Способ управления пускорегулирующим устройством силового трансформатора
METHOD OF CONTROL STARTING TRANSFORMER FOR POWER TRANSFORMER

Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике, в частности, к электроэнергетическим системам и может быть использовано для включения, выключения и регулирования напряжения силового трансформатора.
Известен способ управления пускорегулирующим устройством силового трансформатора (патент РФ на изобретение №2536304, Бюл. №35, 20.12.2014.), которое содержит три тиристорные ключа переменного тока с естественной коммутации и трехфазный контактор, которые соединены параллельно и включены между сетью и силовым трансформатором.
При регулировании напряжения вверх и вниз относительно напряжения сети верхний придел задается коэффициентом трансформации силового трансформатора подстанции, а нижний придел углом регулирования тиристоров.
К недостаткам этого устройства следует отнести высокий гармонический состав в кривой напряжения на входе силового трансформатора подстанции, а также повышенное напряжение на входе силового трансформатора и нагрузке при включении и выключении трансформаторной подстанции, что еще в большей степен усугубляет положение в отношение энергетических показателей.
Наиболее близким по физической сущности к заявляемому является способ управления пускорегулирующим устройством силового трансформатора (патент РФ на изобретение №2622890, Бюл. №18, 21.06.17.), который взят за прототип.
Известный способ управления пускорегулирующим устройством силового трансформатора предназначен для трансформаторных подстанций промышленного электроснабжения.
Способ - прототип выполняет операции в следующей последовательности.
При включении силового трансформатора сначала двумя тиристорными ключами подключают две фазы первичной обмотки силового трансформатора к соответствующим фазам сети в момент перехода фазного напряжения третьей фазы сети через ноль, затем третьим тиристорным ключом подключают третью фазу первичной обмотки силового трансформатора к третьей фазе сети в момент перехода линейного напряжения двух других фаз сети через ноль.
После включения силового трансформатора в его первичную цепь включают реактор при помощи трехфазного контактора. Затем при изменении проводящего состояния тиристоров начинают процесс регулирования напряжения как вверх, так и вниз относительно напряжения сети. Верхний предел задается коэффициентом трансформации силового трансформатора, а нижний предел сопротивлением реактора.
Выключение силового трансформатора выполняется следующим образом. Сначала тиристорные ключи переводят в полностью открытое состояние, обнуляя ток через контакты контактора и реактор. Затем трехфазным контактором без возникновения электрической дуги и перенапряжений отключают обесточенную цепь с реактором. На завершающей операции способа снимают управляющие импульсы с тиристорных ключей, и они выключаются без коммутационных потерь.
К недостаткам прототипа следует, отнести следующее.
1. Сравнительно большие искажения напряжения на входе силового трансформатора и у потребителей во всем диапазоне регулирования.
2. При номинальном напряжении в сети создаются наибольшие искажения напряжения на входе силового трансформатора и у потребителей.
3. Включение и выключение силового трансформатора производится при повышенном напряжении на входе силового трансформатора и на нагрузке.
Выше указанные недостатки отрицательно влияют на энергетические показатели трансформаторных подстанций.
Задачей изобретения является улучшение энергетических показателей трансформаторных подстанций за счет улучшения синусоидальности напряжения на входе силового трансформатора и подачи на его вход пониженного напряжения при включениях и выключениях.
В результате решения поставленной задачи диапазон регулирования напряжения на нагрузке между верхним и нижним пределами будет разделен на два поддиапазона промежуточным (номинальным) уровнем регулирования с синусоидальной формой напряжения. Включение и выключение силового трансформатора будет производиться при питании нагрузки не максимальным напряжением как в прототипе, а номинальным, что снизит энергопотребление в динамических режимах работы подстанции. Кроме этого улучшится синусоидальность регулируемого напряжения в вышеуказанных двух поддиапазонах.
Решение поставленной задачи достигается тем, что диапазон регулирования напряжения разделяют на два поддиапазона - верхний и нижний, вводя промежуточный (номинальный) уровень, который задают сопротивлением дополнительного реактора при полностью открытых основных тиристорных ключах и полностью закрытых дополнительных тиристорных ключах при номинальном напряжении в сети, а нижний предел регулирования задают суммарным сопротивлением основного и дополнительного реактора, который включен последовательно с основным реактором в цепь первичной обмоткой силового трансформатора при полностью закрытых как основных, так и дополнительных тиристорных ключах, которые включены пофазно между сетью и первичной обмоткой силового трансформатора, изменением проводящего состояния дополнительных тиристорных ключей производится регулирование напряжения в нижнем поддиапазоне от нижнего придела до промежуточного уровня регулирования, а изменением проводящего состояния основных тиристорных ключей производят регулирование напряжения в верхнем поддиапазоне от промежуточного уровня до максимального предела регулирования, причем между верхним и нижним поддиапазонами регулирования напряжения вводят зону нечувствительности на изменение проводящего состояния как основных тиристорных ключей, так и дополнительных тиристорных ключей, при которой отклонения напряжения на нагрузке не превышают допустимых значений от номинального уровня и, кроме этого, при включении и выключении силового трансформатора снимают управляющие импульсы с дополнительных тиристорных ключей с естественной коммутацией.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется ниже следующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами, где на фиг. 1 приведена схема устройства, а на фиг. 2, осциллограммы напряжений и токов для сравнения способа прототипа и предлагаемого способа при номинальном напряжении сети и номинальной нагрузке. На фиг. 2, цифрами обозначенные следующие величины: 10 и 11 - фазные напряжения сети и нагрузки; 12 и 13 - фазные токи сети и нагрузки; 14 и 15 - токи дросселя и тиристорного ключа. Осциллограммы (фиг. 2) получены при проведении численных экспериментов в среде Matlab. На фиг. 1 приведены следующие трехфазные элементы пускорегулирующего устройства: 1 - сеть; 2 - трехфазный контактор; 3 и 4 - трехфазные основные и дополнительные реакторы; 5 и 6 -основные и дополнительные тиристорные ключи, которые для применения в высоковольтных цепях выполнены с дополнительными диодами; 7 - трансформаторная подстанция с силовым трансформатором 8 и нагрузкой 9.
