Проект реконструкції системи електропостачання машинобудівного заводу в м.Коростень Житомирської обл

- ефективність  використання ключових елементів  (мінімум ключів тиристорів при необхідному діапазоні регулювання);

- встановлена  потужність тиристорів і максимальна  напруга, що прикладається до  закритого ключа;

- стійкість  до аварійних процесів (вихід  з ладу одного ключа тиристора  не повинен приводити до аварії  перемикаючого пристрою і трансформатора);

- вартість пристрою.

 

 

7.2. Бездуговий пристрій регулювання напруги.

 

Важливими показниками  надійності роботи бездугових пристроїв  РПН є місце установки ключів тиристорів і спосіб управління ними. Найбільшого поширення набули виконавчі структури, в яких ключі встановлені в ланцюзі силового струму. Для управління тиристорами на робочому ступені і в процесі перемикання розробляються спеціальні системи управління, які враховують режими роботи ключів і зміну вихідної напруги.

Схема одного з таких перемикаючих тиристорних пристроїв [4] показана на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Пристрій тиристорний РПН.

 

Пристрій містить  два ключі тиристорів 5, 6, які підключені через струмообмежуючі реактори до відгалужень 2, 3 регулювальних обмотки трансформатора 1 і систему перемикання відгалужень, що складається з ідентичних кіл управління кожного тиристора 17, 18, 19, 20, розділових трансформаторів 15, 16, електронних ключів 12, 13, до входів яких, що управляють, підключений формувач команд «Вище», «Нижче» 14. Формування напруги управління тиристорами здійснюється способом частотного заповнення з подальшим випрямлянням. Частота імпульсів задається генератором прямокутних імпульсів 11, який через електронні ключі 12, 13 підключений до розділових трансформаторів 15, 16. Вихід останніх сполучений з колами управління кожного тиристора. Вивод випрямляча 21 в колі управління сполучений з одним виводом першого резистора 22 і через другий резистор 23 сполучений з електродом тиристора, що управляє, 7, першими виводами третього резистора 24 і діода 27. Інший вивод випрямляча 21 сполучений з іншим виводом першого резистора 22, одним виводом конденсатора 26, а також з катодом тиристора 7 через ключовий елемент 28. Нелінійний резистор 29 одним виводом приєднаний до входу ключового елементу, що управляє, 7, 8, а іншим — до другого входу третього резистора 24. Конденсатор 26 іншим виводом сполучений з другим виводом діода 27, а точки з'єднання виводів нелінійного резистора 29 і третього резистора 24, а також конденсатора 26 і діода 27 сполучені між собою.

Недолік таких  перемикаючих пристроїв пов'язаний з низькою швидкодією одноопераційних  тиристорів, особливо при замиканні, причому час виключення тиристора  тим більше, чим більша потужність, що перемикається.

Досвід експлуатації механічних для тиристора пристроїв [5] на трансформаторах ТДЦНП -50000/110 для живлення електролізерів постійним струмом на Братському алюмінієвому заводі показав наступне:

- при регулюванні  напруги спостерігалися випадки  зривів комутації ключів тиристорів, одноперіодними, що супроводжуються, і короткими багатоперіодними замиканнями;

- спостерігалися  випадки спрацьовування захисту  «КЗ ступеня» і відключення  трансформатора навіть при справних  ключах тиристорів;

- процес виключення  тиристорів може істотно відрізнятися від розрахункових умов і носить чисто стохастичний характер;

Для запобігання  вказаним явищам необхідне застосування спеціальних схем синхронізації  і затримки, які забезпечували  б управління інтервалом між моментами  зняття і подачі імпульсів, що управляли, або введення в схему вузлів штучної комутації, або струмообмежуючих пристроїв.

У ряді пристроїв [1,6] тиристорів для полегшення роботи ключів по струму і напрузі, а також  для збільшення їх перешкодозахисної  ключі винесені з кола силового струму. Побудова даних схем заснована на принципі розділення регульованої і нерегульованої потужностей і застосуванні додаткових електромагнітних елементів.

Порівняно новим  методом підвищення надійності і  ефективності експлуатації перемикаючих пристроїв є проведення моніторингу і оперативної діагностики, засноване на безперервному контролі стану працюючих трансформаторів.

