Mediumspannings transformator inloopsstroom vermindering deur beheer skakelapparaat
Geregelde Skakelaars in die Middelspanreik
Oor drie dekades gelede is Geregelde Skakelaarstoestelle (GSDs) eers bekendgestel om skakel-overskietings te verminder wat deur hoëspan-skringbreekers veroorsaak word wanneer hulle aan parallelle reaktore en kondensatorbankke verbond word. Verder navorsing het hul toepassing uitgebrei na oordraglynne en kragtransformateurs. Aanvanklik het hierdie toestelle skakelmomente op 'n per-fase basis geoptimeer deur onafhanklik pol-operasionele skringbreekers (IPO) te gebruik.
Onlangs het die styging in wêreldwye energiebehoefte die integrasie van hernubare energiebronne in middelspan-verdelingsnette bevorder, eerder as slegs op hoëspan (HV) oordragsisteme te vertrou. Hierdie verskuiving het noodwendig gemaak dat spanningsdipprobleme aangespreek word wat ontstaan uit ongekontroleerde inspoelstrome tydens transformator-inspoeling.
Middelspan-skakeltoestelle werk tipies met drie pols gelyktydig, wat in teenstelling staan met onafhanklike operasie in HV-toepassings. Dit het beduidende vordering in GSD-tegnologie benodig om transformator-inspoelstrome effektief te bestuur deur standaard skakelaars met gelyktydige pol-operasie te gebruik. Vandag word hierdie innovasie wyd gebruik nie net in hernubare energie-installasies soos windparks en fotovoltagmiese sonenergieplantte, maar ook in industriële opsette en vervoersnetwerke, waar die beheer van inspoelstrome krities is vir betroubare inspoeling van beide middel- en hoëspan-transformators.
Inspeelstroom in Middelspan-Transformators
Die grootte van die inspeelstroom tydens transformator-inspoeling word beduidend beïnvloed deur die residuele flux binne die transformatorkern; hoër vlakke van residuele flux kan lei tot groter inspeelstrome by ewekansige inspoeling. Effektiewe verminderingstrategieë is noodsaaklik om operasionele stoornisse te vermy en roosterstabiliteit te verseker.
Deur gevorderde geregelde skakeltegnieke toe te pas, is dit moontlik om hierdie inspeelstrome te minimeer of te elimineer. Hierdie metodes verhoog nie net stelselbetroubaarheid, maar verleng ook toestellevensduur, verminder onderhoudskoste en verbeter algehele doeltreffendheid in middelspan-verdelingsnette. Die aanvaarding van sulke tegnologieë merk 'n keerpunt in die aanpassing aan die evoluerende behoeftes van moderne elektriese verdelingsnette.
Verband Tussen Residuele Flux en Transformator-Inspeelstroom
Velddata wat tydens die kommissieering van Geregelde Skakelaarstoestelle (GSDs) op skringbreekers en skakeltoestelle met gelyktydige pol-operasie ingesamel is, het die verband tussen residuele flux en transformator-inspeelstroom bevestig. Deur GSDs te gebruik, word die inspeelstroom tipies met 'n 3:1 verhouding verminder in vergelyking met ewekansige inspoeling, wat potensiële stoornisse beduidend verminder.
Metodes vir Inspeelstroomvermindering met Ganggebedryfde Skringbreekers
Die volgende uitleg illustreer die konsep van geregelde skakeling vir inspeelstroomvermindering toegepas op kragtransformators:
Wanneer fase R van 'n gedemagnetiseerde kragtransformator by die nulpassing van die spanning inspoel (soos getoon links in Figuur 1), dwing dit die transformatorkern diep in saturasie, wat 'n addisionele 2 per-eenheid (p.u.) flux in die kern voer. Hierdie toestand kan tot beduidende inspeelstrome lei weens kernsaturasie.
Wanneer die transformator egter by die positiewe spanningstop inspoel, voer slegs die eerste positiewe kwart siklus 1 p.u. flux in die kern. Wanneer die spanning dan na sy negatiewe halfrond oorgaan, begin dit om die flux binne die kern te verminder. Omdat die transformator nie sy saturasielimiet bereik onder hierdie toestande nie, word kernsaturasie vermy, wat die optrede van inspeelstroom verhoed.