Способ управления пускорегулирующим устройством включает в себя известные и вновь введенные операции и взаимодействие между ними, характеризующие принцип работы.
Способ работает следующим образом.
Включение силового трансформатора 8 производят при полностью выключенных дополнительных тиристорных ключах 6. При этом сначала двумя основными тиристорными ключами 5 через дополнительный реактор 4 подключают две фазы его первичной обмотки к соответствующим фазам сети 1 в момент перехода фазного напряжения третьей фазы сети 1 через ноль, затем третьим основным тиристорным ключом 5 через дополнительный реактор 4 подключают третью фазу первичной обмотки силового трансформатора 8 к третьей фазе сети в момент перехода линейного напряжения двух других фаз сети через ноль и, в завершение процесса включения силового трансформатора 8 с одновременной подготовкой подстанции к регулированию напряжения, параллельно полностью открытыми основными тиристорными ключами 5 посредством трехфазного контактора 2 подключают основной трехфазный реактор 3.
Способ обеспечивает регулирование напряжения на входе силового трансформатора относительно напряжения сети и у потребителей между заданными пределами регулирования максимальным и минимальным разделенными номинальным уровнем.
Максимальный предел регулирования напряжения на нагрузке силового трансформатора задают коэффициентом трансформации силового трансформатора 8 при полностью выключенных основных ключах 5 и полностью включенных дополнительных тиристорных ключах 6 при пониженном напряжении в сети 1. Дополнительные тиристорные ключи 6 в этот момент шунтируют сопротивление основного 3 и дополнительного 4 трехфазных реакторов в цепи первичной обмотке силового трансформатора 8.
Номинальный уровень напряжения на нагрузке обеспечивается при полностью включенных основных ключах 5, которые шунтируют основной трехфазный реактор 3 и полностью выключенных дополнительных тиристорных ключах 6 при номинальной напряжения сети 1 и номинальной нагрузке 9.
Минимальный предел регулирования на нагрузке задают суммарным сопротивлением основного 3 и дополнительного 4 реакторов при полностью закрытых как основных 5, так и дополнительных 6 тиристорных ключах при повышенном напряжении в сети 1 и номинальной нагрузке 9.
Способ также предусматривает разделение диапазона регулирования напряжения на два поддиапазона: верхний и нижний.
Верхний поддиапазон регулирования находится между максимальным пределом и номинальным уровнем, а нижний между номинальным уровнем и минимальным пределом регулирования напряжения.
При работе между верхним и нижним поддиапазонами регулирования напряжения введена зона нечувствительности на изменение проводящего состояния как основных тиристорных ключей, так и дополнительных тиристорных ключей, при которой отклонения напряжения на нагрузке не превышают допустимых значений как вверх так и вниз от номинального уровня.
Изменением проводящего состояния дополнительных тиристорных ключей 6 производится регулирование напряжения в нижнем поддиапазоне от промежуточного (номинального) уровня до минимального предела регулирования, а изменением проводящего состояния основных тиристорных ключей 5 производится регулирование напряжения в верхнем поддиапазоне от промежуточного (номинального) до максимального предела регулирования напряжения.
Выключение силового трансформатора 8 подстанции без возникновения электрической дуги и коммутационных перенапряжений производят следующим образом.
Перед выключения силового трансформатора сначала снимаются импульсы с дополнительных тиристорных ключей 6. Затем основные тиристорные ключи 5 переводят в полностью открытое состояние и обнуляют ток через контакты трехфазного контактора 2 и основного реактора 3. Затем трехфазным контактором 2, отключают обесточенный основной трехфазный реактор 3 без возникновения электрической дуги и перенапряжений. На завершающей операции способа снимают управляющие импульсы с основных тиристорных ключей 5 с естественной коммутацией и они выключаются естественным путем без коммутационный потерь.
Трансформаторные подстанции с пускорегулирующими устройствами предназначены взамен трансформаторных подстанций с механическим регулированием напряжения под нагрузкой (РПН).
Целесообразной областью применения предлагаемого способа являются трансформаторные подстанции предприятий всех отраслей промышленности и агропромышленного комплекса мощностью от 0,4 до 2,5 МВ⋅А, с напряжениями 35 / (10-6) кВ и (10-6) / 0,4 кВ.