Выбор устройства РПН трансформатора: когда использовать устройство РПН без напряжения или РПН

Трансформатор может иметь правильную мощность, коэффициент трансформации и уровень изоляции, но при этом создавать проблемы в работе, если его метод регулирования напряжения не соответствует реальной энергосистеме.

В компании Zisheng Electric выбор переключателя ответвлений трансформатора лучше всего рассматривать как решение по проектированию системы, а не как выбор аксессуара. Ключевой вопрос заключается не просто в том, является ли устройство РПН (РПН) технически более совершенным. Реальный вопрос заключается в том, нужно ли трансформатору регулировать коэффициент трансформации, когда он находится под напряжением и несет нагрузку.

Для некоторых промышленных и распределительных проектов более практичным решением является переключатель ответвлений без напряжения (DETC). На подстанциях коммунальных предприятий, интерфейсах возобновляемых источников энергии, крупных промышленных сетях или системах со значительными колебаниями напряжения может потребоваться устройство РПН для поддержания требуемого профиля напряжения без прерывания подачи.

Неправильный выбор может увеличить стоимость оборудования, требования к техническому обслуживанию и сложность управления или оставить проект без достаточных возможностей регулирования напряжения, когда это действительно необходимо. В этом руководстве объясняется, как инженеры и группы EPC должны оценивать выбор переключателя ответвлений трансформатора, включая изменение напряжения в системе, диапазон ответвлений, размер шага, расположение обмоток, философию управления, FAT и долгосрочное обслуживание.

Что на самом деле делает переключатель ответвлений трансформатора?

Переключатель ответвлений трансформатора изменяет эффективное количество витков в ответвленной обмотке. Поскольку коэффициент напряжения трансформатора зависит от соотношения витков обмотки, выбор другого положения ответвления позволяет регулировать коэффициент трансформации.

Целью обычно является компенсация таких условий, как:

изменение напряжения сети

падение напряжения на фидере

сезонные изменения нагрузки

изменение напряжения генератора

изменение мощности возобновляемой генерации

рабочая конфигурация сети

поддержание необходимого напряжения на нисходящей шине

Изменение соединений обмоток на трансформаторе под напряжением — это не то же самое, что их изменение при изолированном трансформаторе. Это различие создает два основных инженерных варианта:

Устройство РПН без напряжения (DETC) — положение РПН меняется только тогда, когда трансформатор обесточен.

Устройство РПН под нагрузкой (OLTC) — положение ответвления можно изменить, пока трансформатор остается под напряжением, в зависимости от его конструкции и эксплуатационных требований.

МЭК 60214-1 охватывает требования к рабочим характеристикам и методы испытаний как для устройств РПН, так и для устройств РПН без напряжения, а также их механизмов моторного привода, где это применимо.

Техническая справка: МЭК 60214-1 — Международная электротехническая комиссия.

Устройство РПН без напряжения: простое, надежное и часто достаточное

Переключатель ответвлений без напряжения иногда называют в промышленности переключателем ответвлений без нагрузки или без нагрузки. Его основное ограничение очевидно: трансформатор не должен оставаться под напряжением во время изменения положения ответвителя.

Это делает DETC подходящим для случаев, когда регулировка напряжения носит случайный, а не непрерывный характер. Типичные области применения могут включать в себя:

промышленные трансформаторы, питающиеся от относительно стабильной сети

распределительные трансформаторы, для которых достаточна сезонная корректировка

проекты, в которых остановки могут быть запланированы

системы, в которых уже предусмотрено регулирование напряжения на входе

трансформаторы, не требующие автоматического регулирования напряжения вторичной шины

В качестве практического примера продукта покупатели A-сайта могут просмотреть Трансформатор регулирования напряжения без возбуждения серии S22 на 10–35 кВ , который иллюстрирует семейство продуктов для регулирования напряжения в обесточенном состоянии. Конкретный диапазон ответвлений и параметры проекта все равно должны быть подтверждены в соответствии с фактическими техническими спецификациями.

