ГЛАВА III
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ СЕЛЬСКИХ ЛЭП
ТРАНСФОРМАТОРЫ СО СТУПЕНЧАТЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
Простым и в настоящее время наиболее экономичным способом является регулирование напряжения при помощи трансформаторов, имеющих ответвления обмоток. Все трансформаторы с напряжением от 6 до 220 кВ включительно имеют на обмотках высшего напряжения (а трехобмоточные также и на обмотках среднего напряжения) отпайки для регулирования напряжения при отключении всех обмоток. Трансформаторы мощностью до 5600 кВА включительно и напряжением ВН 3—35 кВ имеют два ответвления (+ 5% и —5%), трансформаторы большей мощности— четыре (±2x2,5%, а иногда +2,5% и 3X2,5%).
С 1963 года электропромышленность выпускает трансформаторы типа ТМ мощностью 25 + 630 кВА напряжением 6+35 кВ, имеющие ответвления ±2X2,5%. Регулирование напряжения на трансформаторах этого типа осуществляется переключателями, установленными на каждой фазе. Выбирая то или иное ответвление, можно получить в сети различные напряжения при неизменном напряжении па станции и неизменной суммарной потере напряжения. Этим способом нельзя, однако осуществлять частую регулировку напряжения, так как отключение трансформатора означает перерыв в электроснабжении.
Рис. 5. Схема работы переключателя трансформатора типа ТСМН, мощностью 100 кВА, напряжением 10/0,4 кВ (в скобках указаны отводы для регулирования напряжения между ответвлениями обмотки — 5%): R — активные токоограничивающие сопротивления.
Малый диапазон, неплавность регулирования и необходимость отключения трансформатора являются большими недостатками этого способа. Но в ряде случаев при рациональном пользовании ответвлениями такое регулирование дает положительный эффект (например, сезонное регулирование).
В условиях эксплуатации сельских сетей при частом колебании нагрузки наиболее удобны трансформаторы, имеющие устройства для регулирования напряжения под нагрузкой. Часто бывает достаточным переключение хотя бы одной ступени напряжения без разрыва цепи тока потребителя. Поэтому на небольших потребительских трансформаторах типа ТСМН-6-10/0,23—0,4 кВ мощностью 100 кВА, изготовляемых Ереванским электрозаводом, установлено простое переключающее устройство, обеспечивающее одноступенчатое регулирование в пределах 0... + 5% или 0... —5% от номинального напряжения (рис. 5).
Если к переключателю подключены ответвления
Z2 —Z1, У2—У1, X2-X1 (как и показано на рисунке), то регулирование напряжения может осуществляться между ответвлениями 0 и +5%, то есть предусматривается изменение надбавки трансформатора соответственно от + 5 до 0%. Если подключить отводы переключателя к ответвлениям 0 и —5% (то есть на Z2—Z3 и т. д.), то надбавка трансформатора будет меняться при переключении в пределах от +5 до +10%. Ответвления подключаются к переключателю при полном отключении трансформатора от сети, переключение же ответвлений в пределах одной ступени производится автоматически от магнитных усилителей, действующих на приводной соленоид. Прежнее положение переключатель занимает под действием возвратной пружины.
Скорость срабатывания одноступенчатых переключателей — около 0,05 сек. Благодаря быстроте срабатывания в переключателе применены малогабаритные активные токоограничивающие сопротивления. Недостатками данного устройства являются ограниченное число возможных переключений при наличии только одной ступени регулирования и весьма большой размер ступени (5%), что существенно снижает качество регулирования. Кроме того, длительное нахождение под током обмотки соленоида, помимо нагрева обмотки, вызывает потребление от сети достаточно большой мощности, что нежелательно.
До 1965 года наша промышленность изготовляла для сельского хозяйства многоступенчатые, регулируемые под нагрузкой трансформаторы типа ТМН, напряжением 35/10,5 кВ мощностью от 560 до 5600 кВА. Регулирование напряжения трансформаторов этого типа осуществляется восемью ступенями, причем для мощностей до 1000 кВА пределы регулирования составляют ± 10% (±4X2,5), а для мощности свыше 1000 кВА они равны ±8% (4X2%).
Рис. 6. Схема работы восьмиступенчатого переключателя трансформаторов типа ТМН.
Все переключения производятся с помощью специального переключателя (рис. 6). Для того, чтобы переключение выполнялось без разрыва цепи тока нагрузки, размыкание цепи предыдущего ответвления происходит после замыкания цепи последующей ступени регулировки.
