Автоматические регуляторы коэффициента трансформации трансформаторов

Схемы автоматического регулирования напряжения на подстанциях изменением коэффициента транс­формации трансформаторов применяются практически на всех трансформаторах, оснащенных устрой­ствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Согласно требованиям ПТЭ, все трансформа­торы должны работать с введенной автоматикой РПН, а отказ от применения автоматики должен быть обоснован. Причиной отказа может быть неисправность РПН, толчковая нагрузка, приводящая к недо­пустимо частому переключению РПН, исчерпание ресурса переключателя, необходимость его ревизии или замены масла.

С 1974 г. отечественные заводы, выпускающие трансформаторы, комплектовали их автоматическими регуляторами напряжения (АРНТ) типов АРТ-1Н (БАР) а затем АРТ-1М. Для переключения отпаек об­моток трансформаторов использовались привода РПН, самыми распространенными из которых являются отечественные ПДП-1, ПДП-4У, встроенный быстродействующий РНТА-35, и болгарские МЗ-2, МЗ-4. Электромоторный привод РПН предназначен для ступенчатого переключения отпаек обмоток транс­форматора. Привод обеспечивает такие режимы управления: • местное (кнопками на приводе);

• дистанционное (ключом со щита управления);

• автоматическое (устройством АРНТ);

• ручной (механическое переключение при помощи специальной рукоятки на приводе).

Ручное управление РПН применяется при его наладке, при отсутствии питающего напряжения, или при неисправности электромоторного привода. Из условий безопасности персонала, ручное управление приводом РПН под напряжением запрещается.

Чаще всего, привод РПН имеет 9 или 19 ступеней регулирования. Как правило, переключаются отпай­ки обмотки ВН, тогда максимальному количеству витков, т.е. минимальному напряжению соответствует «1-е» положение привода РПН, а минимальному количеству витков и максимальному напряжению со­ответствует «n-е». У 2-х обмоточных трансформаторов 110/10кВ подстанций «глубокого ввода» «1-е» положение привода РПН соответствует максимальному напряжению, а «n-е» - минимальному. Теку­щее положение РПН определяется по лимбу указателя положения на приводе, или по электрическому указателю положения на щите управления. При получении команды «Прибавить» («Убавить») привод РПН начинает переключение, при этом замыкаются контакты контроллера, обеспечивающие переклю­чение на одну ступень, и выдающие для блока автоматики сигнал «Идет переключение». Необходимо отметить, что при длительной эксплуатации РПН, в результате износа деталей его при­вода, загрязнения магнитопроводов и замедления отпадания установленных в нем пускателей, привод может не остановиться при переключении на одну ступень, а продолжать переключения до конечного положения и далее. При этом регулируемое напряжения может выйти за допустимые пределы (9,5 -11,5кВ для шин 110 кВ), что опасно для электрооборудования потребителей. Устройства АРТ-1Н и АРН-1М такую неисправность привода РПН не выявляют. Для исключения опасного повышения (пониже­ния) напряжения при неисправности привода РПН, необходимо предусматривать специальную защиту, действующую на его остановку путем отключения питающего напряжения. Защита может быть выпол­нена как отдельное устройство, или же входить в состав устройства АРНТ, как, например, у микропро­цессорного АРН-01производства фирмы «Энергомашвин». Признаком неисправности привода РПН может быть не нормальное повышение (понижение) напряжения, отсутствие паузы между циклами и т.д.

устройство автоматического регулирования напряжения трансформатора (АРНТ), например, типа АРТ-1Н,предназначено для автоматического управления электроприводами переключателя отпаек на об­мотках силового трансформатора (РПН) импульсным, или непрерывным сигналом. АРНТ имеет воз­можность выполнения внешнего изменения уставки по напряжению, контроля исправности тракта ре­гулирования и электроприводов РПН, блокировки и сигнализации при их неисправности, группового регулирования несколькими приводами РПН, контроля и блокировки при рассогласовании РПН парал­лельно работающих трансформаторов.

Структурная схема устройства АРНТ представлена на рис. 10.38. Она содержит три основных функ­циональных звена: тракт регулирования с двумя каналами управления (Убавить — на понижение на­пряжения, Прибавить — на повышение напряжения); блок управления и контроля БУК, генератор так­товых импульсов ГТИ с элементом изменения периода следования тактовых импульсов. В состав тракта регулирования входят следующие элементы: сумматор 1, датчик тока 2, элементы формирования и изменения зоны нечувствительности и уставки АРНТ, измерения и разделения кана­лов с преобразователями 3; элементы времени 4 и 5; элементы запрета б и 7, исполнительные эле­менты 5 и 9.