Нет необходимости в том, чтобы DETC передавал ток с одного отвода на другой, пока трансформатор несет нагрузку. Это снижает сложность коммутации и, как правило, уменьшает объем необходимого технического обслуживания устройства РПН. Для многих проектов EPC эта простота имеет реальную ценность.

РПН: регулирование напряжения без отключения трансформатора

Устройство РПН отвечает другим эксплуатационным требованиям. Это позволяет изменять эффективный коэффициент трансформации, в то время как трансформатор остается под напряжением и питает систему.

Во время переключения отвода устройство РПН должно избегать двух неприемлемых условий: прерывания тока нагрузки и прямого короткого замыкания соседних отводов обмотки. Это означает, что для устройства РПН требуется механизм управляемого перехода.

В зависимости от конструкции передача тока может включать в себя устройства резисторного или реакторного типа. Современные приложения также могут использовать технологию вакуумного переключения. МЭК 60214-1 применяется к устройствам РПН резисторного и реакторного типа и включает требования, относящиеся к различным технологиям изоляции и коммутации.

Техническая справка: МЭК 60214-1 — Международная электротехническая комиссия.

РПН обычно рассматриваются там, где проект требует автоматического регулирования напряжения, частого включения ответвлений, непрерывных промышленных процессов, контроля напряжения на подстанции, изменения напряжения генератора или сети, изменения условий потока мощности, крупных объектов возобновляемой энергетики или критических нагрузок, где отключение для регулировки ответвления недопустимо.

DETC против OLTC: инженерное сравнение

Начните с профиля напряжения, а не с каталога трансформаторов

Первым входным параметром для выбора переключателя ответвлений трансформатора должен быть ожидаемый профиль напряжения на клеммах трансформатора. Инженер EPC должен спросить:

Каково максимальное ожидаемое входное напряжение?

Каков минимум?

Являются ли эти изменения временными или устойчивыми?

Регулирует ли уже вышестоящая коммунальная компания напряжение?

Какое падение напряжения происходит между трансформатором и критическими нагрузками?

Имеются ли большие двигатели или нестабильные промышленные нагрузки?

Изменяет ли возобновляемая генерация местный профиль напряжения?

Важно ли с эксплуатационной точки зрения поддерживать шину низкого или среднего напряжения в узком диапазоне?

Рисунок 2. Концептуальный профиль напряжения, используемый для определения диапазона отводов и размера шага.

Без этой информации выбор диапазона ответвлений становится догадкой. Трансформатор с отводами ±5% может подойти для одного проекта, но недостаточен для другого. Аналогичным образом, указание более широкого диапазона автоматически не делает конструкцию лучше. Более широкий диапазон регулирования влияет на расположение обмоток, изоляцию, потери и режим работы устройства РПН.

Более широкий обзор параметров трансформатора перед публикацией запроса цен см. на сайте A. Руководство по выбору трансформатора для промышленных проектов.

Диапазон ответвлений и размер шага требуют отдельных решений

Диапазон отводов определяет, насколько далеко можно отрегулировать коэффициент трансформации от основного отвода. Размер шага определяет изменение напряжения между соседними позициями. Важным инженерным вопросом является не визуальная симметрия схемы отводов. Вопрос в том, смогут ли выбранный диапазон и приращение поддерживать напряжение системы в ожидаемых условиях эксплуатации.

Широкий ассортимент не всегда лучше

Увеличение диапазона отводов может повлиять на конструкцию обмотки, баланс ампер-витков, регулирование геометрии обмотки, требования к изоляции, изменение импеданса между отводами, потери и номинальные характеристики РПН. Поэтому разработчику трансформатора на ранних стадиях проекта необходим необходимый рабочий диапазон. Поздний запрос на изменение диапазона ответвлений после утверждения электромагнитной конструкции может привести к изменению конструкции обмотки и активной части.

Очень маленькие шаги также имеют последствия

Меньший шаг напряжения может обеспечить более точную регулировку напряжения. Но большее количество позиций может означать большее количество ответвительных соединений, большее количество операций РПН, более сложную систему регулирования и дополнительные аспекты управления. Инженер должен выбрать размер шага, исходя из допусков напряжения на шине, фактически требуемых сетью.