Так как в промежуточном положении оба соседних ответвления оказываются замкнутыми контактами переключателя, то для того, чтобы не повредились витки короткозамкнутой секции, в схеме переключателя предусмотрено токоограничивающее сопротивление (реактор). Обладая большим индуктивным сопротивлением, реактор ограничивает величину тока, циркулирующего в короткозамкнутой секции в процессе переключения. В рабочем положении, когда оба подвижных контакта находятся на одном неподвижном, реактор оказывается зашунтированным.
Переключатель помещен в отдельный бак с маслом, отделенный от масла трансформатора. Неподвижные контакты размещены по внутренней окружности полого бакелитового цилиндра, подвижные контакты закреплены на вертикальном валу, расположенном внутри цилиндра. Привод вертикального вала осуществляется от приводного механизма с помощью электродвигателя.
Рис. 7. Схема работы переключателя трансформаторов типа ТСМАН.
В настоящее время Ереванским электрозаводом выпускается серия регулируемых под нагрузкой трансформаторов 1 и 2 габаритов напряжением 6, 10 и 35 кВ типа ТСМАН. Трансформаторы с напряжением 6—10/0,23— 0,4 кВ имеют мощность 60-560 кВА, а с напряжением 35/0,23—0,4 кВ — мощность 100 У-630 кВА. Пределы регулирования напряжения: 2X2,5% и +4X2,5% от номинального напряжения.
В трансформаторах этого типа применены многоступенчатые переключатели пакетного типа с бесконтактной схемой автоматического управления на полупроводниковых элементах. Моментное устройство приводного механизма обеспечивает быстродействие переключателя. В переключателе применены малогабаритные активные сопротивления (рис. 7). Переключатель расположен над магнитопроводом внутри бака трансформатора.
С повышением требований к качеству электроэнергии перед промышленностью была поставлена задача дальнейшего уменьшения величины ступени регулирования. Поэтому в соответствии с новым типажом, начиная с 1963 года, наша промышленность приступила к изготовлению более совершенных регулируемых трансформаторов типа ТМН. Диапазон регулирования напряжения у трансформаторов 1000 + 6300 кВА напряжением 6/35 кВ составляет 18% (±6X1,5%).
Трансформаторы типа ТМН имеют переключающие устройства типа РНТА — 35/200 и РНТА — 35/600, рассчитанные соответственно на токи 200 и 600 а. Они оснащены малогабаритными активными сопротивлениями и приводным механизмом, состоящим из трехфазного электродвигателя переменного тока, передаточных мальтийских шестерен и пружинного быстродействующего механизма. Кроме шестиступенчатой регулировки, имеется «грубая» ступень, равная половине диапазона регулирования. Для нее предусмотрен переключатель на два рабочих положения. Принципиальная схема переключающего устройства приведена на рис. 8.
Рис. 8. Схема работы переключателя ΡΗΤΑ.
Необходимо также отметить, что у трансформаторов этого типа вторичное номинальное напряжение повышено с 1,05U до 1,1Uн, то есть вместо 10,5 составляет 11 кВ. Это дает определенные преимущества при выполнении встречного регулирования напряжения.
С 1966 года промышленность будет выпускать трансформаторы типа ТМН мощностью 100-630 кВА, напряжением 20 и 35 кВ, с диапазоном регулирования 20% со ступенями 1,67% (±6Х 1,67%), а с 1967 года — трансформаторы мощностью 63-630 кВ напряжением 6—10 кВ с тем же диапазоном регулирования. Вторичное номинальное напряжение трансформаторов этого типа также повышено с l,05Uн до 1,1U н. Для регулирования напряжения в них применяются переключатели того же типа, что и в трансформаторах ТСМАН.
Очень часто на районных сельских подстанциях применяются трансформаторы мощностью 10 000 кВА и выше с напряжением 35 и 110 кВ. Их устанавливают на подстанциях энергосистем, питающих нагрузку сельскохозяйственных районов. Такие трансформаторы (например типа ТДН, ТДНГ, ТДТНГ) имеют переключающие устройства, позволяющие регулировать напряжение под нагрузкой в пределах ± 10% (±4X2,5%).
Наиболее распространенное из этих переключающих устройств типа РНТ-9 состоит из переключателей и трехфазного токоограничивающего реактора, установленных в общем баке с регулируемым трансформатором, масляных контакторов, расположенных в отдельном баке, и приводного механизма, установленного на стенке бака.
