Устройство рпн автотрансформатора

Устройство РПН автотрансформатора расположено в линейном конце обмот-ки среднего напряжения (рис. 18.4). При таком расположении устройства РПН изменяется коэффициент трансформации между обмотками высшего и среднего напряжений. Коэффициент трансформации между обмотками высшего и низшего напряжения не изменяется. Сначала устройство РПН автотрансформаторов выпо-лнялось встроенным в нейтраль, как у трансформаторов. При регулировании из-менялся коэффициент трансформации между всеми обмотками. При таком выпо-лнении трудно было согласовать требования по регулированию напряжения у по-требителей на сторонах низкого и среднего напряжений. При расположении уст-ройства РПН в линейном конце обмотки среднего напряжения обмотка низшего напряжения оказывается нерегулируемой. Если возникает необходимость регули-рования обмотки низшего напряжения автотрансформатора, последовательно с

обмоткой низшего напряжения включают линейный регулятор. С экономической точки зрения такое решение оказывается более целесообразным, чем выполнение автотрансформатора с двумя устройствами РПН.

Выполнение ответвлений со стороны нейтрали позволяет облегчить изоля-цию устройства РПН и рассчитать его на разность токов обмоток высшего и сред-него напряжений (I_В – I_С). Но регулирование будет связанным. Выполнение отве-твлений в линейном конце обмотки среднего напряжения устройство должно рас-считываться на полный номинальный ток, а его изоляция на напряжение обмотки среднего напряжения U_С. Но регулирование будет независимым.

Согласно рисунка, рабочий

СН

ток протекает через замкнутый

3'

контакт 1 и вспомогательный

R

R'

контакт 2. Переключение прои-

2'

сходит в следующем порядке.

При переходе со ступени

а на

'

степень в сначала размыкается

рабочий контакт 1, затем вспо-

могательный контакт 2. Ток на-

ОВН

грузки протекает через сопроти-

б

вление R. Замыкается дугогаси-

UВ

тельный контакт 3’. Образуется

∆U

мост – уравнительный ток про-

а

ОНН

текает через оба активных соп-

UC

ротивления R и R’. Размыкается

дугогасительный контакт

3 и

переводит ток нагрузки на пра-

вое плечо. Замыкаются контак-

Рисунок 18.4 – Схема РПН на активных

ты 2’ и 1’. Создается новое рабо-

чее положение.

сопротивлениях

Лекция № 19

Методы регулирования напряжения. Устройства регулирования напряжения (продолжение)

План.

1. Выбор ответвлений двухобмоточного трансформатора.

2. Выбор ответвлений трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора.

Выбор ответвлений двухобмоточного трансформатора

В соответствии с методом встречного регулирования напряжения на шинах 6

– 10 кВ районных подстанций меняется в зависимости от режима нагрузки. Доба-вка (V %) к номинальному напряжению питаемой сети составляет:

· + 5 % при максимальной нагрузке в нормальном режиме работы сети;

· 0 % при минимальной нагрузке, которая не превышает 30 % от максималь-ной нагрузки;

· 0 – 5 % в послеаварийном режиме в период максимальной нагрузки.

Если минимальная нагрузка превышает 30 % максимальной, то добавку к на-
пряжению можно рассчитать по формуле
			V %=0,0714×(	P	×100 - 30)
				Pmax
или определить из следующего графика (рис. 19.1).
					Желаемый уровень напряжения
%	V			на шинах 6 – 10 кВ районных под-
				станций в зависимости от режима
				нагрузки рассчитывается по форму-
				ле:
					Uн ж=(1+ V %)×Uн ном сети.
			P
			100 %		При отсутствии регулирования
				фактическое напряжение на шинах
	Рисунок 19.1 – К определению V %	6 – 10 кВ подстанций определяется
				с учетом номинального коэффици-
ента трансформации:

	без рег.		U н*		U н*
U	н ф	=		=		,
		K т ном		U в ном т
					U н ном т

где U _н^* - напряжение на шинах низшего напряжения подстанции, приведен-

ное к напряжению высокой стороны. Определяется при расчете режима сети. По-дробный расчет этого напряжения был приведен в лекции 9 в пункте “Расчет се-тей разных номинальных напряжений”;

U_{в ном т}, U_{н ном т}-соответственно высшее и низшее номинальные напряжения об-

моток трансформатора.

