Регулируемые трансформаторы - Требования к устройствам регулирования напряжения

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
12. ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВАМ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ

а)    Общие требования

Кроме надежности в работе, к устройствам регулирования напряжения под нагрузкой предъявляют требования, которые в зависимости от назначения и конструкции устройств могут быть различными. Ограничиваясь рассмотрением регулируемых под нагрузкой трансформаторов средних мощностей, укажем на некоторые требования эксплуатации, которым они должны удовлетворять.
В процессе эксплуатации регулируемые трансформаторы должны обеспечивать необходимые уровни напряжения в тех точках сети, где они установлены. В соответствии с режимами потребления электроэнергии эти уровни могут поддерживаться либо постоянными независимо от нагрузки, либо принудительно изменяться с нагрузкой, например повышаться при ее увеличении и снижаться с уменьшением нагрузки (встречное регулирование). В процессе эксплуатации предпочтение отдают второму способу регулирования, обеспечивающему больший экономический эффект.
Размер встречного регулирования, а также уровни напряжения определяются только после соответствующих расчетов или проверки отклонений напряжения в наиболее характерных точках потребления (например, у ближайших и наиболее удаленных потребителей).
Получение тех или иных уровней связано с использованием имеющегося диапазона регулирования, т. е. работой трансформаторов с отличными от номинального коэффициентами трансформации. При этом желательно наиболее равномерно использовать имеющийся диапазон регулирования. Однако при встречном регулировании напряжения в основном будут использоваться ответвления, повышающие напряжение, что обусловлено необходимостью не только скомпенсировать зависимые от нагрузки потери напряжения в трансформаторе, но и поддерживать выше номинального вторичное напряжение для компенсации потерь в отходящих линиях. Для обеспечения необходимых коэффициентов трансформации напряжение, подведенное к ответвлениям, может быть выше значений, на которые рассчитана данная ступень регулирования.

В соответствии с нормами напряжение, подводимое к первичной обмотке трансформатора, не должно превышать значений, указанных на щитке трансформатора, для соответствующих ответвлений более чем на 5%. В противном случае насыщение магнитной системы трансформатора возрастет, что может привести к увеличению потерь и нагрева, а в отдельных случаях также к искажению кривой напряжения. Поэтому при выборе режимов .работы стремятся не допускать перевозбуждения магнитной системы трансформатора во избежание осложнений в его работе.
При эксплуатации регулирующих устройств стремятся так выбрать уставки измерительных реле, чтобы получить необходимый регулирующий эффект при минимальном числе срабатываний и, следовательно, наименьшем износе переключающей аппаратуры. Это достигается правильным выбором уставок среднего уровня регулируемого напряжения, размера зоны нечувствительности устройства и выдержек времени. Обязательным условием является сохранение качества регулирования напряжения.
При эксплуатации любых конструкций должны быть обеспечены возможность удобного наблюдения за работой приводного механизма, контроль числа срабатываний и сигнализация положений переключателя, а также возможность ручного аварийного переключения. Устройство должно выдерживать положенное между двумя ревизиями число срабатываний независимо от состава и колебаний нагрузки.
При решении вопросов регулирования напряжения с помощью специальных трансформаторов наибольший экономический эффект достигается за счет установки минимального числа таких трансформаторов, которые наиболее полно реагируют на изменения режимов напряжения и нагрузки сети. При этом предпочтение отдается многоступенчатым регуляторам напряжения, создающим необходимые добавочные напряжения в линии, размер которых зависит от принятого диапазона регулирования и может быть не только положительным, но и отрицательным.
В условиях распределительных сетей наибольшее применение найдут трансформаторы, снабженные, кроме регулируемой под нагрузкой обмотки, также дополнительными ответвлениями еще в одной из обмоток. За счет этих ответвлений можно так подобрать постоянный коэффициент трансформации, чтобы скомпенсировать потери напряжения в питающей сети, вызванные удаленностью трансформатора, а регулируемый диапазон использовать только для компенсации изменений напряжения, вызванных нагрузкой. Таким образом, регулировочные ответвления будут использованы для создания режимов напряжения, наиболее полно отвечающих требованиям потребителей.

б)  Выбор уставок регулирующего органа

Орган автоматического управления переключателя ступеней может быть настроен как для поддержания постоянным регулируемого напряжения, так и для изменения этого напряжения в некоторых пределах. При выборе уровней напряжения, поддерживаемых регулирующим органом, учитывают требования нагрузки, стремясь создать наилучшие условия по напряжению для большей части потребителей. Важным обстоятельством являются также условия работы регулятора. Так, при значительных потерях напряжения в сети до места установки регулятора в ряде случаев трудно обеспечить достаточно высокие уровни регулируемого напряжения. Возможность поддержания этих уровней определяется в каждом отдельном случае, исходя из имеющегося диапазона регулирования.
Для постоянства напряжения на вторичной стороне трансформатора реле регулирования напряжения или устройство, выполняющее его функции, настраивают на определенную величину, в некотором масштабе представляющую требуемый уровень напряжения в сети. Однако фактические уровни будут отличаться от принятых за счет нечувствительности регулирующего устройства, обусловленной ступенчатым характером регулирования напряжения. Зону нечувствительности можно определить как разность верхних и нижних уровней напряжения от номинального при малой и полнойнагрузках:.