Системи діагностичного контролю включають набір датчиків, інтелектуальну систему контролю, обробки  даних і ухвалення рішень про  допустимість і доцільність подальшої експлуатації. Вони дозволяють виявляти основні дефекти на ранній стадії їх розвитку, визначати причини їх появи, здійснювати статистичний аналіз пошкоджуваності пристроїв і прогноз розвитку виявлених дефектів. Останній припускає створення сценаріїв розвитку кожного з можливих дефектів, з виділенням стадій, швидкостей, причинно-наслідкових зв'язків, що особливо важливе для регулюючих пристроїв. Об'єм діагностичної інформації повинен бути мінімальний і включати найбільш інформативні параметри для оцінки їх технічного стану.

Ефективними методами моніторингу механічних перемикаючих пристроїв можуть бути наступні:

- моніторинг  струму двигуна перемикача РПН  для контролю самого двигуна  і вузлів перемикача, що пов'язують, а також температури, часу спрацьовування реле і положення контактів;

- моніторинг  звуку або вібрацій під час  перемикання РПН;

- контроль моменту  перемикача, що крутить;

- вимірювання  характеристик і аналіз розчинених  газів в маслі бака перемикача.

Вже розроблені методи, засновані на фотоелектричному контролі стану контактів, реєстрації інтенсивності часткових розрядів на поверхні бака трансформатора в зоні РПН. Проте поки вони надзвичайно дорогі.

Пристрої діагностики  безконтактних пристроїв РПН, разом  з блоком управління і захисту  тиристорів, складають єдину інформаційну систему. Важливими завданнями діагностики таких пристроїв є: контроль працездатності тиристорів, системи управління, стану гальванічної розв'язки і каналів передачі імпульсів; попередження зривів комутації тиристорів, контроль їх температури і т.п.

Очевидно, розробка надійних і порівняно недорогих  перемикаючих пристроїв трансформаторів  все ще залишається проблемою  і вимагає свого рішення.

Висновки.

Існуючим системам регулювання напруги під навантаженням  силових трансформаторів притаманний недостатній рівень надійності, котрі істотно знижують надійність трансформаторів.

Необхідна розробка нових конструкцій пристроїв  РПН, які були б позбавлені наявних  недоліків.

Намітилися  перспективні напрями, засновані на застосуванні перемикаючих пристроїв тиристорів з бездуговою комутацією струму і високим рівнем швидкодії.

Надійність  безконтактних перемикаючих пристроїв  в значній мірі залежить від вживаних напівпровідникових приладів, місця  їх установки і вибраного способу  управління.

Проведення  моніторингу і оперативної діагностики  усуває багато недоліків експлуатаційної  системи, а також попереджає розвиток аварійних процесів. Удосконалення  даних методів є важливим завданням  для забезпечення надійної роботи трансформаторів  як з механічними, так і перемикаючими пристроями тиристорів.

 

7.3.  Режим роботи РПН.

 

Аналіз режиму роботи регулятора напруги типу РПН, вибір регульованих надбавок напруги  силових трансформаторів та визначення допустимої втрати напруги в лініях електропередачі виконуються для двох споживчих ТП-10/0,4кВ - найближчої (ТП в точці 2) і віддаленої (ТП в точці 6) та для двох режимів навантаження - максимального (100%) і мінімального (25%).

Визначаючим для  розрахунку допустимих витрат напруги  є допустиме відхилення напруги у споживачів, тобто в лініях можна втратити таку величину напруги, при котрій фактичне відхилення напруги у споживачів не виходить за межі допустимого (+5%). Вихідною умовою для розрахунку DU_доп є відхилення напруги в будь-якій точці мережі.  В даній роботі - це шини 35 РТП (точка 1). При розрахунку DU_доп одночасно здійснюється вибір регульованих надбавок у трансформаторів. Розрахунок наведено в табл. 7.1.

 РТП 35/10 кВ            ПЛ-10 кВ

                          2                     3                   4                    5                  6

                           

1                                    

                           

                7                                                                                                             9

 

                       

                                                          8                         10

                                                                   

                                   ПЛ-0,38 кВ                                   ПЛ-0,38 кВ

Рис.7.3. Пояснювальна схема для вибору регульованих надбавок напруги силових трансформаторів.

На кожній споживчій  ТП розглядається два різновіддалених  споживачі. В режимі максимальних навантажень (100%) розглядається віддалений споживач (точки 8,10) на зниження напруги. Якщо у цього споживача, підключеного до шин ТП через лінію 0,38кВ, зниження напруги при максимальному навантаженні (коли втрати напруги у всіх елементах мережі максимальні) не перевищує, або рівне допустимому (-5%), то у ближчих до ТП споживачів, або при навантаженнях, менших від максимального, більшого зниження напруги не буде.