Рис. 10.38 Структурная схема автоматического регулятора напряжения, устанавливаемого на транс­форматорах

Контролируемое напряжение вырабатывается в сумматоре 1, входное напряжение суммируется с напряжением от датчика тока 2 (осуществляется токовая компенсация). Благодаря токовой ком­пенсации обеспечивается так называемое «встречное регулирование», необходимое для поддержания напряжения на шинах у потребителя. Без токовой компенсации АРНТ поддерживал бы постоянным на­пряжение в том месте, где он установлен, т. е. на шинах питающей подстанции. Напряжение на шинах потребителя отличается от напряжения на шинах низшего напряжения питающей подстанции

на величину падения напряжения в линии и будет изменяться при изменении тока нагрузки, прохо­дящего по линии - (см. рис.10.39).

Рис. 10.39. Схема подключения токовой компенсации к измерительному органу АРНТ

(10.16) где

- сопротивление линии /72.

Чем больше ток нагрузки, проходящий по линии /72, тем ниже окажется напряжение у потребителя. Для того чтобы поддерживать постоянным напряжение у потребителя, измерительный орган АРНТ и до­полняется токовой компенсацией (см. рис. 10.35).

При включенной токовой компенсации (сопротивления R и X на рис. 10.35) к измерительному органу АРНТ будет подаваться напряжение f/per, равное:

(10.17)

где

- сопротивление токовой компенсации;

- коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения соответственно. Если с учетом коэффициентов трансформации тока и напряжения выбрать сопротивление таким,

чтобы удовлетворялось соотношение

можно записать, что напряжение, подаваемое на регулятор равно:

(10.18)

Следовательно, на измерительный орган АРНТ будет подаваться напряжение, пропорциональное на­пряжению на шинах потребителя U_nomp, и автоматика будет поддерживать постоянное напряжение на шинах именно у потребителя. При этом напряжение на шинах подстанции будет изменяться в зависи­мости от тока нагрузки, как показано на рис. 10.40. Наклон характеристики V_п = /\1_нагр) будет тем больше, чем больше сопротивление Z_m.

Элемент 3 (см. рис. 10.38) обеспечивает преобразование сигналов, поступающих от сумматора, фор­мирование зоны нечувствительности, изменение уставки АРНТ и выдачу сигналов на элементы време­ни 4 и 5. Уставка регулятора по напряжению регулируется ступенями от 85 до 110% номинального че­рез 1%. Регулятор имеет зону нечувствительности, необходимую для предотвращения излишних пере­ключений РПН при небольших колебаниях напряжения. Уставки по зоне нечувствительности регулиру­ются от 0 до 4% номинального напряжения.

С помощью элементов 4 и 5 создается выдержка времени на срабатывание (пределы регулировки 60-180 с для АРТ-1Н или 20-160 для АРТ-1М) и осуществляется задержка сброса накопленного времени для отстройки от кратковременных бросков контролируемого напряжения. В цепи каждого исполни­тельного элемента 8 и 9, отрабатывающих команды Убавить и Прибавить, включены соответственно элементы запрета б и 7. Действие АРНТ прекращается элементами запрета при достижении привод­ными механизмами концевых положений, а также при неисправностях электроприводов и элементов схемы регулятора.

Управляющие команды на элементы запрета подаются от БУК, в состав которого входят три элемента: контроль исправности регулятора 10, контроль исправности электропривода 11 и фиксации сигнала "Переключение" электропривода 12. Одновременно с командами на запрет действия АРНТ БУК дает сигнал о наличии неисправности. Исправность электроприводов контролируется по результату выпол­нения команды управления ("Пошел" или "Не пошел") и по времени переключения ("Закончил" или "За­стрял").

Блок управления и контроля управляет измерительным органом 3 и генератором тактовых импульсов (ГТИ) 13. При переключении электропривода РПН через элемент 3 БУК дает сигнал проверки и через исправный тракт регулирования выключает исполнительные элементы и одновременно дает команду на изменение периода следования тактовых импульсов ГТИ. По завершении цикла переключения элек­троприводами БУК, получающий сигнал через элемент 12, восстанавливает исходный период следо­вания импульсов ГТИ и возвращает элемент 3 в исходное положение.