При установке устройства РПН в нейтрали обмотки высшего напряжениякоэффициент трансформации трансформатора можно записать следующим обра-зом:

K т=		U отв	.
U н ном т

Тогда желаемое напряжение на шинах низшего напряжения подстанций при его регулировании может быть рассчитано по формуле:

	U н*		U н*
U н ж=		=		.
	K т		U отв
			U н ном т

Из этого выражения можно определить необходимое напряжение ответвле-ния устройства РПН:

U	отв	= U н* ×U н ном т .
		U н ж

Далее расчет выполняется в следующем порядке:

1. Рассчитывается напряжение ступени регулирования (в кВ)

DU_ст=^DUст[%]×U_{в ном т},

где DU_ст [%] -ступень регулирования устройства РПН. Принимается по пас-

портным данным трансформатора.

2. Рассчитывается необходимый номер ответвления

n = ^U отв^-U в ном т.^отвDU _ст[кВ]

3. Принимается ближайший номер стандартного ответвления n_{отв ст} .

4. Рассчитывается напряжение принятого стандартного ответвления

^Uотв ст ^=Uв ном т ^{+ n}отв ст ^{× DU}ст ^[кВ].

5. Определяется фактическое напряжение на шинах низшего напряжения трансформатора

U		=U		×		U отв	.
н ф	н ж
			U отв ст

Расчет выполнен правильно, если выполняется условие

Uн ж -Uн ф		×100	£	DUст	[%]	.	(19.1)
Uн ж

Если устройство РПН установлено на стороне низшего напряжения тран-

сформатора,то его коэффициент трансформации равен:

_{K =} ^U в ном т _,

^т U _отв

а желаемое напряжение на шинах низшего напряжения подстанций при его регу-лировании может быть рассчитано по формуле:

	U н*		U н*
U н ж=		=		.
	K т	U в ном т
				U отв

Необходимое напряжение ответвления устройства РПН в этом случае равно:

U	отв	= Uв ном т ×U н ж .
		Uн*

Далее все расчеты выполняются по пунктам 1 – 4 по низшему номинальному напряжению тра-нсформатора U_{н ном т} . Фактическое напряжение на шинах низшего напряжения подстанции будет равно

U	н ф	=U	н ж	× U отв ст .
			U отв

Проверка правильности расчетов выполняется по формуле (19.1).

Выбор ответвлений трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора

У трехобмоточного трансформатора для регулирования напряжения име-

ются два устройства:

· устройство РПН для регулирования напряжения на низшей стороне. Уста-новлено в нейтрали высшей обмотки;

· устройство ПБВ (переключение без возбуждения) для регулирования

напряжения на стороне среднего напряжения. Установлено в обмотке среднего напряжения.

В результате расчета режима работы сети определяются значения напряже-ний на шинах низшего U _н^* и среднего U _с^* напряжений приведенные к напряже-

нию обмотки высшего напряжения. Расчет режима выполняется при заданном на-пряжении на источнике питания. Фрагмент, касающийся расчета трансформатора, приведен ниже. Упрощенная схема замещения трансформатора приведена на рис. 19.2. Количество трансформаторов подстанции учитывается при расчете сопроти-влений обмоток эквивалентного трансформатора.

S С'

S "

С

SС

U В

S 'В

S "В

U 0

Z С

S "Н

Z В

SН

S '

Z Н

DS ХХ

Н

Рисунок 19.2 – К расчету режима трехобмоточного трансформатора

	P" 2	+ Q" 2
DPн+ jDQн=	н	н		× (Rн
Uв2ном т
	P" 2	+ Q" 2
DPс+ jDQс=	с	с		× (Rс
Uв2ном т

По мощностям в конце обмоток низшего и среднего напряжений

S ^"_н= S _н;

S ^"_с= S _с

рассчитываются потери мощности в этих обмот-ках:

+ jX _н);

+ jX _с).

