変圧器のタップ チェンジャーの選択: 通電されていないタップ チェンジャーまたは OLTC を使用する場合

変圧器の容量、電圧比、絶縁レベルが適切であっても、その電圧調整方法が実際の電力システムと一致しない場合、動作上の問題が発生することがあります。

Zisheng Electric では、 変圧器のタップ切換器の選択は、 アクセサリの選択ではなく、システム設計の決定として扱うのが最適です。重要な問題は、単に負荷時タップ切換器 (OLTC) が技術的により高度であるかどうかではありません。本当の問題は、通電され負荷がかかっているときに変圧器の電圧比を調整する必要があるかどうかです。

一部の産業および流通プロジェクトでは、非通電タップ切換器 (DETC) がより実用的なソリューションです。変電所、再生可能エネルギーインターフェース、大規模な産業用ネットワーク、または電圧変動が大きいシステムでは、供給を中断することなく必要な電圧プロファイルを維持するために OLTC が必要になる場合があります。

選択を誤ると、機器のコスト、メンテナンス要件、制御の複雑さが増加したり、実際に必要なときに十分な電圧調整機能が不足してプロジェクトが終了したりする可能性があります。このガイドでは、エンジニアと EPC チームが、システム電圧の変動、タップ範囲、ステップ サイズ、巻線配置、制御哲学、FAT、長期メンテナンスを含む変圧器タップ チェンジャーの選択を評価する方法について説明します。

変圧器タップチェンジャーは実際には何をするのですか?

変圧器のタップ切換器は、タップ付き巻線の実効巻数を変更します。変圧器の電圧比は巻線の巻数の比に関係しているため、別のタップ位置を選択することで変圧器比を調整できます。

通常、次のような条件を補償することが目的です。

商用電圧の変動

き電線の電圧降下

季節による負荷の変化

発電機の電圧変動

再生可能エネルギー発電量の変化

ネットワーク動作構成

必要なダウンストリームバス電圧を維持する

通電中の変圧器の巻線接続を変更することは、変圧器が絶縁されているときに巻線接続を変更することと同じではありません。この違いにより、次の 2 つの主要なエンジニアリング オプションが作成されます。

非通電タップチェンジャ (DETC) — 変圧器の通電が遮断された場合にのみタップ位置が変更されます。

負荷時タップ チェンジャ (OLTC) — 設計および動作要件に応じて、変圧器に通電したままタップ位置を変更できます。

IEC 60214-1 は、負荷時タップ チェンジャーと非通電タップ チェンジャーの両方の性能要件と試験方法、および該当する場合はモーター駆動機構をカバーしています。

技術リファレンス: IEC 60214-1 — 国際電気標準会議。

非通電タップチェンジャー: シンプル、信頼性が高く、多くの場合十分です

通電されていないタップ チェンジャーは、業界ではオフサーキットまたは無負荷タップ チェンジャーと呼ばれることもあります。その主な制限は明らかです。タップの位置が変更されている間、変圧器に通電したままにしてはなりません。

これにより、DETC は電圧調整が継続的ではなく時々行われる場合に適しています。典型的なアプリケーションには次のようなものがあります。

比較的安定した送電網から供給される産業用変圧器

季節調整で十分な配電変圧器

シャットダウンをスケジュールできるプロジェクト

上流の電圧調整がすでに提供されているシステム

自動二次バス電圧調整を必要としない変圧器

実際の製品例については、A サイトの購入者が確認できます。 S22 シリーズ 10kV ～ 35kV 無励磁電圧調整変圧器。非励磁電圧調整製品ファミリーを示します。特定のタップ範囲とプロジェクトのパラメーターは、実際の技術仕様と照らし合わせて確認する必要があります。

変圧器に負荷がかかっている間、DETC が 1 つのタップから別のタップに電流を転送する必要はありません。これにより、スイッチングの複雑さが軽減され、一般的に必要なタップチェンジャー特有のメンテナンスの量が軽減されます。多くの EPC プロジェクトにとって、そのシンプルさには真の価値があります。