Какую обмотку следует обрезать?

Ответвительные обмотки обычно располагаются на стороне более высокого напряжения, хотя правильное расположение зависит от конструкции трансформатора и требований к системе. Для данного уровня мощности ток обмотки высокого напряжения ниже, чем ток обмотки низкого напряжения, что может упростить требования к токовой нагрузке регулирующего устройства. Но это не правило, которое следует применять без проверки проекта.

Обмотка, выбранная для отвода, влияет на номинальный сквозной ток РПН, уровень изоляции, геометрию обмотки, диапазон регулирования, характеристики импеданса и физическое размещение переключателя отводов. Спецификация проекта должна определять требуемое поведение системы и позволять разработчику трансформатора соответствующим образом координировать регулировочную обмотку и переключатель ответвлений.

Положение ответвления может влиять не только на коэффициент напряжения

Распространенной ошибкой при закупках является предположение, что все параметры трансформатора остаются неизменными во всем диапазоне отводов. Возможно, нет. Положение ответвления может влиять на сопротивление обмотки, потери нагрузки, полное сопротивление короткого замыкания, ток в отдельных секциях обмотки, напряжение напряжения и условия магнитного потока в зависимости от схемы регулирования.

Для системных исследований инженерам необходимо понять, основаны ли расчеты на основном отводе, отводе с максимальным напряжением, отводе с минимальным напряжением или на другом заданном рабочем условии. В исследованиях защиты, расчетах падения напряжения и исследованиях параллельной работы следует использовать условия ответвлений, которые соответствуют реальному рабочему случаю.

Выбор РПН требует тока, превышающего номинальный

Устройство РПН должно выбираться в соответствии с фактическими электрическими и эксплуатационными нагрузками. IEC/IEEE 60214-2 содержит рекомендации по выбору переключателей ответвлений под нагрузкой и без напряжения и учитывает параметры применения, формы сигналов тока, условия эксплуатации, перегрузку, повторяющиеся операции, установку и обслуживание на месте.

Техническая справка: IEC/IEEE 60214-2 — Международная электротехническая комиссия/IEEE.

Автоматическое регулирование напряжения требует философии управления

Установка устройства РПН сама по себе не создает эффективную систему автоматического регулирования напряжения. Если требуется автоматическое управление, в проекте также необходимо определить философию регулятора. Типичные входы могут включать измерение напряжения шины, заданное напряжение, мертвую зону, задержку времени, верхний и нижний пределы, обратную связь по положению ответвителя, местный/дистанционный выбор, команды повышения/понижения, контакты сигнализации и интерфейс SCADA или DCS.

Рисунок 3. Логика автоматического регулирования напряжения РПН и цепь обратной связи.

Без подходящих настроек зоны нечувствительности и задержки устройство РПН может работать без необходимости в ответ на кратковременные колебания напряжения. Чрезмерное количество операций переключения увеличивает нагрузку на механическое переключение и потребность в обслуживании, не принося при этом полезных преимуществ системе. Поэтому философия управления должна различать настоящие устойчивые отклонения напряжения и временные помехи.

Проекты возобновляемой энергетики требуют особого внимания

Солнечные, ветровые проекты и проекты BESS могут создавать условия напряжения, которые отличаются от обычных однонаправленных распределительных сетей. Поток мощности может меняться в зависимости от солнечного излучения, мощности ветра, зарядки и разрядки аккумуляторов, режимов работы инвертора и требований к диспетчеризации сети.

Трансформатор, используемый в этой среде, не должен автоматически обозначаться устройством РПН, но проект требует исследования контроля напряжения. Команда EPC должна определить, будет ли регулирование напряжения осуществляться с помощью инверторного управления, управления реактивной мощностью, устройства РПН на подстанции, регулирования восходящей сети или скоординированной комбинации. Если два независимых регулятора напряжения несогласованно отреагируют на одно и то же отклонение, они могут сработать друг против друга.

