Вибір трансформатора РПН: коли використовувати знеструмлений РПН або РНП

Трансформатор може мати правильну потужність, співвідношення напруги та рівень ізоляції, але все одно створювати проблеми з роботою, якщо його метод регулювання напруги не відповідає фактичній енергосистемі.

У Zisheng Electric вибір трансформатора РПН найкраще розглядати як рішення щодо проектування системи, а не як вибір аксесуарів. Ключове питання полягає не просто в тому, чи є пристрій РПН (РПН) технічно більш досконалим. Справжнє питання полягає в тому, чи потрібно трансформатору регулювати співвідношення напруги під час напруги та навантаження.

Для деяких промислових і розподільчих проектів більш практичним рішенням є знеструмлений перемикач (DETC). На комунальних підстанціях, інтерфейсах відновлюваних джерел енергії, великих промислових мережах або системах зі значними коливаннями напруги РПН може знадобитися для підтримки необхідного профілю напруги без переривання постачання.

Неправильний вибір може збільшити вартість обладнання, вимоги до обслуговування та складність керування або залишити проект без достатньої можливості регулювання напруги, коли це дійсно необхідно. У цьому посібнику пояснюється, як інженери та команди EPC повинні оцінювати вибір перемикача РПН трансформатора, включаючи зміну напруги системи, діапазон РПН, розмір кроку, розташування обмоток, філософію керування, FAT та довгострокове обслуговування.

Що насправді робить трансформатор РПН?

Перемикач РПН трансформатора змінює ефективну кількість витків в обмотці з відводами. Оскільки коефіцієнт напруги трансформатора пов'язаний із співвідношенням витків обмотки, вибір іншого положення відводу дозволяє регулювати коефіцієнт трансформації.

Зазвичай метою є компенсація таких умов, як:

зміна напруги мережі

падіння напруги на фідері

сезонні зміни навантаження

зміна напруги генератора

зміна виробництва відновлюваної генерації

робоча конфігурація мережі

підтримці необхідної напруги на вихідній шині

Зміна з'єднань обмоток на трансформаторі під напругою не те саме, що зміна їх, коли трансформатор ізольований. Ця відмінність створює два основних інженерних варіанти:

De-Energized Tap Changer (DETC) — положення РПН змінюється тільки при знеструмленому трансформаторі.

Перемикач відводів під навантаженням (OLTC) — положення відводу можна змінювати, поки трансформатор залишається під напругою, відповідно до його конструкції та робочих вимог.

IEC 60214-1 охоплює вимоги до продуктивності та методи випробування для перемикачів РПН під навантаженням і знеструмлених перемикачів РПН разом із механізмами їх моторного приводу, де це можливо.

Технічна довідка: IEC 60214-1 — Міжнародна електротехнічна комісія.

Перемикач РПН без напруги: простий, надійний і часто достатній

Знеструмлений перемикач РПН іноді називають у промисловості перемикачем РПН або без навантаження. Його головне обмеження зрозуміле: трансформатор не повинен залишатися під напругою під час зміни положення відводу.

Це робить DETC придатним там, де регулювання напруги є випадковим, а не постійним. Типові програми можуть включати:

промислові трансформатори, що живляться від відносно стабільної мережі

розподільні трансформатори, де сезонне коригування достатньо

проекти, де можна запланувати зупинку

системи, де вже передбачено регулювання напруги на вході

трансформатори, які не потребують автоматичного регулювання напруги вторинної обмотки

Для практичного прикладу продукту покупці сайту A можуть переглянути Регулюючий трансформатор напруги без збудження серії S22 10 кВ-35 кВ , який ілюструє сімейство продуктів регулювання напруги без напруги. Конкретний діапазон відведення та параметри проекту все ще повинні бути підтверджені фактичними технічними специфікаціями.

Немає вимоги, щоб DETC передавав струм від одного крана до іншого, поки трансформатор несе навантаження. Це зменшує складність перемикання та, як правило, зменшує кількість необхідного обслуговування пристрою РПН. Для багатьох проектів EPC ця простота має реальну цінність.