Генератор тактовых импульсов выдает в разные точки схемы АРНТ импульсы с определенной часто­той, обеспечивая работу отдельных элементов схемы и задавая масштаб времени для оценки пра­вильности последовательности и длительности действия разных элементов устройства. При снижении напряжения ниже границы зоны нечувствительности элемент времени 5 запускается и с установленной выдержкой времени срабатывает, выдавая сигнал на исполнительный элемент АРНТ. Аналогично бу­дет работать АРНТ при повышении напряжения через элемент времени 4.

Если переключение электропривода задержится и закончится лишь после определенного такта, выда­ваемого ГТИ, или совсем не произойдет, фиксируется его неисправность - "Застревание". Как уже от­мечалось выше, с запуском электроприводов изменяется частота следования импульсов. Сохранение прежней частоты свидетельствует о неисправности в системе регулирования.

В случае параллельной работы двух и более трансформаторов АРНТ должен воздействовать одно­временно на переключение всех РПН.

Для предотвращения прохождения больших уравнительных токов в случае различия коэффициентов трансформации параллельно работающих трансформаторов предусматривается блокировка, отклю­чающая действие АРНТ при рассогласовании РПН на одну ступень.

Автоматический регулятор напряжения АРТ-1Н АРТ-1Н (БАР) контролирует:

• Исправность цепей контролируемого напряжения (-100 В от ТН);

• Исправность привода РПН;

• Исправность самого устройства.

При неисправности одного из контролируемых элементов БАР блокируется, и больше команд не выда­ет. Исправность цепей напряжения контролируется следующим образом. При выходе контролируемо­го напряжения за пределы «Зоны нечувствительности», ограниченной пределами Uуст.±1/2 Uзоны не­чувствительности, БАР с заданной выдержкой времени выдает команду приводу РПН «Убавить» («Прибавить»). Получив команду, привод РПН начинает переключение и выдает сигнал «Идет пере­ключение» для блока автоматики (замыкаются контакты контроллера в приводе РПН ). Неполучение блоком БАР сигнала «Идет переключение» от привода, свидетельствует об неисправности привода. При этом БАР блокируется и выдает сигнал «Рассогласование». АРТ-1Н контролирует время цикла переключения, который должен закончиться за 10 сек (или 30 сек). .Большинство типов приводов име­ют время переключения менее 10 сек. Если привод РПН не закончил переключение за время допусти­мой длительности цикла, БАР блокируется, выдает сигнал «Застревание» и больше команд приводу не выдает. При получении от привода РПН сигнала «Идет переключение», в блоке автоматики происходит следующее:

• БАР расширяет зону нечувствительности до пределов допустимого уровня напряжения. При ис­правности цепей, уровень напряжения попадает в расширенную зону нечувствительности, и должны вернуться в исходное положение элементы каналов «Убавить»(«Прибавить»). Невозврат элементов каналов свидетельствует об неисправности цепей контролируемого напряжения, или внутренних эле­ментов БАР. При этом, БАР блокируется, и больше команд приводу не выдает. Так, например, отсутст­вие контролируемого напряжения сначала воспринимается БАРом как то, что напряжение ниже «Зоны нечувствительности», и он выдает команду приводу РПН «Прибавить». Но так как при расширении «Зоны нечувствительности» уровень контролируемого напряжения не попадает в нее (напряжение рав­но 0), БАР блокируется.

• Тактовый генератор БАР переключается на выдержку времени, соответствующую допустимой про­должительности цикла переключения РПН. Завершение цикла переключения РПН (прекращение сиг­нала «Идет переключение») за время менее допустимого, свидетельствует об его исправности. Если переключение не закончится за допустимое время (контакты контроллера РПН не разомкнутся), БАР блокируется, выдает сигнал «Застревание», и больше команд приводу не выдает. Таким образом, при неисправности регулятора или привода, БАР может выдать только одну ложную команду. Для разблокирования БАР необходимо нажать кнопку «Откл.блокировки». При отключении цепей ТН для проверки, или при оперативных переключениях на подстанции, БАР блокируется и для его разблокировки требуется вмешательство обслуживающего персонала.

При переходе привода РПН в конечное положение «1-е» («n-е»), замыкаются конечные выключатели , запрещающие дальнейшие переключения привода и запрещающие блоку БАР регулирование в сторо­ну «Убавить» («Прибавить»).

Для выполнения встречного регулирования напряжение на базе АРТ-1Н, применяется отдельный блок датчика тока ДТ.