Аналогічно, в  режимі мінімального навантажень (25%) розглядається  найближчий до ТП споживач (точки 7,9) на підвищення напруги. Якщо у цього споживача, підключеного до шин 0,4 кВ ТП при мінімальному навантаженні ( коли втрати напруги у всіх елементів мережі зменшуються прямо пропорційно навантаженню ) підвищення напруги не перевищує  допустимого значення (+5%), то у більш віддалених споживачів, або  при більшому від мінімального навантаженні більшого підвищення напруги не буде.

Спочатку розглядається  можливість застосування на РТП силового трансформатора без регулятора напруги  РПН (регульована надбавка дорівнює нулю ). Записавши в рядок “Шини 35 кВ РТП” задане відхилення напруги в режимах максимального dU і мінімального dU навантаження та  підсумувавши ( з урахуванням знаку) зміни напруги в трансформаторі 35/10 кВ, одержимо відхилення напруги на шинах 10 кВ РТП (в точці 2 мережі) в обох режимах навантаження.

Розрахунки  можна починати як для найближчої ,так і для найвіддаленішої  ТП з попереднього підбору регульованої надбавки трансформатора 10/0,4кВ (межі  ±2*2,5%) при мінімальному навантаженні.

Для найближчої ТП регульована надбавка одне невідоме і вона підбирається такою, щоб відхилення напруги у найближчого споживача  не перевищувало +5%. Оскільки на трансформаторах 10/0,4 кВ. Застосовують регулятори напруги типу ПБЗ (перемикач без збудження), ця надбавка переноситься в режим максимального навантаження. В цьому режимі навантаження 100 %, підсумувавши всі відхилення напруги (з урахуванням знаку), визначається допустима втрата напруги в лінії 0,38 кВ виходячи з того, що відхилення напруги у найвіддаленішого споживача ( в точці 8 )

приймається граничним ( -5% ).

Якщо допустима  втрата  напруги в лінії 0,38 кВ не перевищує 10%, то розрахунок для найближчої ТП на цьому закінчується. В протилежному випадку регульована надбавка на трансформаторі 10/0,4 кВ зменшується, тому  що при допустимій втраті напруги в лінії 0,38 кВ більше 10% буде мати місце підвищення напруги над допустимої межі у найближчого споживача (в точці 7).

Для віддаленої ТП (точка 6) розрахунки виконуються аналогічно. Прийнявши, що в лінії 10 кВ в режимі мінімального навантаження втрати напруги складають -1..-2% , підбирають регульовану надбавку на трансформаторі 10/0,4кВ і, перенісши її в режим максимального навантаження, визначають сумарну допустиму втрату напруги в лініях 10 і 0,38 кВ. Якщо ця допустима втрата напруги складає не менше 11..12%, то вважають ,що на РТП можна обійтись без регулятора напруги РПН і сумарну допустиму втрату напруги розподіляють між лініями 10 і 0,38 кВ (приблизно порівну).

Якщо сумарна  допустима втрата напруги в лініях 10 і 0,38 кВ не перевищують 10%, то для забезпечення нормованого відхилення напруги  у споживачів на районній підстанції необхідно встановити трансформатор  з РПН. Найбільш прийнятний режим роботи РПН в сільських електричних мережах - режим зустрічного регулювання, коли з ростом навантаження для компенсації зростаючих втрат напруги в мережі РПН підвищує напругу на шинах 10 кВ РПН,  а при зменшенні навантаження, коли прямо пропорційно зменшуються і втрати напруги регулятор РПН знижує напругу на шинах 10 кВ РПН.

Зниження напруги  на шинах 10 кВ РПН при мінімальному навантаженні дозволяє встановити на споживчих ТП більш високі позитивні  регульовані надбавки і цим самим  збільшувати допустиму втрату напруги в лініях при максимальному навантаженні.

При виборі регульованої надбавки РПН на трансформаторі  110/10 кВ керуються вказаними ПУЕ  і нормами технологічного проектування сільських електричних мереж, згідно яких на РТП необхідно застосовувати зустрічне регулювання і підтримувати на шинах 10кВ відхилення напруги в межах +5% при максимальному навантаженні і 0% - при мінімальному .