РПН: регулювання напруги без відключення трансформатора

РПН задовольняє інші робочі вимоги. Це дозволяє змінювати ефективний коефіцієнт витків, поки трансформатор залишається під напругою та живить систему.

Під час переходу відводів РПН повинен уникати двох неприйнятних умов: переривання струму навантаження та безпосереднього короткого замикання сусідніх відводів обмотки. Це означає, що РПН вимагає контрольованого механізму переходу.

Залежно від конструкції, передача струму може включати пристрої резисторного або реакторного типу. Сучасні програми також можуть використовувати технологію вакуумного перемикання. IEC 60214-1 застосовується до РПН резисторного та реакторного типу та містить вимоги, що стосуються різних технологій ізоляції та комутації.

Технічна довідка: IEC 60214-1 — Міжнародна електротехнічна комісія.

РПН зазвичай розглядаються там, де проект потребує автоматичного регулювання напруги, частих операцій крана, безперервних промислових процесів, контролю напруги на підстанції, варіації напруги генератора або мережі, змінних умов потоку електроенергії, великих об’єктів відновлюваної енергії або критичних навантажень, де відключення для регулювання крана є неприйнятним.

DETC проти OLTC: інженерне порівняння

Почніть із профілю напруги, а не з каталогу трансформаторів

Першим входом для вибору перемикача РПН трансформатора має бути очікуваний профіль напруги на клемах трансформатора. Інженер EPC повинен запитати:

Яка максимальна очікувана вхідна напруга?

Який мінімум?

Ці відхилення тимчасові чи тривалі?

Чи регулює напругу вихідна мережа?

Яке падіння напруги відбувається між трансформатором і критичними навантаженнями?

Чи є великі двигуни чи промислові навантаження, що коливаються?

Чи змінює відновлювана генерація місцевий профіль напруги?

Чи важливо підтримувати шину низького або середнього напруги у вузькому діапазоні з точки зору експлуатації?

Рисунок 2. Концептуальний профіль напруги, який використовується для визначення діапазону відводів і розміру кроку.

Без цієї інформації вибір діапазону крана стає здогадкою. Трансформатор із відводами ±5% може бути достатнім для одного проекту, але недостатнім для іншого. Подібним чином, вказівка ​​ширшого діапазону автоматично не робить дизайн кращим. Більш широкий діапазон регулювання впливає на розташування обмоток, ізоляцію, втрати та роботу пристрою РПН.

Щоб отримати детальнішу перевірку параметрів трансформатора перед публікацією запиту пропозицій, відвідайте сайт A Посібник з вибору трансформатора для промислових проектів.

Діапазон дотиків і розмір кроку потребують окремих рішень

Діапазон відводів визначає, на якій відстані можна відрегулювати коефіцієнт трансформації від основного відводу. Розмір кроку визначає зміну напруги між сусідніми положеннями. Важливим інженерним питанням є не візуальна симетрія графіка кранів. Це залежить від того, чи можуть вибраний діапазон і приріст підтримувати напругу системи за очікуваних умов експлуатації.

Широкий асортимент не завжди кращий

Збільшення діапазону відводів може вплинути на конструкцію обмотки, ампер-витковий баланс, регулюючу геометрію обмотки, вимоги до ізоляції, зміну опору між відводами, втрати та рейтинг РПН. Тому розробнику трансформатора потрібен необхідний робочий діапазон на початку проекту. Пізній запит на зміну діапазону відводів після схвалення електромагнітної конструкції може призвести до перепроектування обмотки та активної частини.

Дуже маленькі кроки також мають наслідки

Менший крок напруги може забезпечити більш точне регулювання напруги. Але більше позицій може означати більше з’єднань кранів, більше операцій РПН, більш складну систему регулювання та додаткові міркування щодо контролю. Інженер повинен вибрати розмір кроку на основі допуску напруги на шині, фактично необхідного для мережі.

Яку обмотку потрібно відрізати?