OLTC: 変圧器をシャットダウンしない電圧調整

OLTC は、さまざまな動作要件に対応します。これにより、変圧器が通電されシステムに電力を供給している間に、実効巻数比を変更することができます。

タップ遷移中、OLTC は、負荷電流の遮断と隣接する巻線タップの直接短絡という 2 つの許容できない状況を回避する必要があります。つまり、OLTC には制御された移行メカニズムが必要です。

設計に応じて、電流伝達には抵抗タイプまたはリアクトルタイプの構成が含まれる場合があります。最新のアプリケーションでは、真空スイッチング技術も使用される場合があります。 IEC 60214-1 は、抵抗型およびリアクトル型の OLTC に適用され、さまざまな絶縁およびスイッチング技術に関連する要件が含まれています。

技術リファレンス: IEC 60214-1 — 国際電気標準会議。

OLTC は、自動電圧調整、頻繁なタップ操作、継続的な産業プロセス、公共変電所の電圧制御、発電機または送電網の電圧変動、潮流条件の変化、大規模な再生可能エネルギー施設、またはタップ調整のためのシャットダウンが許容できない重要な負荷を必要とするプロジェクトで一般的に検討されます。

DETC と OLTC: エンジニアリングの比較

変圧器のカタログではなく、電圧プロファイルから始める

変圧器のタップ切替器を選択するための最初の入力は、変圧器の端子で予想される電圧プロファイルである必要があります。 EPC エンジニアは次のことを尋ねる必要があります。

予想される最大入力電圧はどれくらいですか?

最低限とは何ですか？

それらの変動は一時的なものですか、それとも持続的なものですか?

上流の電力会社はすでに電圧を調整していますか?

変圧器と重要な負荷の間でどの程度の電圧降下が発生しますか?

大型モーターや変動する産業用負荷はありますか?

再生可能エネルギーによる発電は地域の電圧プロファイルを変化させますか?

LV または MV バスを狭い範囲内に維持することは運用上重要ですか?

図 2. タップ範囲とステップ サイズを定義するために使用される概念的な電圧プロファイル。

この情報がないと、タップ範囲の選択は推測になってしまいます。 ±5% タップで指定された変圧器は、あるプロジェクトには適切でも、別のプロジェクトには不十分な場合があります。同様に、より広い範囲を指定しても、自動的に設計が優れたものになるわけではありません。調整範囲が広いと、巻線の配置、絶縁、損失、タップ切り替えのデューティに影響します。

RFQ がリリースされる前に、より広範な変圧器パラメータのレビューについては、A サイトを参照してください。 産業プロジェクト向け変圧器選択ガイド.

タップ範囲とステップ サイズは個別の決定が必要

タップ範囲は、変圧器比を主タップからどの程度調整できるかを定義します。ステップ サイズは、隣接する位置間の電圧変化を定義します。エンジニアリング上の重要な問題は、タップ スケジュールの視覚的な対称性ではありません。選択した範囲と増分が、予想される動作条件下でシステム電圧を維持できるかどうかです。

範囲が広いことが必ずしも良いとは限りません

タップ範囲の拡大は、巻線設計、アンペアターンバランス、巻線形状の調整、絶縁要件、タップ間のインピーダンス変動、損失、OLTC 定格に影響を与える可能性があります。したがって、変圧器の設計者は、プロジェクトの早い段階で必要な動作範囲を確保する必要があります。電磁設計の承認後にタップ範囲の変更要求が遅れると、巻線と能動部分の再設計が必要になる可能性があります。

非常に小さな一歩にも結果はある

電圧ステップが小さいほど、より細かい電圧調整が可能になります。しかし、位置が増えると、より多くのタップ接続、より多くの OLTC 動作、より複雑な調整配置、および追加の制御に関する考慮事項が必要になる可能性があります。エンジニアは、ネットワークが実際に必要とするバス電圧許容差に基づいてステップ サイズを選択する必要があります。

どの巻線にタップを付ける必要がありますか?