Мощности в начале обмоток низшего и среднего напряжения будут равны:

P'	+ jQ'	= P"+ jQ"	+ DP + jDQ ;
н	н	н	н	н	н
P'+ jQ'	= P"+ jQ"	+ DP + jDQ .
с	с	с	с	с	с

Мощность в конце обмотки высшего напряжения определяется по I закону Кирхгофа

P_в^"+ jQ_в^"= P_с^'+ jQ_с^'+ P_с^'+ jQ_с^'.

Определяются потери мощности в обмотке высшего напряжения

DP_в+ jDQ_в

и вычисляется мощность в ее начале:

P_в^'+ jQ_в^'= P_в^"

	P" 2	+ Q" 2
=	в	в	× (Rв + jX в )
Uв2ном т

+ jQ_в^"+ DP_в+ jDQ_в.

По напряжению и мощности в начале обмотки среднего напряжения рассчи-тываются составляющие падения напряжения в обмотке среднего напряжения:

· продольная

_{DU в =} ^Pв^{' × R}в ^{+ Q}в^{' × X} в U _в

· и при напряжении 110 кВ и выше поперечная

_{dUв =} ^Pв^{' × X} в ^{- Q}в^{' × R}в _.

U _в

Определяется напряжение в нулевой точке

U₀= (U_в - DU_в )² + dU_в ² .

Аналогично рассчитываются составляющие падения напряжения в обмотках низшего и среднего напряжений:

P'

× R + Q'

× X

н

P'

× X

- Q'

× R

DU

=

н

н

н

;

dU

=

н

н

н

н

;

н

U 0

н

U0

P'× R + Q'

× X

P'× X

с

- Q'

× R

DU

=

с

с

с

с

;

dU

=

с

с

с

.

с

U 0

с

U 0

Рассчитываются напряжения на стороне низшего и среднего напряжений, приведенные к напряжению обмотки высшего напряжения:

U_н^*= (U₀ - DU_н )² + dU_н ² ;

U_с^*= (U₀ - DU_с )² + dU_с ² .

При регулировании напряжения сначала рассчитывается устройство РПН. Расчет выполняется аналогично расчету устройства РПН двухобмоточного тран-сформатора при установке устройства в нейтрали. В результате расчета определя-ется напряжение ответвления обмотки высшего напряжения U_{отв в ст} . Далее выпо-

лняется расчет ответвлений устройства ПБВ.

При коэффициенте трансформации между обмотками высшего и среднего напряжений равным

_{K =} ^Uотв в ст

^тв-с U_{отв с}

желаемое напряжение на шинах среднего напряжения будет равно

	U с*		U с*
U с ж=		=		.
	K т в-с	U отв в ст
				U отв с

Из этого выражения найдем искомую величину – напряжение ответвления устройства ПБВ:

U	отв с	= Uотв в ст ×Uс ж .
		Uс*

Величина желаемого напряжения в сети среднего напряжения выбирается U _{с ж}независимо от режима нагрузки.Для снижения потерь мощности и электроэ-

нергии в элементах сети целесообразно в любом режиме нагрузок поддерживать максимально допустимый уровень напряжения. Его величина определяется вели-чиной номинального напряжения оборудования (в основном трансформаторами), которое установлено в сети среднего напряжения. Согласно ПУЭ на обмотки вы-сшего напряжения трансформаторов допустимо длительно подавать напряжение на 5 % выше их номинальных напряжений. Так как трансформаторы, которые пи-таются от сети среднего напряжения, имеют разную величину номинального на-пряжения, то величина желаемого напряжения в сети среднего напряжения расс-читывается следующим образом:

Uс ном т

^Uс ж ^{=1,05 ×U}в^minном трансформаторовсети СН ^.

Далее расчет выполняется по пунктам 1 – 4 с учетом количества ступеней ре-гулирования и величины ступени регулирования устройства ПБВ. Расчет ведется по номинальному напряжению обмотки среднего напряжения трансформатора

. Фактическое напряжение на шинах низшего напряжения подстанции

определяется как и при расчете устройства РПН, когда оно установлено на обмот-ке низшего напряжения:

U _{с ф}=U _{с ж}× ^{U отв с ст}.