Обмотки відводів зазвичай розташовують на стороні вищої напруги, хоча правильне розташування залежить від конструкції трансформатора та системних вимог. Для даного рівня потужності струм обмотки високого напруги нижчий, ніж струм низького напруги, що може спростити вимоги до струмопровідної системи регулювання. Але це не правило, яке слід застосовувати без перевірки дизайну.

Обмотка, вибрана для відведення, впливає на номінальний наскрізний струм РПН, рівень ізоляції, геометрію обмотки, діапазон регулювання, характеристики імпедансу та фізичне розміщення перемикача відводів. Специфікація проекту повинна визначати необхідну поведінку системи та дозволяти розробнику трансформатора відповідно скоординувати регулюючу обмотку та перемикач.

Положення відводу може впливати не тільки на коефіцієнт напруги

Поширеною помилкою при закупівлі є припущення, що всі параметри трансформатора залишаються абсолютно незмінними в усьому діапазоні відводів. Вони не можуть. Положення відводу може впливати на опір обмотки, втрату навантаження, опір короткого замикання, струм у окремих ділянках обмотки, напругу та умови потоку залежно від схеми регулювання.

Для системних досліджень інженерам необхідно зрозуміти, чи базуються розрахунки на основному відводі, відводі максимальної напруги, відводі мінімальної напруги чи іншому конкретному робочому стані. Дослідження захисту, обчислення падіння напруги та дослідження паралельної роботи повинні використовувати умови відведення, які представляють реальний робочий випадок.

Вибір РПН потребує струму, що перевищує номінальний

РПН слід вибирати відповідно до фактичного електричного та робочого навантаження. IEC/IEEE 60214-2 надає вказівки щодо застосування для вибору перемикачів РПН під навантаженням і знеструмлених, а також розглядає параметри застосування, форми струму, робочі умови, перевантаження, повторні операції, установку та польове обслуговування.

Технічна довідка: IEC/IEEE 60214-2 — Міжнародна електротехнічна комісія / IEEE.

Автоматичне регулювання напруги потребує філософії керування

Встановлення РПН сама по собі не створює ефективної автоматичної системи регулювання напруги. Якщо потрібне автоматичне керування, проект також має визначити філософію регулятора. Типові вхідні дані можуть включати вимірювання напруги на шині, цільову напругу, зону нечутливості, часову затримку, верхню та нижню межі, зворотний зв’язок положення РПН, локальний/дистанційний вибір, команди підвищення/зниження, контакти тривоги та інтерфейс SCADA або DCS.

Рисунок 3. Логіка автоматичного регулювання напруги РПН і шлях зворотного зв'язку.

Без відповідних налаштувань зони нечутливості та затримки РПН може працювати без потреби у відповідь на короткочасні коливання напруги. Надмірні операції відводів збільшують навантаження на механічне перемикання та потребу в технічному обслуговуванні, не забезпечуючи корисних переваг системі. Таким чином, у філософії керування необхідно розрізняти справжнє тривале відхилення напруги від тимчасових збурень.

Проекти з відновлюваних джерел енергії потребують особливої ​​уваги

Сонячні, вітрові та BESS проекти можуть створити умови напруги, які відрізняються від звичайних однонаправлених розподільних мереж. Потік електроенергії може змінюватися залежно від сонячного випромінювання, потужності вітру, заряджання та розряджання акумулятора, режимів роботи інвертора та вимог до мережі.

Трансформатор, який використовується в цьому середовищі, не повинен автоматично вказуватися за допомогою РНП, але проект потребує дослідження контролю напруги. Команда EPC повинна визначити, чи буде здійснюватися регулювання напруги засобами керування інвертором, керуванням реактивною потужністю, РПН на підстанції, регулюванням вищої мережі або скоординованою комбінацією. Якщо два незалежні регулятори напруги реагують на однакові відхилення без координації, вони можуть працювати один проти одного.

Паралельні трансформатори додають ще один рівень координації

Якщо два трансформатори працюють паралельно, положення відводу та співвідношення напруги стають особливо важливими. Для паралельних блоків потрібні сумісні співвідношення напруги та співвідношення фаз. Якщо їхні ефективні коефіцієнти відрізняються через те, що трансформатори працюють на різних положеннях відводів, може виникнути циркуляційний струм або нерівномірний розподіл навантаження.