Параллельные трансформаторы добавляют еще один уровень координации

Если два трансформатора работают параллельно, положение отвода и коэффициент трансформации становятся особенно важными. Параллельные устройства требуют совместимых коэффициентов напряжения и фазовых соотношений. Если их эффективные коэффициенты различаются из-за того, что трансформаторы работают с разными положениями ответвлений, это может привести к возникновению контурного тока или неравномерному распределению нагрузки.

Поэтому автоматическая схема РПН для параллельных трансформаторов может потребовать управления ведущим-ведомым, управления контурным током, координации положения отвода или логики блокировки. Это должно быть согласовано до ввода в эксплуатацию. Простая установка двух одинаковых трансформаторов РПН не гарантирует правильного параллельного регулирования.

Что следует проверить во время FAT?

ЗИП трансформатора, оснащенного переключателем ответвлений, не должен сводиться к проверке перемещения механизма. Команда проекта должна проверить полную функциональную взаимосвязь между устройством РПН, трансформатором и системой управления.

Нажмите «Последовательность позиций»

Убедитесь, что все указанные положения могут быть достигнуты в правильной последовательности.

Механическая индикация положения

Индикатор физического положения должен соответствовать фактическому положению крана.

Локальное и удаленное управление

Если предусмотрен моторный привод, проверьте требуемые режимы работы.

Электрические блокировки

Убедитесь, что ограничения и блокировки предотвращают работу за пределами разрешенного диапазона.

Нажмите «Отзыв о положении»

Убедитесь, что сигнал, отправленный в систему управления, соответствует фактическому механическому положению.

Коэффициент трансформации на отводах

Проверьте измерения коэффициента трансформации в необходимых положениях ответвлений в соответствии с применимой программой испытаний трансформатора.

Сопротивление обмотки

Если этого требуют технические условия испытаний, проверьте результаты в соответствующих положениях кранов на предмет согласованности.

Цепь управления РПН

Проверьте питание двигателя, цепь управления, сигналы тревоги, конечные пределы и клеммы интерфейса.

Автоматический регулятор напряжения

Если АРН включен в комплект трансформатора, смоделируйте соответствующие команды управления и проверьте реакцию.

Рисунок 4. Порядок проверки FAT для трансформатора, оснащенного переключателем ответвлений.

Контрольный список FAT для трансформаторов РПН

Перед выбором необходимо учитывать техническое обслуживание

Устройство РПН выполняет механическое и электрическое переключение во время обслуживания. Поэтому требования к его жизненному циклу отличаются от требований к простому обесточенному переключателю ответвлений. Стратегия технического обслуживания может зависеть от технологии РПН, количества операций, текущего режима работы, изолирующей среды, инструкций производителя, рабочей среды и данных мониторинга состояния.

Современная технология РПН вакуумного типа может снизить некоторые требования к техническому обслуживанию, связанные с возникновением дуги, по сравнению с традиционными устройствами переключения масла, но она не устраняет необходимость в проверке и управлении жизненным циклом. IEC/IEEE 60214-2 включает руководство по применению, охватывающее вопросы эксплуатации, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, технического обслуживания и мониторинга.

Техническая справка: IEC/IEEE 60214-2 — Международная электротехническая комиссия/IEEE.

Распространенные ошибки в технических характеристиках переключателя ответвлений

Определение РПН без исследования напряжения

Это увеличивает стоимость и сложность, не доказывая необходимости постоянного регулирования.

Выбор DETC, когда выключение неприемлемо

Трансформатору позже может потребоваться коррекция коэффициента трансформации, но операции не могут обесточить нагрузку.

Копирование диапазона отводов из другого проекта

Условия напряжения могут быть совершенно разными.

Игнорирование крайних положений касания

Ток, потери, полное сопротивление и термическое поведение следует учитывать в условиях, соответствующих конструкции трансформатора.

Забыть интерфейс управления

Устройство РПН может быть механически завершено, пока в проекте еще отсутствуют необходимые интерфейсы SCADA, AVR или вспомогательного питания.

Отложить принятие решений по устройству РПН до позднего проектирования

Диапазон ответвлений и расположение ответвлений могут повлиять на геометрию обмотки. Поздние изменения могут привести к существенному редизайну.

