6. СХЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
а) Структура схем и основные определения
Большинство современных регуляторов напряжения снабжается устройством автоматического управления процессом переключения. Автоматизация регулирования напряжения позволяет улучшить качество электроэнергии, сократить расходы на обслуживающий персонал, обеспечить экономичную работу электрической сети и приемников электроэнергии. Поэтому в настоящее время автоматизируются не только небольшие сетевые регуляторы напряжения, установленные на опорах воздушных линий, но и регулирующие устройства средних и (крупных мощностей, работающие на подстанциях энергосистем.
При наличии современной аппаратуры регулирования и управления автоматизация регулирования напряжения специальных трансформаторов не представляет затруднений. Регулирующее устройство может реагировать на самые разнообразные величины: на изменения напряжения и нагрузки, учитывать одновременно обе эти величины, учитывать направление передаваемой реактивной мощности и др. В зависимости от назначения регуляторы напряжения могут отличаться отдельными элементами, однако в целом схемы регулирования напряжения строятся по общей методике.
Рассмотрим построение схемы автоматического регулирования напряжения с трансформатором средней мощности в качестве объекта регулирования. При работе нагрузка трансформатора, представляющая внешнее воздействие, не остается постоянной; ее изменения приводят к изменениям напряжения на выводах трансформатора, которое в нашем примере является регулируемой величиной. Воздействуя на устройство переключения ответвлений, можно поддерживать регулируемую величину постоянной или изменять ее по определенному закону.
На рис. 30 показана блок-схема автоматического регулирования напряжения трансформатора под нагрузкой. Регулирующее устройство трансформатора состоит из измерительного элемента, воспринимающего отклонения регулируемой величины от заданной эталонной, и регулирующего элемента, действующего на устройство переключения ответвлений. Эталонная величина (в нашем случае — уровень поддерживаемого напряжения) задается с помощью элемента настройки, который допускает корректировку этой величины в пределах ±10%. Как видно из блок-схемы, регулируемая величина подводится к измерительному элементу через вспомогательный блок преобразования, роль которого выполняет трансформатор напряжения. Таким образом, на измерительный элемент подается преобразованная регулируемая величина, в некотором масштабе представляющая напряжение на выводах трансформатора, благодаря чему этот элемент может быть облегчен.
Рис. 30. Блок-схема автоматического регулирования напряжения под нагрузкой для трансформаторов со встроенным переключением ответвлений.
Если, кроме поддержания напряжения на одном уровне, задачей регулирования напряжения является его изменение в зависимости от нагрузки, то преобразованная регулируемая величина должна быть также эквивалентна изменению нагрузки.
Измерительный элемент имеет уставку зоны нечувствительности, которая устанавливается в зависимости от величины ступени регулирования. Зона нечувствительности характеризует уровни напряжения, в пределах которых отклонения напряжения могут изменяться, не вызывая срабатываний регулятора. Для устойчивой работы устройства эта величина всегда должна быть больше ступени регулирования Ррег % на некоторую погрешность реле δ %.
В противном случае при переключениях отклонения напряжения будут выведены за пределы зоны нечувствительности, что приведет к повторным срабатываниям и качанию регулятора.
Воздействие измерительного элемента на регулируемый объект производится через некоторое время, позволяющее отстроиться от кратковременных изменений напряжения и предотвратить излишние срабатывания регулятора. Выдержка времени определяет время, в течение которого отклонения напряжения, превышающие зону нечувствительности, могут иметь место, не вызывая переключений. Если происходит длительное изменение напряжения, то но прошествии установленной выдержки времени исполнительный механизм приведет в действие переключатель трансформатора и произойдет переключение ответвлений. При этом напряжение изменится на величину ступени регулирования и отклонение будет введено регулятором в пределы зоны нечувствительности. Привод исполнительного механизма работает от постороннего источника питания переменного или реже постоянного тока. В рассматриваемом примере предусматривается непосредственная связь приводного механизма с исполнительным. На практике могут встретиться более сложные случаи связи, о которых будет сказано ниже.