^U отв с

У автотрансформатора для регулирования напряжения имеется устройствоРПН, установленное в линейном конце обмотки среднего напряжения. Регулируе-тся напряжение только на средней стороне. Расчет выполняется аналогично рас-чету устройства ПБВ трехобмоточного трансформатора. Поскольку обмотка выс-шего напряжения автотрансформатора нерегулируема, то на ней есть только одно ответвление. Оно соответствует номинальному напряжению высшей обмотки U_{в ном АТ}.Поэтому напряжение ответвления устройства РПН автотрансформатора

рассчитывается так:

U	отв с	= Uв ном АТ ×U с ж .
		Uс*

Остальные расчеты выполняются, как для устройства ПБВ трехобмоточного трансформатора.

Лекция № 20

Методы регулирования напряжения. Устройства регулирования напряжения (продолжение)

План.

3. Регулирование напряжения при помощи линейных регуляторов.

4. Регулирование напряжения при помощи устройств продольной компенсации.

5. Регулирование напряжения при помощи устройств поперечной компенсации.

Регулирование напряжения при помощи линейных регуляторов

Линейные регуляторы (ЛР) предназначены для создания в сети допол-нительной ЭДС. Эта дополнительная ЭДС складывается с вектором напряжения сети и изменяет его. Таким образом выполняется регулирование напряжения сети. Линейные регуляторы используются в сети, если регулировочного диапазона уст-ройства РПН силового трансформатора не хватает для обеспечения необходимого уровня напряжения в сети. Они применяются также при реконструкции сети, если там установлены трансформаторы без РПН. Линейные регуляторы могут вклю-чаться последовательно обмотке силового трансформатора (рис. 20.1 а) и на отхо-дящих линиях электропередач (рис. 20.1 б).

		ЛР1
ЛР		Т
ЛЭП1	ЛЭП1
	ЛЭП2	ЛЭП2
		ЛР2
	а)	б)

Рисунок 20.1 – Установка ЛР в сети

Схема линейного регулятора представлена на рис. 20.2. Линейный регулятор состоит из двух трансформаторов: питающего трансформатора 1 и после-довательного трансформатора 2. Первичная обмотка 3 питающего трансфор-матора является питающей. Она может быть включена и на фазное А – 0 и на ли-нейное напряжение (А – В, А – С). Вторичная обмотка 4 питающего трансформа-тора имеет такое же переключающее устройство 5 как и транс-форматор с РПН. Один конец первичной обмотки 6 последовательного трансформатора присоеди-

нен к средней точке вторичной обмотки питающего трансформатора. Другой к переключающему устройству. Вторичная обмотка 7 последовательного трансфо-рматора соединена последовательно с обмоткой высшего напряжения силового трансформатора. Добавочная ЭДС в обмотке 7 складывается с ЭДС силового тра-нсформатора и изменяет ее.

А В С 0

Т

21

3

Рисунок 20.2 – Схема линейного регулятора

ЭДС, создаваемая линейным регулятором зависит:

· от величины питающего напряжения;

· от фазы питающего напряжения;

· от коэффициента трансформации линейного регулятора.

Включая первичную обмотку питающего трансформатора в разные фазы се-ти, можно получить разные напряжения на выходе регулятора. В линейном регу-ляторе выполняется пофазное регулирование. Выполним построение векторных диаграмм для фазы А.

Когда первичная обмотка включена на фазу 0 – А, то ЭДС обмотки высшего напряжения силового трансформатора с помощью линейного регулятора регули-руется по модулю (рис. 20.3 а). При таком регулировании добавочная ЭДС линей-ного регулятора ∆Е совпадает по фазе с фазными напряжениями сети. Такое регу-лирование называется продольным. Коэффициент трансформации – действитель-ная величина.

Если обмотка 3 питающего трансформатора включена на линейное напряже-ние В – С, то результирующая ЭДС обмотки силового трансформатора и вторич-ной обмотки 7 последовательного трансформатора изменяется по фазе (рис. 20.3 б).