Способ управления режимами работы регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой
METHOD FOR CONTROLLING THE OPERATING MODES OF THE TRANSFORMER VOLTAGE REGULATOR UNDER LOAD

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к способам управления режимами работы регуляторов напряжения трансформаторов под нагрузкой и может быть использовано в электрических сетях для обеспечения различных режимов работы регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой.
Известен способ, в котором управление напряжением на нагрузке осуществляют с помощью полупроводникового регулятора, подключающего соответствующие ответвления первичной обмотки трансформатора к питающей сети, при этом на каждом полупериоде напряжения питающей сети происходит переключение тока питающей сети с одной секции первичной обмотки трансформатора на другую [патент RU на полезную модель №88863, МПК H02J 3/00, опубл. 20.11.2009, бюл. №32].
Недостатком данного технического решения являются низкие показатели качества выходного напряжения трансформатора и низкая надежность работы магнитного сердечника трансформатора. При неработающем полупроводниковом регуляторе напряжения отсутствует напряжение на выходной обмотке трансформатора.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой, заключающийся в применении полупроводникового регулятора, с помощью которого подключают соответствующие отводы секций первичной обмотки трансформатора к питающей сети. В качестве управляемых ключей полупроводникового регулятора используются двунаправленные тиристорные ключи, управление которыми осуществляют на основе измерения мгновенных значений напряжения и тока питающей сети, [патент RU на изобретение №2711589, МПК Н02Р 13/06, опубл. 17.01.2020. бюл. №2].
Недостатком данного технического решения является низкая надежность работы полупроводникового регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой, связанная с тем, что при отсутствии необходимости регулирования напряжения на выходе трансформатора, полупроводниковый регулятор выключают из работы путем снятия управления со всех двунаправленных тиристорных ключей. При этом напряжение на выходе трансформатора пропадает и напряжение питающей сети приложено непосредственно к полупроводниковому регулятору. Это накладывает повышенные требования к классу, применяемых в полупроводниковом регуляторе двунаправленных тиристорных ключей, что отрицательно сказывается на надежности работы полупроводникового регулятора в целом.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой в различных режимах его работы.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей по управлению режимами работы регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой и в повышении надежности регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой в различных режимах его работы.
Это достигается тем, что в способе управления режимами работы регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой, заключающемся в использовании режима регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора, осуществляемого путем управления состоянием двунаправленных тиристорных ключей, подключаемых к отводам секций первичной обмотки трансформатора, контроле тока и напряжения питающей сети, фиксации временных интервалов, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измерении фазового сдвига между током и напряжением питающей сети, управлении двунаправленными тиристорными ключами на соответствующих фиксированных временных интервалах в зависимости от требований по управлению напряжением на выходе трансформатора, согласно изобретению в режиме отсутствия регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора, реализуемом при выключенных двунаправленных тиристорных ключах, первичную обмотку трансформатора подключают к питающей сети с помощью реле с нормально замкнутыми контактами, при переходе в режим регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора параллельно реле с нормально замкнутыми контактами включают соответствующие двунаправленные тиристорные ключи регулятора напряжения и размыкают контакты реле с нормально замкнутыми контактами, а при выходе из режима регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора, включают соответствующие двунаправленные тиристорные ключи параллельно реле с нормально замкнутыми контактами, замыкают контакты реле с нормально замкнутыми контактами и выключают двунаправленные тиристорные ключи регулятора напряжения, переводя регулятор напряжения в режим отсутствия регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
Дополнительно при работе регулятора напряжения в режиме регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора и появлении тока короткого замыкания в нагрузке снимают импульсы управления со всех двунаправленных тиристорных ключей регулятора, подают импульсы управления на замыкание контактов реле с нормально замкнутыми контактами и на дополнительный двунаправленный тиристорный ключ, включенный параллельно реле с нормально замкнутыми контактами, а после замыкания контактов реле с нормально замкнутыми контактами снимают импульсы управления с дополнительного двунаправленного тиристорного ключа, переводя регулятор напряжения в режим отсутствия регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой, реализующая предлагаемый способ.
