Способ изменения коэффициента трансформации силового трансформатора
METHOD FOR CHANGING TRANSFORMATION RATIO OF POWER TRANSFORMER

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к регуляторам коэффициента трансформации трансформаторов (РКТ). Использование РКТ в электрических сетях позволяет обеспечивать поддержание необходимого уровня напряжения в месте их подключения за счет изменения величины коэффициента трансформации силового трансформатора, путем изменения числа витков обмотки высокого напряжения (ВН).
Известен способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой путем коммутации ответвлений обмоток силового трансформатора с помощью двунаправленных симисторных электронных ключей, указанный  в патенте на полезную модель «Устройство переключения ответвлений обмотки трансформатора» (RU № 158346, МПК H02P 13/06, опубликовано 27.12.2015), по которому задают коэффициент трансформации силового трансформатора, осуществляют переключение ответвлений обмотки ВН, подключенной к питающей сети, при помощи симисторных электронных ключей, что дает возможность ступенчатого изменения коэффициента трансформации и, следовательно, изменения напряжения на вторичной обмотке низкого напряжения (НН). С целью синхронизации управления симисторными электронными ключами осуществляют контроль входного напряжения.
Недостатками способа является необходимость использования синхронизации управления симисторными электронными ключами  по информации о входном напряжении, что приводит к усложнению схемы управления ключами.
Известен  способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой путем коммутации ответвлений обмоток силового трансформатора с помощью двунаправленных тиристорных ключей, описанный в патенте на изобретение «Способ переключения ответвлений обмотки трансформатора и устройство для его осуществления» (RU № 2274945, МПК H02P 13/06, опубликовано 20.04.2006), в соответствии с которым задание коэффициента трансформации устанавливается посредством переключения ответвлений секционированной обмотки ВН при помощи двунаправленных тиристорных ключей с использованием измерений напряжения питающей сети и токов тиристорных ключей, при этом переключения тиристорных ключей производят блоком управления с учетом того, что после перехода тока через нулевое значение измеряют уровень входного напряжения и производят повентильное управление тиристорами в зависимости от времени, оставшегося до смены полярности напряжения.
Недостатками способа являются: необходимость использования датчиков тока в каждой ветви двунаправленных тиристорных ключей, а также использование повентильного управления двунаправленными тиристорными ключами (в отличие от поключевого), что в совокупности снижает надежность работы и усложняет устройство, реализующее способ.
За прототип принят способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой и устройство для его реализации, включающий контроль напряжения питающей сети (RU № 2711589, МПК H02P 13/06, опубликовано 17.01.2020), в котором с помощью блока управления осуществляют подачу импульсов управления на двунаправленные тиристорные ключи, каждый из которых содержит по два встречно-параллельно соединенных тиристора, включенных в цепях ответвлений обмоток трансформатора, осуществляют контроль тока в питающей сети и фиксируют временные интервалы, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измеряют фазовый сдвиг между током и напряжением питающей сети и, в зависимости от требований по управлению напряжением на выходе трансформатора и сдвига фаз между током и напряжением питающей сети, осуществляют управление соответствующими двунаправленными тиристорными ключами на соответствующих фиксированных временных интервалах.
Недостатками способа является то что, осуществляют контроль тока в питающей сети и фиксируют временные интервалы, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измеряют фазовый сдвиг между током и напряжением питающей сети и, в зависимости от требований по управлению напряжением на выходе трансформатора и сдвига фаз между током и напряжением питающей сети, осуществляют управление соответствующими двунаправленными тиристорными ключами на соответствующих фиксированных временных интервалах, что в совокупности снижает надежность работы и усложняет устройство, реализующее способ.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение схемы управления, повышение надежности и уменьшение времени переключения в способе изменения коэффициента трансформации силового трансформатора.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в сокращении времени переключения питающей сети с одной отпайки на другую.