Такое предположение справедливо, если считать, что верхний уровень напряжения является характерным при малых нагрузках, когда регулирующее устройство обычно снижает напряжение, а нижний уровень имеет место при возрастании нагрузки в моменты, предшествующие переключению на более высокое напряжение. Попутно отметим, что некоторая зона нечувствительности будет иметь место и в случае так называемого плавного регулирования (регуляторами с подвижной катушкой); она обусловлена выдержками времени, инерционностью механизма и поэтому понятие «плавное» является чисто условным.
Задаваясь зоной нечувствительности или зная уровень напряжения на шинах подстанции, определим средний уровень напряжения, на который настраивается реле:

Зная средний уровень напряжения, получим уставку реле регулирования напряжения:

где Uн.п — номинальное напряжение реле, в. Тогда, если подвести к регулирующему органу напряжение, равное Uρ, последнее будет устанавливаться в равновесном положении и будет посылать сигнал на переключение, когда отклонения выйдут за пределы диапазона  нечувствительности, т. е. будут вышеили ниже. Таким образом, средний уровень напряжения, при ступенчатом регулировании является величиной условной. Так как действительные уровни напряжения будут лежать в пределах диапазона нечувствительности Uн, то на них и следует ориентироваться при дальнейшем расчете уровней напряжения сети. Так, для максимальной нагрузки потерю напряжения в отходящей линии следует уменьшать на величину , имея в виду ступенчатый способ регулирования напряжения. Таким образом, чем больше диапазон нечувствительности, тем меньше величина допустимой потери напряжения в линии.
Обычно уставку реле напряжения для подстанционных регуляторов принимают такой, чтобы обеспечить уровни выходного напряжения регулятора выше номинального напряжения сети, однако, как было замечено, размер этого превышения зависит от наличия запаса в повышающих напряжение ступенях регулирования. При этом следует также учитывать требования ближайших потребителей электроэнергии, чтобы не допустить для них чрезмерного повышения напряжения в период малых нагрузок. Например, для трансформаторов напряжением 35/6—10 кВ наибольший допустимый уровень вторичного напряжения будет+

+—средний уровень напряжения на шинах 6—10 кВ;—допустимые отклонения напряжения у ближайшего потребителя в сети низшего напряжения, а—потеря напряжения в трансформаторе потребителя, питающем эту сеть в режиме минимальной нагрузки. Уровень напряжения на шинах при максимальной нагрузке практически ограничивается лишь возможностями самого регулятора.
Если требуется изменение среднего уровня напряжения в соответствии с нагрузкой (встречное регулирование), то расчет уставки проделывают дважды для нижнего и верхнего уровней напряжения. Такой расчет, а также способы выполнения встречного регулирования рассмотрены в гл. 5.

в )   Выбор зоны нечувствительности

 Зона нечувствительности регулирующего устройства определяет точность регулирования напряжения, а также такие показатели, как число переключений и, следовательно, износ переключающего механизма. Чем меньше зона нечувствительности, тем чаще будет срабатывать переключатель и качество регулирования напряжения будет выше. В общем случае нечувствительность регулирующего устройства в процессе эксплуатации не остается постоянной и меняется в зависимости от скорости изменения подведенного напряжения, размеров выдержек времени и погрешности самого устройства. Однако эти изменения незначительно влияют на величину зоны нечувствительности, которая устанавливается регулировкой измерительного органа и выбирается, исходя из величины ступени регулирования и допустимой погрешности устройства.

Задачей выбора зоны нечувствительности является получение необходимой точности регулирования при минимальном числе переключений. Кроме того, зона нечувствительности должна быть достаточной, чтобы исключить качания регулятора, и поэтому она должна быть всегда больше существующей ступени регулирования. Можно рекомендовать принимать зону нечувствительности равной не ниже 120—140.% напряжения ступени (и не выше 200%). Так, при ступенях регулирования, равных 2,5%, зона нечувствительности может быть равна 3—3,5%, причем последнее значение даст более устойчивое регулирование. Точность регулирования при этом может быть определена как ±(1,5—1,75)%, что вполне достаточно для данной величины ступени.
При значительных изменениях напряжения и малой зоне нечувствительности частота переключений заметно увеличивается, переключающее устройство изнашивается быстрее и требуются более частые ревизии и осмотры переключающей аппаратуры. В этих случаях можно увеличить зону нечувствительности, несколько снизив общую точность регулирования напряжения. Однако чрезмерное увеличение зоны нечувствительности может привести к потере качества регулирования, когда отклонения напряжения на выходе регулятора станут весьма большими, что равносильно отсутствию регулирования напряжения вообще. На рис. 43 приведены графики изменения напряжений на выходе регулируемого трансформатора с величиной ступени регулирования 2,5% и весьма большой зоной нечувствительности (около 5,5%) и при отсутствии регулирования. Из рисунка видно, что такая низкая точность (±2,75%) равноценна отсутствию какого-либо регулирования, так как отклонения напряжения в обоих случаях лежат примерно в одних и тех же пределах. Таким образом, увеличение зоны нечувствительности в 2,2 раза по сравнению с рассмотренной ступенью регулирования 2,5% является недопустимым.
Некоторое снижение числа переключений при незначительном ухудшении качества может быть получено при неизменной зоне нечувствительности за счет увеличения выдержек времени. Выбор этой величины также имеет большое значение при эксплуатации регулирующих устройств.

Рис. 43. График, характеризующий отклонения напряжения при работе регулируемого трансформатора с большой зоной нечувствительности (а) и без регулирования напряжения под нагрузкой (б). 1 — график изменения напряжения на вторичной стороне трансформатора; 2— диаграмма переключений; 3 — график нагрузки трансформатора; Дн — зона нечувствительности.