б ) Реле для автоматического регулирования напряжения
В качестве первичного органа для автоматического регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой находят применение электромагнитные реле напряжения типа ЭН-146 или РРН-46. Реле, как правило, подключается на вторичное напряжение регулируемого трансформатора и лишь в редких случаях, например при одноступенчатых регуляторах, оно может быть включено на первичное напряжение (в этих случаях отсутствует обратная связь). Принципиальная схема включения реле показана на рис. 31.
Реле состоит из контрольно-измерительного элемента электромагнита 3, непосредственно реагирующего на изменение преобразованной регулируемой величины, главного контактного устройства 4, удерживающих катушек 5 и вспомогательного реле минимального напряжения 6. Катушка электромагнита подключается через вспомогательное сопротивление 2, имеющее переменную ступень R1 изменением которой устанавливается эталонная величина напряжения (она может изменяться в пределах 0,9—1,1 (UН).
Рис. 31. Принципиальная схема соединений реле для автоматического регулирования напряжения под нагрузкой силового трансформатора.
1 — реле напряжения типа РРН-46; 2 — блок вспомогательных сопротивлений типа ВС-246 ; 3 — измерительный орган; 4 —главные контакты реле; 5 — удерживающие катушки; 6 — реле минимального напряжения; 7— коромысло реле; 8 — противодействующая пружина.
Рис. 32. Схематическое изменение напряжения при ступенчатом регулировании напряжения трансформаторов.
1 — номинальное напряжение реле; 2 и 3 — верхний и нижний уровни срабатывания реле соответственно; 4 — зона удерживания реле; 5 — переключение на низшую ступень регулирования; 6 — диапазон нечувствительности реле; 7 — уровни напряжения отпускания реле; t1 — выдержка времени; t2 — время работы реле; t3 — время работы приводного механизма переключателя; Ррег — величина ступени регулирования; δ — погрешность реле.
При подведении к реле напряжения, равного эталонному Uпр, рычаг 7 находится в равновесном положении, так как вес сердечника уравновешивается силой электромагнитного притяжения и натяжением пружины 8. При повышении напряжения в контрольной цепи моменты электромагнитный и натяжения пружины становятся больше веса сердечника и он поднимается вверх. При этом левая пара контактов, расположенных на рычаге 7, замыкается и подается сигнал на снижение напряжения. При понижении напряжения вес сердечника перетягивает, он опускается вниз и замыкается правая пара контактов, что приводит в действие аппаратуру повышения напряжения. Для предотвращения вибрации главных контактов при мгновенных изменениях напряжения регулируемой цепи параллельно с измерительным элементом включается одна из удерживающих катушек 5, назначение которых притянуть якорек, укрепленный на конце рычага 7 после замыкания главных контактов реле. Этим достигается увеличение нажатия контактов реле и предотвращается их обгорание. Как следует из рис. 30, измерительный элемент или реле напряжения используется в качестве первичного датчика; остальные элементы управления только развивают функции этого реле.
На рис. 32 показано характерное изменение кривой напряжения при ступенчатом регулировании напряжения. Если изменение регулируемого напряжения происходит устойчиво с длительностью t, превышающей установленную выдержку времени t1, то регулятор срабатывает и изменяет напряжение внешней цепи на величину ступени регулирования. В противном случае (если изменение напряжения длится меньше выдержки времени переключений не последует.
Рис. 33. Шкаф элементов автоматики. 1 — реле регулирования напряжения; 2 — реле выдержки времени; 3 — ключи дистанционного управления; 4 — патрон сигнальной лампы.
Как видно из рис. 32, отпускание реле возможно только при напряжении, величина которого отличается от величины срабатывания. Зона действия удерживающих катушек реле (зона удерживания) выделена на рисунке штриховкой.
Реле регулирования напряжения, выдержки времени и ключи местного управления для удобства обслуживания устанавливают на общей панели. У трансформаторов средних мощностей с небольшими но размерам приводными механизмами эта аппаратура располагается вместе с исполнительным механизмом. Для более мощных трансформаторов (с 10 тыс. кВА и выше) при сравнительно сложных механизмах она располагается в отдельном небольшом шкафу, который может устанавливаться как на самом трансформаторе, так и на отдельном фундаменте. Внешний вид такого шкафа наружной установки для стабилизации напряжения показан на рис. 33.