Практический процесс выбора EPC

Получите реальный диапазон напряжения сети . Используйте данные о коммунальных сетях, результаты распределения нагрузки и сценарии эксплуатации проекта.

Определите требуемое контролируемое напряжение шины . Определите, какой диапазон напряжения действительно необходим нижестоящему оборудованию.

Определите, приемлемо ли прерывание . Если регулировка ответвления может осуществляться только во время плановых отключений, DETC может оказаться достаточным. Если напряжение необходимо корректировать во время непрерывной работы, оцените РПН.

Установите диапазон и шаг касания . Основывайте это на результатах исследования системы, а не на стандартном скопированном значении.

Определите философию управления . Для систем РПН укажите автоматический/ручной режим работы, уставку, зону нечувствительности, задержку и удаленные интерфейсы.

Проверьте ненормальные условия эксплуатации . При необходимости учитывайте перегрузку, гармоники, температуру окружающей среды и частые операции.

Зафиксируйте требование перед детальным проектированием трансформатора . Расположение отводов должно быть частью утвержденных данных трансформатора.

Проверка во время FAT — проверьте электрические характеристики трансформатора и операционную систему устройства РПН.

Координируйте ввод в эксплуатацию на месте . Окончательные настройки регулятора должны соответствовать фактической сети, а не просто настройкам заводских испытаний.

Какую информацию покупатели должны отправлять производителю трансформатора?

Для трансформатора, требующего регулирования напряжения, полезный запрос предложения должен включать мощность, превышающую номинальную, и номинальное напряжение. Предоставлять:

однолинейная диаграмма

номинальное напряжение ВН и НН

ожидаемое максимальное и минимальное напряжение высокого напряжения

требуемый диапазон регулируемой шины НН/СН

номинальная частота

требуемый диапазон ответвлений

предпочтительный шаг отвода, если он уже определен

Требование DETC или OLTC, если оно определено

профиль нагрузки

большая информация о двигателе

информация об инверторе возобновляемых источников энергии, где это применимо

требование параллельной работы

философия управления и SCADA

вспомогательный источник питания

техническое задание проекта

Если все еще необходимо более широкое сравнение продуктов, просмотрите сайт A. ассортимент трансформаторной продукции до определения окончательного типа трансформатора и схемы регулирования.

Для средних и крупных промышленных рейтингов Руководство по выбору трансформатора 2500 кВА предоставляет дополнительную информацию о закупках для выбора напряжения, охлаждения и конкретного проекта.

Выберите устройство РПН из системных требований.

Выбор между устройством РПН и устройством РПН должен исходить из эксплуатационных потребностей энергосистемы. Стабильная промышленная сеть с периодической регулировкой напряжения мало что выиграет от дополнительной сложности устройства РПН. Подстанция коммунального предприятия или критически важный процесс, требующий непрерывного регулирования напряжения, может не иметь практической альтернативы.

Тот же принцип применим к диапазону касаний, размеру шага и управлению. Больше позиций не означает автоматически лучше. Более широкий диапазон не является автоматически более безопасным. РПН не является автоматически трансформатором более высокого качества. Технически правильным решением является то, которое поддерживает требуемый профиль напряжения при соответствии конструкции трансформатора, режиму коммутации, стратегии технического обслуживания и философии эксплуатации проекта.

IEC 60214-1 определяет требования к производительности и методы испытаний переключателей ответвлений, а IEC/IEEE 60214-2 содержит рекомендации по их выбору, применению и обслуживанию.

Техническая справка: МЭК 60214-1 и IEC/IEEE 60214-2 — Международная электротехническая комиссия/IEEE.

При рассмотрении проекта Zisheng Electric может оценить подтвержденную мощность трансформатора, напряжение системы, диапазон отводов, условия эксплуатации и технические характеристики вместе, а не рассматривать переключатель отводов как изолированный аксессуар. Если вы готовите запрос предложения или технический обзор, отправьте однолинейную схему, техническое описание трансформатора, график нагрузки, диапазон напряжения и спецификацию проекта.

Наша команда инженеров рассмотрит требования и ответит на запросы по проекту в течение 24 часов.