タップ巻線は通常、高電圧側に配置されますが、正しい配置は変圧器の設計とシステム要件によって異なります。所定の電力レベルでは、HV 巻線電流は LV 電流よりも低いため、調整装置の通電要件が簡素化されます。しかし、これは設計レビューなしで適用すべきルールではありません。

タップ用に選択された巻線は、OLTC の定格貫通電流、絶縁レベル、巻線の形状、調整範囲、インピーダンス特性、およびタップ切換器の物理的配置に影響します。プロジェクト仕様では、必要なシステム動作を定義し、変圧器の設計者がそれに応じて調整巻線とタップ切換器を調整できるようにする必要があります。

タップ位置は電圧比以外にも影響を与える可能性があります

よくある調達の間違いは、すべての変圧器パラメータがタップ範囲全体にわたってまったく変化しないと仮定することです。そうではないかもしれません。タップ位置は、調整構成に応じて、巻線抵抗、負荷損失、短絡インピーダンス、特定の巻線セクションの電流、電圧ストレスおよび磁束状態に影響を与える可能性があります。

システムを研究する場合、エンジニアは計算が主タップ、最大電圧タップ、最小電圧タップ、またはその他の指定された動作条件に基づいているかどうかを理解する必要があります。保護の研究、電圧降下の計算、および並列運転の研究では、実際の動作ケースを表すタップ条件を使用する必要があります。

OLTCの選択には定格以上の電流が必要です

OLTC は、実際の電気的および動作上の義務に基づいて選択する必要があります。 IEC/IEEE 60214-2 は、負荷時および非通電時のタップ切替器を選択するためのアプリケーション ガイダンスを提供し、アプリケーション パラメータ、電流波形、動作条件、過負荷、繰り返し動作、設置およびフィールド サービスを考慮します。

技術リファレンス: IEC/IEEE 60214-2 — 国際電気標準会議 / IEEE。

自動電圧調整には制御哲学が必要

OLTC を設置するだけでは、効果的な自動電圧調整システムが構築されるわけではありません。自動制御が必要な場合、プロジェクトでは規制当局の哲学も定義する必要があります。一般的な入力には、バス電圧測定、ターゲット電圧、不感帯、時間遅延、上限および下限、タップ位置フィードバック、ローカル/リモート選択、上昇/下降コマンド、アラーム接点、および SCADA または DCS インターフェイスが含まれます。

図 3. OLTC 自動電圧調整ロジックとフィードバック パス

適切なデッドバンドと遅延設定がないと、OLTC は短期間の電圧変動に応答して不必要に動作する可能性があります。過剰なタップ操作は、システムに有益な利益をもたらすことなく、機械的なスイッチング負荷とメンテナンスの要求を増大させます。したがって、制御哲学では、本物の持続的な電圧偏差と一時的な外乱を区別する必要があります。

再生可能エネルギープロジェクトには特別な注意が必要

太陽光発電、風力発電、BESS プロジェクトでは、従来の一方向配電ネットワークとは異なる電圧条件を作り出すことができます。電力の流れは、太陽放射照度、風力発電量、バッテリーの充電、バッテリーの放電、インバーターの動作モード、送電網の要件によって変化する可能性があります。

この環境で使用される変圧器は、OLTC で自動的に指定されるべきではありませんが、プロジェクトでは電圧制御の検討が必要です。 EPC チームは、電圧調整がインバータ制御、無効電力制御、変電所 OLTC、上流電力会社の調整、または調整された組み合わせによって実行されるかどうかを決定する必要があります。 2 つの独立した電圧レギュレータが調整せずに同じ偏差に反応する場合、それらは互いに不利に作用する可能性があります。

並列トランスフォーマーは調整の新たな層を追加します

2 つの変圧器が並列動作する場合、タップ位置と電圧比が特に重要になります。並列ユニットには互換性のある電圧比と位相関係が必要です。変圧器が異なるタップ位置で動作しているために実効比が異なる場合、循環電流や不均等な負荷分散が発生する可能性があります。

したがって、並列変圧器の自動 OLTC スキームには、マスターフォロワー制御、循環電流制御、タップ位置調整、またはブロックロジックが必要になる場合があります。これは試運転前に同意する必要があります。 2 つの同一の OLTC トランスを設置するだけでは、正しい並列レギュレーションは保証されません。

FAT中にチェックすべきことは何ですか?