Способ изменения коэффициента трансформации силового трансформатора, включающий соединение всех отпаек трансформатора с питающей сетью через силовые электронные ключи, один из которых, поддерживают в открытом состоянии с помощью управляющего блока, согласно изобретению, для изменения коэффициента трансформации в управляющем блоке предварительно формируют схему управления силовыми электронными ключами на двух твердотельных реле, один из которых с нормально замкнутыми контактами, а другой с нормально разомкнутыми контактами для подключаемой и отключаемой отпаек. Далее одновременно подключают питание к твердотельным реле, контактом одного  открывают силовой электронный ключ и подключают к питающей сети подключаемую отпайку обмотки трансформатора, а контактом другого закрывают силовой электронный ключ отключаемой  отпайки и отключают отключаемую отпайку от питающей сети.
Отличительными признаками  заявляемого изобретения от прототипа является, то, что для изменения коэффициента трансформации в  управляющем блоке предварительно формируют схему управления силовыми электронными ключами на двух твердотельных реле, один из которых с нормально замкнутыми контактами, а другой с нормально разомкнутыми контактами,  для подключаемой и отключаемой отпаек, затем одновременно подключают питание к твердотельным реле, контактом одного  открывают силовой электронный ключ и подключают к питающей сети подключаемую отпайку обмотки трансформатора, а контактом другого закрывают силовой электронный ключ отключаемой  отпайки и отключают отключаемую отпайку от питающей сети.
Наличие отличительных признаков, позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники не было выявлено источников, содержащих совокупность отличительных признаков заявляемого изобретения, а также не была установлена известность влияния отличительных признаков на достигаемый технический результат, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Сущность предлагаемого способа изменения коэффициента трансформации силового трансформатора поясняется чертежом, на котором изображена схема силового трансформатора с отпайками и устройство управления переключением отпаек трансформатора под нагрузкой.
На чертеже напряжение на вторичной обмотке 1 изменяют путем изменения количества витков первичной обмотки 2 за счет дополнительных витков, которые подключают к питающей сети электронными ключами 3 (ЭК1 – ЭК4). Электронные ключи 3 управляют блоками с оптической развязкой  4 (ОП1 – ОП) 4 через контакты 5 (К1 – К8), шинки 6 и 11, контакты твердотельных реле 7 (ТТР1 – с нормально замкнутыми контактами) или 8 (ТТР2 – с нормально разомкнутыми контактами) от фазной шинки оперативного тока 9 (L), а к нейтральной шинке 10 (N) присоединяют блоки 4. Обмотки твердотельных реле подключают к шинкам оперативного тока 13 через выключатель 12.
На чертеже показана в работе первая отпайка первичной обмотки 2, подключенная электронным ключом 3 (ЭК1), блоком 4 (ОП1), через контакт 5 (К1), контакт ТТР1 7 к шинке 9.
Способ реализуют следующим образом:
Выбирают отпайку, на которую необходимо произвести переключение (например, отпайку 2), при этом ключ ЭК2 отключен. Ключи ЭК3, ЭК4 и другие, если отпаек больше, в переключении не участвуют.
Перед началом переключения, непосредственно после выбора ответвления 2 вручную или автоматически по программе замыкают  контакт К4, которым соединяют блок ОП2 с электронным ключом ЭК2. Контакт К4 второй стороной соединен с шиной 11, на которой отсутствует электрической потенциал, так как контакт на реле 8 отключен.
Включают выключатель 12, подают напряжение на обмотки реле 7 и 8, чем одновременно замыкают контакт  реле 8 и размыкают контакт реле 7, подают напряжение на шинку 11 и отключают напряжение с шинки 6. Так как контакт К2 отключен, то с блока ОП1 отключают питание и отключают электронный ключ ЭК1. Одновременно от шинки 11 через включенный контакт К4 и блок ОП2 подают сигнал на включение и включают электронный ключ ЭК2. Переключение происходит за 2-3 микросекунды.
После переключения размыкают контакт К1, через который подавали сигнал управления на ЭК1, при этом контакт К2 отключен.
После размыкания контакта К1, замыкают контакт К3 при включенном контакте К4,  отключают выключатель 12, чем возвращают реле 7 и 8 в исходное положение.
После отключения выключателя 12, размыкают К4, который будет подключен к шине 11 с нулевым потенциалом, тем самым завершают переключение.
Таким образом, способ изменения коэффициента трансформации силового трансформатора позволяет практически мгновенно за 2-3 микросекунды переключить питающую сеть с одной отпайки на другую, что позволяет избежать переходных процессов электрического режима при переключении.