Регулятор 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой содержит две вентильные группы 3 и 4. Вентильная группа 3 включает в себя двунаправленные тиристорные ключи 5, 6, 7, одни выводы которых соединены вместе в общую точку. Вентильная группа 4 включает в себя двунаправленные тиристорные ключи 8, 9, 10, одни выводы которых также соединены вместе в другую общую точку. Общие точки двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7 вентильной группы 3 и двунаправленных тиристорных ключей 8, 9, 10 вентильной группы 4 соединены вместе и образуют единый узел. Первичная обмотка И трансформатора 2 является секционированной и состоит из двух гальванически изолированных полуобмоток 12 и 13 с отводами секций. При этом, отводы секций гальванически изолированных полуобмоток 12 и 13 являются отводами секций первичной обмотки 11. Гальванически изолированная полуобмотка 12 имеет начало и три отвода секций, один из которых является ее концом, а ее начало является также началом первичной обмотки 11. Гальванически изолированная полуобмотка 13 имеет конец и три отвода секций, один из которых является ее началом, а ее конец является также концом первичной обмотки 11. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 5, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 6 и 7 вентильной группы 3, подключен к отводу секций, следующего сразу за началом гальванически изолированной полуобмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 6, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5 и 7 вентильной группы 3, подключен к следующему отводу секций, расположенному перед концом гальванически изолированной полуобмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 7, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 5 и 6 вентильной группы 3, подключен к отводу секций, являющимся концом гальванически изолированной полуобмотки 12. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 8, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 9 и 10 вентильной группы 4, подключен к отводу секций, являющимся началом гальванически изолированной полу обмотки 13. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 9, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 8 и 10 вентильной группы 4, подключен к отводу секций, расположенному сразу за началом гальванически изолированной полуобмотки 13. Вывод двунаправленного тиристорного ключа 10, свободный от подключения к двунаправленным тиристорным ключам 8 и 9 вентильной группы 4, подключен к другому отводу секций, расположенному перед концом гальванически изолированной полуобмотки 13. Блок реле 14, входящий в состав регулятора 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой, включает в себя параллельно подключенные дополнительный двунаправленный тиристорный ключ 15 и реле 16 с нормально замкнутыми контактами, и имеет два вывода. Один вывод блока реле 14 подключен к концу гальванически изолированной полуобмотки 12, а другой вывод блока реле 14 подключен к началу гальванически изолированной полуобмотки 13. Датчик тока 17 одним выводом подключен к началу гальванически изолированной полуобмотки 12, а другим выводом подключен к выводу питающей сети и входит в состав регулятора 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой. Датчик напряжения 18, подключен параллельно к выводам питающей сети и также входит в состав регулятора 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой. Конец гальванически изолированной полуобмотки 13 подключен к другому выводу питающей сети, свободному от подключения к выводам датчика тока 17. Информационные входы блока управления 19 подключены к выходам датчика тока 17, датчика напряжения 18 и блока задания выходного напряжения 20. Выходы блока управления 19 связаны с управляющими входами двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9, 10 и с управляющими входами дополнительного двунаправленного тиристорного ключа 15 и реле 16 с нормально замкнутыми контактами. Вторичная обмотка 21 трансформатора 2 подключена к нагрузке.
Способ управления режимами работы регулятора 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой осуществляется следующим образом.
В режиме отсутствия регулирования напряжения на вторичной обмотке 21 трансформатора 2 импульсы управления двунаправленными тиристорными ключами 5, 6, 7, 8, 9, 10 и дополнительным двунаправленным тиристорным ключом 15 блоком управления 19 не формируются. Контакты реле 16 с нормально замкнутыми контактами замкнуты и соединяют конец гальванически изолированной полуобмотки 12 первичной обмотки 11 трансформатора 2 с началом гальванически изолированной полуобмотки 13 первичной обмотки 11 трансформатора 2. При этом первичная обмотка 11 трансформатора 2 подключена к питающей сети и на вторичной обмотке 21 трансформатора 2 присутствует напряжение, подаваемое на нагрузку. В этом режиме регулятор 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой не регулирует напряжение на нагрузке и к выключенным двунаправленным тиристорным ключам 5, 6, 7, 8, 9, 10 прикладываются обратные напряжения, определяемые напряжениями между соответствующими отводами секций гальванически изолированных полуобмоток 12 и 13. Эти напряжения являются существенно меньшими по сравнению с напряжением питающей сети, что позволяет снизить класс по напряжению применяемых тиристоров и повысить надежность управления полупроводниковым регулятором напряжения трансформатора под нагрузкой.
При переходе в режим регулирования напряжения на вторичной обмотке 21 трансформатора 2 блок управления 19 включает двунаправленные тиристорные ключи 7 и 8, размыкает контакты реле 16 с нормально замкнутыми контактами. После размыкания контактов реле 16 с нормально замкнутыми контактами, регулятор 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой готов к режиму регулирования напряжения на вторичной обмотке 21 трансформатора 2.