Новым типом, предусмотренным для электрификации сельских районов, являются регулируемые трансформаторы типа ТМН напряжением 150—НО кВ, минимальная, экономически целесообразная мощность которых равна 2500 кВА. Для первых образцов новых трансформаторов этого типа применяется переключатель РНТ-9, рассчитанный на ток до 150 а, с пределами регулирования ±10%. В последующих разработках его предполагают заменить более совершенным с диапазоном регулирования ±16% (±8 ступеней по 2%).
Для группового регулирования напряжения сельских потребителей, удаленных от питающей подстанции, могут применяться линейные вольтодобавочные трансформаторы и автотрансформаторы.
Наиболее простой конструкцией вольтодобавочного трансформатора для сельских электрических сетей является одноступенчатый трансформатор типа ВДТ-660/50-6, разработанный ВИЭСХ в 1959 году. Он предназначен для регулирования напряжения в сетях 6 кВ и имеет проходную мощность 660 кВА (собственная мощность 50 кВА). Первичная (низковольтная) обмотка ВДТ соединена в звезду и рассчитана на номинальное линейное напряжение 380 в. Вторичная (высоковольтная) обмотка, включаемая в рассечку линии 6 кВ, имеет номинальное фазовое напряжение 290 в и создает надбавку в сети 6 кВ, равную +7,5%. С помощью вольтодобавочного трансформатора обеспечивается автоматическое регулирование в сетях 6 кВ одной ступенью от 0 до + 7,5% от номинального напряжения.
Как показала практика эксплуатации, одноступенчатые трансформаторы ВДТ целесообразно использовать только в тех случаях, когда отсутствуют частые колебания напряжения, а количество изменений уровня напряжения в месте установки трансформаторов в зависимости от максимальной и минимальной нагрузок равно одному-двум. Поэтому, несмотря на сравнительную простоту и дешевизну вольтодобавочного трансформатора, применение одноступенчатого регулирования в значительной мере ограничено, что уменьшает общий экономический эффект регулирования.
Начиная с 1966 года, нашей промышленностью для сельских сетей будут выпускаться вольтодобавочные автотрансформаторы типа ЛТМ. Проходная мощность автотрансформаторов на напряжение 6—10 кВ, составляет 400 и 630 кВА, на напряжение 20—35 кВ — 630 кВА. Пределы регулирования напряжения: —5%+10% (—2Х2,5% + 4X2,5%), то есть несимметричные пределы.
Автотрансформаторы будут выполнены с алюминиевыми обмотками на сердечниках из холоднокатаной стали. Схемы соединения обмоток — γ/авто.
В качестве переключающего устройства используется шестиступенчатый переключатель, аналогичный применяемому в трансформаторе ТСМАН.
Рис 9. Схема работы переключающего устройства автотрансформатора.
Однако переключатель, используемый в автотрансформаторе, имеет в 1,5—2 раза большую длину (в связи с тем, что в нем между контактными системами разных фаз действует полное линейное напряжение сети), а также другую конструкцию токосъема контактов. Принципиальная схема переключающего устройства показана на рис. 9.
Как видно из рисунка, автоматическое регулирование выходного напряжения под нагрузкой осуществляется путем переключения витков вольтодобавочной обмотки при неизменном числе витков возбуждающей обмотки вольтодобавочного автотрансформатора. Для питания цепей управления имеется дополнительная низковольтная обмотка напряжением 400 в, соединенная по схеме γ.
После освоения заводами серийного выпуска вольтодобавочных автотрансформаторов пределы регулирования напряжения у них увеличатся до ±10%, и регулирование будет осуществляться 12 ступенями (+ 6X1,67% и — 6Х1,67 %).
Для городских и пригородных сетей 6 и 10 кВ подготовлены также к выпуску и более мощные линейные автотрансформаторы на проходные мощности 1600, 4000 и 6300 кВА. Эти трансформаторы также будут снабжены переключателями для регулирования напряжения под нагрузкой в пределах ±10% от поминального напряжения сети.
Таким образом, силовые трансформаторы и вольтодобавочные автотрансформаторы с многоступенчатым переключением под нагрузкой остаются пока основным средством для автоматического регулирования напряжения на сельскохозяйственных подстанциях и в сетях. Контактное переключение и ступенчатость регулирования напряжения являются общими недостатками всех этих трансформаторов.