Таким чином, автоматична схема РПН для паралельних трансформаторів може потребувати керування провідним і продовженим механізмом, керування циркуляційним струмом, координацію положення відводу або логіку блокування. Це необхідно узгодити перед введенням в експлуатацію. Проста установка двох ідентичних трансформаторів РНП не гарантує правильного паралельного регулювання.

Що слід перевіряти під час FAT?

FAT для трансформатора, оснащеного перемикачем РПН, не повинен зводитися до перевірки, чи рухається механізм. Команда проекту повинна перевірити повний функціональний зв’язок між перемикачем РПН, трансформатором і системою керування.

Торкніться Послідовність позицій

Переконайтеся, що всі вказані позиції можна досягти в правильній послідовності.

Механічна індикація положення

Індикатор фізичного положення повинен відповідати фактичному положенню крана.

Локальна та дистанційна робота

Якщо передбачений моторний привід, перевірте необхідні режими роботи.

Електричні блокування

Перевірте, чи обмеження та блокування запобігають роботі за межами дозволеного діапазону.

Натисніть Відгук про позицію

Переконайтеся, що сигнал, надісланий до системи керування, відповідає фактичному механічному положенню.

Коефіцієнт трансформації відводів

Перегляньте вимірювання коефіцієнта в необхідних положеннях відводів відповідно до застосовної програми випробувань трансформатора.

Опір обмотки

Якщо це вимагається специфікацією тесту, перегляньте результати у відповідних місцях крана для відповідності.

Схема керування РПН

Перевірте живлення двигуна, схему керування, сигналізацію, кінцеві межі та клеми інтерфейсу.

Автоматичний регулятор напруги

Якщо AVR входить до комплекту трансформатора, імітуйте відповідні команди керування та перевірте відповідь.

Рисунок 4. Потік перевірки FAT для трансформатора, обладнаного перемикачем РПН.

Контрольний список FAT для трансформаторів РПН

Перед вибором необхідно врахувати технічне обслуговування

РПН виконує механічне та електричне перемикання під час обслуговування. Тому вимоги до його життєвого циклу відрізняються від вимог простого знеструмленого перемикача РПН. Стратегія технічного обслуговування може залежати від технології РПН, кількості операцій, поточного навантаження, ізоляційного середовища, інструкцій виробника, робочого середовища та даних моніторингу стану.

Сучасна технологія РПН вакуумного типу може зменшити певні вимоги до технічного обслуговування, пов’язані з дугою, у порівнянні зі звичайними системами перемикання масла, але це не усуває потреби в перевірці та управлінні життєвим циклом. IEC/IEEE 60214-2 містить інструкції із застосування, що охоплюють польове обслуговування, введення в експлуатацію, експлуатацію, технічне обслуговування та моніторинг.

Технічна довідка: IEC/IEEE 60214-2 — Міжнародна електротехнічна комісія / IEEE.

Поширені помилки в специфікаціях перемикача РПН

Визначення РПН без дослідження напруги

Це збільшує вартість і ускладнює процес, не демонструючи необхідності постійного регулювання.

Вибір DETC, коли завершення роботи неприйнятне

Пізніше трансформатор може потребувати корекції коефіцієнта, але операції не можуть знеструмити навантаження.

Копіювання діапазону дотиків з іншого проекту

Умови напруги можуть бути абсолютно різними.

Ігнорування крайніх позицій натискання

Струм, втрати, повний опір і термічну поведінку слід переглянути в умовах, що стосуються конструкції трансформатора.

Забути про інтерфейс керування

РПН може бути механічно завершеним, поки в проекті все ще відсутні необхідні SCADA, AVR або інтерфейси допоміжного живлення.

Залиште рішення щодо перемикача РПН на пізню розробку

Діапазон і розташування відводів можуть впливати на геометрію намотування. Пізні зміни можуть спричинити значний редизайн.

Практичний процес вибору EPC

Отримайте реальний діапазон напруги в мережі — використовуйте дані комунального підприємства, результати потоку навантаження та робочі сценарії проекту.