タップ切換器を備えた変圧器の FAT は、機構が動くかどうかを確認するだけにとどまるべきではありません。プロジェクト チームは、タップ切換器、変圧器、制御システム間の完全な機能関係を検証する必要があります。

タップ位置シーケンス

指定されたすべての位置に正しい順序で到達できることを確認します。

機械的位置表示

物理的な位置インジケータは、実際のタップ位置と一致する必要があります。

ローカルおよびリモート操作

モータードライブが提供されている場合は、必要な動作モードを確認してください。

電気的インターロック

リミットとインターロックが許容範囲外での動作を防止していることを確認してください。

タップ位置フィードバック

制御システムに送信された信号が実際の機械位置に対応していることを確認します。

タップ間の変圧器比

該当する変圧器テスト プログラムに従って、必要なタップ位置にわたる比率測定を確認します。

巻線抵抗

テスト仕様で要求されている場合は、一貫性を保つために関連するタップ位置での結果を確認します。

OLTC制御回路

モーター電源、制御回路、アラーム、エンドリミット、インターフェース端子を確認してください。

自動電圧調整器

AVR が変圧器パッケージに含まれている場合は、関連する制御コマンドをシミュレートし、応答を検証します。

図 4. タップ切換器を備えた変圧器の FAT 検証フロー。

タップチェンジャ変圧器の FAT チェックリスト

選択する前にメンテナンスを考慮する必要があります

OLTC は、サービス中に機械的および電気的なスイッチングを実行します。したがって、そのライフサイクル要件は、単純な非通電タップ切換器の要件とは異なります。メンテナンス戦略は、OLTC テクノロジー、操作回数、現在の業務、絶縁媒体、メーカーの指示、操作環境、および状態監視データによって異なります。

最新の真空タイプの OLTC テクノロジーは、従来のオイル切り替え装置と比較して、アーク放電に関連したメンテナンスの必要性を軽減できますが、検査やライフサイクル管理の必要性がなくなるわけではありません。 IEC/IEEE 60214-2 には、フィールド サービス、コミッショニング、運用、メンテナンス、監視に関する考慮事項をカバーするアプリケーション ガイダンスが含まれています。

技術リファレンス: IEC/IEEE 60214-2 — 国際電気標準会議 / IEEE。

タップチェンジャーの仕様によくある間違い

電圧調査を行わない OLTC の指定

これにより、継続的な規制が必要であることが実証されずに、コストと複雑さが増大します。

シャットダウンが許容できない場合の DETC の選択

後で変圧器の比率補正が必要になる可能性がありますが、操作によって負荷への通電を遮断することはできません。

別のプロジェクトからタップ範囲をコピーする

電圧条件が全く異なる場合があります。

極端なタップ位置の無視

電流、損失、インピーダンス、熱挙動は、変圧器の設計に関連する条件下で検討する必要があります。

コントロールインターフェイスを忘れる

OLTC は、プロジェクトに必要な SCADA、AVR、または補助電源インターフェイスがまだ不足している間に、機械的に完成する可能性があります。

設計が遅くなるまでタップチェンジャーの決定を残す

タップ範囲とタップ配置は巻線の形状に影響を与える可能性があります。変更が遅れると、大幅な再設計が発生する可能性があります。

実践的な EPC 選択ワークフロー

実際のネットワーク電圧範囲を取得します 。ユーティリティ データ、潮流結果、プロジェクトの運用シナリオを使用します。

必要な制御バス電圧を定義する — 下流の機器が実際に必要とする電圧範囲を決定します。

中断が許容されるかどうかを判断する — タップ調整が計画されたシャットダウン中にのみ実行できる場合は、DETC が適切である可能性があります。連続運転時に電圧補正が必要な場合はOLTCを評価してください。

