напряжения в ту или другую сторону приводит к снижению качества продукции, сокра­щение срока службы электротехнического оборудования, повыше­нию его повреждаемости и т. п. Этим определяется необходимость поддерживать напряжение у потребителя на заданном уровне. Тре­буемые условия и экономичность всей системы электроснабжения наиболее полно обеспечиваются при автоматическом регулирова­нии напряжения. При наличии на подстанциях и в трансформатор­ных пунктах трансформаторов, снабженных устройствами для ре­гулирования под нагрузкой (УРПН), появляется возможность ав­томатически регулировать напряжение путем переключения числа витков одной из обмоток трансформатора без его отключения. Обычно переключающее устройство располагают на стороне выс­шего напряжения.

Трансформатор с УРПН поставляется заводами с автоматиче­ским регулированием напряжения (АРНТ). Совместно с трансфор­матором APНT образует автоматическую систему регулирования коэффициента трансформации. Основными характеристиками ав­томатической системы регулирования являются:

ступень регулирования U_ст — напряжение между двумя ответ­влениями обмотки, выраженное в процентах от ее номинального напряжения; в зависимости от типа трансформатора U_ст = 1,25÷2,5 %;

зона нечувствительности ΔU_нч — некоторый диапазон изменения напряжений, при котором не происходит срабатывания автомати­ческого регулятора; зону нечувствительности выражают в процен­тах относительно номинального напряжения; для исключения из­лишних срабатываний регулятора зоны нечувствительности долж­на быть больше ступени регулирования, т. е. ΔU_нч > U_ст;

точность регулирования — показатель, характеризуемый из­менением напряжения, равным- половине зоны нечувствитель­ности;

выдержка времени — параметр, исключающий действие регуля­тора при кратковременных отклонениях напряжения;

уставка регулятора — напряжение, которое должен поддержи­вать регулятор.

Процесс регулирования иллюстрируется графиками, показанны­ми на рис. 3.18. Линией 3 обозначена уставка регулятора, а линия­ми 5 и 1 — границы зоны нечувствительности ΔU_нч, определяющие значения напряжения, при кото­рых регулятор приходит в дейст­вие. Как следует из графиков, требуемое значение напряжения (прямая 3) поддерживается с точностью, равной ±ΔU_нч /2. В об­щем случае регулятор имеет коэф­фициент возврата, отличающийся от единицы. На рис. 13.18, а на-напряжения возврата изображе­ны штриховыми прямыми 4 и 2. Регулятор находится в состоянии после срабатывания до тех пор, пока напряжение на его входе на­ходится за пределами зоны, огра­ниченной напряжениями возвра­та. Переключение ответвлений происходит, если время отклоне­ния напряжения за пределы зоны нечувствительности превышает выдержку времени регулятора t ₁и время действия приводного ме ханизма t ₂, вместе взятых. При этом график напряжения из точки m скачкообразно переходит в точку п, т. е. напряжение увеличивает­ся на ступень регулирования U_ст. При втором срабатывании регу­лятора переключения не происходит, так как время регулятора t ₃ < t₁ +t₂.

Очевидно, что увеличение зоны, определяемой разностью на­пряжений срабатывания (линии 5 и 1) и возврата (линии 4 и 2)регулятора, т. е. снижение коэффициента возврата, приводит к сни­жению точности автоматического регулирования напряжения.

В настоящее время наряду с АРНТ, поставляемыми заводами комплектно с трансформаторами, в ряде энергосистем эксплуати­руются регуляторы, изготовленные собственными лабораториями. Несмотря на разнообразие выполнения, регуляторы напряжения могут быть представлены единой функциональной схемой, содержа­щей три функциональные части (на рис. 13.18,б измерительную ИЧ, логическую ЛЧ и исполнительную Ис. Ч).

Характерным элементом измерительной части является эле­мент встречного регулирования ЭВР, обеспечивающий статическую характеристику регулятора. Это необходимо для поддержания на­пряжения у потребителя Un на заданном уровне независимо от тока нагрузки I_н. Напряжение у потребителя Ů _II = Ů _III — İ _н Z _Л, поэтому с увеличением İ _н Z _Л необходимо увеличивать и напряжение на шинах U_Ш подстанции так, чтобы напряжение U_II оставалось постоянным. Поэтому элемент встречного регулирования, пред­ставляющий собой устройство установки статизма (см. § 12.9), выполнен по схеме токовой компенсации, с помощью которой ими­тируется падение напряжения İ _н Z _Л ~ İ _н2 Z _Т.К. Схема токовой ком­пенсации подключается к трансформаторам тока ТА, так, что уве­личение тока Iн регулятор воспринимает как понижение напряже­ния на шинах и действует в сторону его повышения.

Измерительный орган напряжения ИОН содержит элемент сравнения напряжения ЭС и усилители У1 и У2 с релейной харак­теристикой. Элемент сравнения осуществляет сравнение напряже­ния U_вх = |Ů_III2—İ_н2 Z _т.к| с заданным напряжением. В зависимо­сти от знака отклонения напряжения он воздействует на соответ­ствующий релейный усилитель У1 или У2. Измерительный орган выполняют по-разному. В простейшем случае для этого можно ис­пользовать два электромагнитных реле напряжения: минимальное и максимальное. В современных регуляторах используются изме­рительные органы, составной частью которых является диодная схема сравнения абсолютных значений двух электрических вели­чин — напряжения на входе измерительного органа и эталонного напряжения, устанавливаемого стабилитронами или туннельными диодами [78, 79]. В автоматическом регуляторе типа АРТ-1Н [60] измерительный орган напряжения изменяет частоту импульсов в зависимости от знака отклонения напряжения. Такие измери­тельные органы имеют высокий коэффициент возврата и изменяе­мую зону нечувствительности.

Логическая часть содержит элемент выдержки времени ЭВ и элементы ИЛИ, И. Выдержка времени необходима для исключе­ния действия регулятора при кратковременных изменениях напря­жения. Уставка по времени выбирается такой, чтобы обеспечить качественное регулирование напряжения при минимально возмож­ном количестве переключений в сутки. В зависимости от графика изменения напряжения на подстанции уставка по времени прини­мается в пределах t ₁ = 1÷5 мин. Элементы ИЛИ, И выполняют соответствующие логические операции, обеспечивающие функцио­нирование регулятора в целом.

Исполнительная часть содержит реле Р1 и Р2, при срабатыва­нии которых создаются воздействия на привод переключателя от­ветвлений. Регулятор действует так, что при повышении напряже­ния срабатывает реле Р1, а при понижении напряжения — ре­ле Р2.

Наиболее совершенным из известных регуляторов, выполнен­ных на основе бесконтактных элементов, является регулятор типа АРТ-1Н [60]. Он обеспечивает автоматическое регулирование на­пряжения на подстанциях, как с непрерывно, так и с резко изменя­ющейся нагрузкой и имеет возможность введения внешнего изме­нения уставки по напряжению; возможность группового регулиро­вания параллельно включенных трансформаторов, контроля исправности элементов собственной схемы и привода УРПН. В экс­плуатации находятся и более простые регуляторы, такие, например, как регулятор типа БАУРПН [80].

Глава 14