В режиме регулирования напряжения на вторичной обмотке 21 трансформатора 2 с выхода блока задания выходного напряжения 20 подают информационный сигнал с уставкой по напряжению вторичной обмотки 21 на соответствующий вход блока управления 19. Блок управления 19, посредством подачи импульсов управления на соответствующие входы двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10, обеспечивает соединение различных отводов секций гальванически изолированной полу обмотки 12, и отводов секций гальванически изолированной полуобмотки 13 таким образом, что всегда соединены только один отвод секций гальванически изолированной полу обмотки 12 и один отвод секций гальванически изолированной полуобмотки 13. Соединение двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10, обеспечивает максимально возможное количество комбинаций соединения различных секций полуобмоток 12 и 13, что в свою очередь реализует максимальное количество уровней регулирования напряжения на вторичной обмотке 21 трансформатора 2. При этом, количество уровней регулирования напряжения для регулятора 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой будет равно девяти:
№1 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 8; №2 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 9; №3 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 5 и 10; №4 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 8; №5 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 9;. №6 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 6 и 10; №7 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 8; №8 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 9; №9 - проводят только двунаправленные тиристорные ключи 7 и 10.
При выходе из режима регулирования напряжения на вторичной обмотке 21 трансформатора 2, посредством подачи импульсов управления с выходов блока управления 19, включают двунаправленные тиристорные ключи 7 и 8, замыкают контакты реле 16 с нормально замкнутыми контактами и после замыкания контактов реле 16 с нормально замкнутыми контактами выключают двунаправленные тиристорные ключи 7 и 8, тем самым переводя регулятор 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой в режим отсутствия регулирования напряжения на вторичной обмотке 21 трансформатора 2. При этом, напряжение на нагрузке формируется за счет подключения последовательного соединения двух гальванически изолированных полуобмоток 12 и 13 к питающей сети с помощью замкнутых контактов реле 16 с нормально замкнутыми контактами.
При появлении тока короткого замыкания нагрузки во вторичной обмотке 21 трансформатора 2 в режиме регулирования напряжения на вторичной обмотке 21 трансформатора 2 блок управления 19 снимает импульсы управления с соответствующих двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9, 10, одновременно с этим, включает дополнительный двунаправленный тиристорный ключ 15 и замыкает контакты реле 16 с нормально замкнутыми контактами. Включение дополнительного двунаправленного тиристорного ключа 15 при снятых импульсах управления от блока управления 19 с двунаправленных тиристорных ключей 5, 6, 7, 8, 9, 10 обеспечивает подключение последовательного соединения гальванически изолированных полуобмоток 12 и 13 к питающей сети, что приводит к тому, что обратное прикладываемое напряжение к тиристорам двунаправленных тиристорных ключей остается соизмеримо с напряжениями между отводами секций первичной обмотки 11 трансформатора 2, и эти напряжения являются существенно меньшими, чем напряжение питающей сети. Следует отметить, что замыкание контактов реле 16 с нормально замкнутыми контактами происходит с существенной временной задержкой по сравнению с включением дополнительного двунаправленного тиристорного ключа 15 и с момента включения дополнительного двунаправленного тиристорного ключа 15 до момента замыкания контактов реле 16 с нормально замкнутыми контактами защиту двунаправленных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10 от высокого напряжения питающей сети обеспечивает включенный дополнительный двунаправленный ключ 15. После замыкания нормально замкнутых контактов реле 16 блок управления 19 выключает дополнительный двунаправленный тиристорный ключ 15 и все двунаправленные тиристорные ключи регулятора 1 напряжения трансформатора 2 под нагрузкой находятся в выключенном состоянии, переводя регулятор 1 напряжения трансформатора 2 в режим отсутствия регулирования напряжения на вторичной обмотке 21 трансформатора 2.
В режиме регулирования напряжения на выходе трансформатора 2, блок управления 19 регулятора 1 напряжения отслеживает появление аварийного режима, при котором наблюдается пропадание импульсов управления с двунаправленных ключей 5, 6, 7, 8, 9 и 10. В этом случае, блок управления 19 включает дополнительный двунаправленный ключ 15 и реле 16 с нормально замкнутыми контактами и инициализируется процесс управления регулятором 1 напряжения, аналогичный процессу его управления при появлении короткого замыкания в нагрузке. Это защищает двунаправленные тиристорные ключи 5, 6, 7, 8, 9 и 10 от появления перенапряжений, связанных с их одновременным выключением, что также повышает надежность работы регулятора 1 напряжения.
Использование способа управления режимами работы регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой расширяет функциональные возможности по управлению режимами работы регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой и повышает надежность регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой в различных режимах его работы.