Визначте необхідну керовану напругу шини — визначте, який діапазон напруги фактично потрібен наступному обладнанню.

Визначте, чи є переривання прийнятним — якщо регулювання крана може відбуватися лише під час запланованих відключень, DETC може бути достатнім. Якщо під час безперервної роботи необхідно відкоригувати напругу, оцініть РПН.

Встановіть діапазон і крок відводу — ґрунтуйтеся на результатах дослідження системи, а не на стандартному скопійованому значенні.

Визначте філософію керування — для систем РНП вкажіть автоматичне/ручне функціонування, задане значення, зону нечутливості, затримку та віддалені інтерфейси.

Перегляньте ненормальні робочі умови — враховуйте перевантаження, гармоніки, температуру навколишнього середовища та часті операції, де це необхідно.

Закріпіть вимогу перед детальним проектуванням трансформатора — розташування відводів має бути частиною затверджених даних трансформатора.

Перевірте під час FAT — перевірте як електричні характеристики трансформатора, так і операційну систему пристрою РПН.

Координуйте введення об’єкта в експлуатацію — Остаточні параметри регулятора повинні відповідати фактичній мережі, а не лише заводським тестовим налаштуванням.

Яку інформацію покупці повинні надіслати виробнику трансформатора?

Для трансформатора, який потребує регулювання напруги, корисний запит пропозицій повинен містити більше ніж номінальна потужність і номінальна напруга. Надати:

однолінійна діаграма

номінальна напруга ВН і НН

очікувана максимальна та мінімальна напруга HV

необхідний регульований діапазон шини НН/СН

номінальна частота

необхідний діапазон відводів

бажаний крок натискання, якщо вже визначено

Вимоги DETC або OLTC, якщо визначено

профіль навантаження

велика моторна інформація

інформацію про інвертор з відновлюваними джерелами енергії, де це необхідно

вимога до паралельної роботи

управління та філософія SCADA

допоміжне постачання

технічне завдання проекту

Якщо ще потрібне ширше порівняння продуктів, перегляньте A-сайт номенклатуру трансформаторної продукції перед фіксацією остаточного типу трансформатора та схеми регулювання.

Для середніх і великих промислових рейтингів Посібник із вибору трансформатора 2500 кВА містить додатковий контекст закупівлі для вибору напруги, охолодження та конкретного проекту.

Виберіть перемикач РПН із системних вимог

Вибір між знеструмленим перемикачем РПН і РПН повинен виходити з робочих потреб енергосистеми. Стабільна промислова мережа з періодичним регулюванням напруги може мало виграти від додаткової складності РНП. Електрична підстанція або критичний процес, який вимагає постійного регулювання напруги, може не мати практичної альтернативи.

Той самий принцип застосовується до діапазону відведення, розміру кроку та контролю. Більше позицій автоматично не означає кращих. Більш широкий діапазон не означає автоматично безпечніші. РПН автоматично не є трансформатором вищої якості. Технічно правильне рішення – це рішення, яке підтримує необхідний профіль напруги, одночасно відповідаючи конструкції трансформатора, режиму перемикання, стратегії технічного обслуговування та філософії експлуатації проекту.

IEC 60214-1 визначає вимоги до продуктивності та методи випробувань для перемикачів РПН, тоді як IEC/IEEE 60214-2 містить інструкції щодо їх вибору, застосування та обслуговування.

Технічна довідка: IEC 60214-1 і IEC/IEEE 60214-2 — Міжнародна електротехнічна комісія / IEEE.

Для перевірки проекту Zisheng Electric може разом оцінити підтверджену потужність трансформатора, напругу системи, діапазон відводів, умови експлуатації та технічні характеристики, а не розглядати перемикач відводів як ізольований аксесуар. Якщо ви готуєте запит на пропозицію або технічний огляд, надішліть однолінійну схему, опис трансформатора, графік навантаження, діапазон напруги та специфікацію проекту.

Наша команда інженерів розгляне вимоги та відповість на запити щодо проекту протягом 24 годин.