タップ範囲とステップを確立する — これは、標準的なコピー値ではなく、システム調査の結果に基づきます。

制御哲学の定義 — OLTC システムの場合、自動/手動操作、設定値、不感帯、遅延、およびリモート インターフェイスを指定します。

異常な動作条件を確認する — 必要に応じて、過負荷、高調波、周囲温度、および頻繁な動作を考慮します。

詳細な変圧器設計の前に要件を凍結します 。タップの配置は、承認された変圧器データの一部である必要があります。

FAT 中の検証 — 変圧器の電気的性能とタップ切換器のオペレーティング システムの両方を確認します。

サイトのコミッショニングを調整する — 最終的なレギュレータ設定は、単に工場でのテスト設定だけでなく、実際のネットワークと一致する必要があります。

購入者は変圧器メーカーにどのような情報を送信する必要がありますか?

電圧調整が必要な変圧器の場合、有効な RFQ には定格容量と公称電圧を超えるものが含まれている必要があります。提供する：

単線図

公称 HV および LV 電圧

予想される最大および最小の HV 電圧

必要な規制された LV/MV バス範囲

定格周波数

必要なタップ範囲

優先タップステップがすでに決定されている場合

DETC または OLTC 要件 (定義されている場合)

負荷プロファイル

大型モーター情報

関連する再生可能インバータ情報

並列運転要件

制御とSCADAの哲学

補助電源

プロジェクトの技術仕様

さらに広範な製品比較が必要な場合は、A サイトを確認してください。 変圧器の製品範囲を決定してください。 最終的な変圧器のタイプと調整方式を決定する前に、

中規模および大規模の産業用評価の場合、 2500kVA 変圧器選択ガイドでは、 電圧、冷却、プロジェクト固有の選択に関する追加の調達コンテキストを提供します。

システム要件からタップチェンジャーを選択してください

非通電タップ切換器と OLTC のどちらを選択するかは、電力システムの動作ニーズに基づいて決定する必要があります。時折電圧を調整する安定した産業用ネットワークでは、OLTC の追加の複雑さから得られるメリットはほとんどありません。継続的な電圧調整が必要な変電所や重要なプロセスには、実際的な代替手段がない場合があります。

同じ原理がタップ範囲、ステップ サイズ、コントロールにも当てはまります。ポジションが多ければ多いほど自動的に有利になるわけではありません。範囲が広ければ自動的に安全になるわけではありません。 OLTC は自動的に高品質の変圧器になるわけではありません。技術的に正しいソリューションとは、変圧器の設計、スイッチング負荷、メンテナンス戦略、プロジェクトの運用哲学を一致させながら、必要な電圧プロファイルを維持するソリューションです。

IEC 60214-1 はタップ チェンジャーの性能要件とテスト方法を定義し、IEC/IEEE 60214-2 はタップ チェンジャーの選択、適用、保守に関するアプリケーション ガイダンスを提供します。

技術リファレンス: IEC 60214-1 および IEC/IEEE 60214-2 — 国際電気標準会議 / IEEE。

プロジェクトレビューの場合、Zisheng Electric は、タップ切換器を独立した付属品として扱うのではなく、確認済みの変圧器容量、システム電圧、タップ範囲、動作条件、および技術仕様をまとめて評価できます。 RFQ または技術レビューを準備している場合は、単線図、変圧器データシート、負荷スケジュール、電圧範囲、およびプロジェクト仕様を送信してください。

当社のエンジニアリング チームが要件を確認し、プロジェクトに関するお問い合わせに 24 時間以内に回答します。