Hierdie scenario korrespondeer met die stabiele inspoeling van die transformator, waar die kernflux die spanning met 90 grade agterloop. Deur die inspoelmoment varsig te bepaal om te koinsideer met optimale punte in die spanninggolf, word die risiko van inspeelstrome geminimaliseer, wat gladere en meer stabiele transformatoroperasie verseker.
In opsomming, lewer geregelde skakeltegnieke effektiewe inspeelstroomvermindering deur presiese tydsberekening. Deur kernsaturasie te vermy deur strategiese inspoelpunte in die spanningssiklus, verseker hierdie metodes betroubare transformatorprestasie, verhoog roosterstabiliteit en verminder operasionele stoornisse. Hierdie benadering verteenwoordig 'n kritieke vordering in middelspan-skakeltoestelle-tegnologie, wat aansienlike voordele bied vir sowel nuwe installasies as opgradings van bestaande stelsels.
Die situasie word meer kompleks wanneer 'n 3-fase skakelaar met gelyktydige pol-operasie gebruik word. In feite kan die inspoelmoment wat die inspeelstroom op een fase minimeer, skadelik wees vir die ander twee fases. Dit word geïllustreer in Figuur 2, waar die vermindering van die inspeelstroom vir fase R van 'n gedemagnetiseerde transformator (links) negatiewe impak op fases Y en B (regs) het.
Deur die inspoelmoment vir een fase te optimaliseer om sy inspeelstroom te verminder, kan die toestande vir die ander twee fases onbedoelde toename in inspeelstrome veroorsaak, wat die behoefte aan 'n gebalanseerde benadering in multi-fase stelsels beklemtoon.
Soos vantevore verduidelik, is die residuele fluxpatroon in 'n kragtransformator die resultaat van sy vorige de-energiesing.
Wanneer 'n transformator herinspoel, word die dinamiese flux wat deur die toegepaste spanning geïnduseer word, by of van die residuele flux afgetrek, afhangende van die polariteit van die toegepaste spanning. Volgens die beginsels van geregelde skakeling, vind die optimale inspoelmoment vir 'n kragtransformatorfase plaas wanneer die geïnduseerde vooruitgesigte flux met die bestaande residuele flux ooreenstem (Figuur 3, links). Byvoorbeeld, in die teenwoordigheid van positiewe residuele flux, sal die toepassing van negatiewe spanning eers die kernflux tot nul verlaag by die negatiewe spanningstop en dan onmiddellik die stabiele operasie van die transformator bereik sonder om sy kern te laat satureer.
Omgekeerd (Figuur 3, regs), sal die inspoeling van die fase by die positiewe nulpassing van die spanning 2 p.u. positiewe flux in die kern voer bo-op die bestaande 0.5 p.u. residuele flux. Dit duw die kragtransformatorkern in diep saturasie, wat lei tot oormaatlike inspeelstroom. Daarom neem die teenwoordigheid van residuele flux die maksimum inspeelstroom toe wanneer die transformator se inspoeling ongekontroleer is.
Dit om die inspoelmoment presies te kies om die geïnduseerde flux met die residuele flux te laat ooreenstem, kan effektief kernsaturasie verhoed, waardoor inspeelstrome verminder word en gladde transformatoroperasie verseker word. Hierdie strategie verhoog nie net stelselbetroubaarheid, maar verleng ook toestellevensduur en verminder onderhoudskoste. Regtige tydsberekening van inspoeling is spesifiek krities in multi-fase stelsels om prestasie oor fases te balanseer, wat roosterstabiliteit en doeltreffendheid verseker.
Hierdie benadering beklemtoon die belangrikheid van die effek van residuele flux te oorweeg wanneer geregelde skakeltegnologieë vir kragtransformators ontwerp en geïmplementeer word, met die doel om meer doeltreffende en betroubare kragtransmissienetwerke te bereik.
Wanneer daar residuele flux in die transformatorkern is, word die situasie met 'n ganggebedryfde skringbreekers nog meer kompleks. Die optimale inspoelmoment moet die gelyktydige operasie van al drie fases oorweeg, afhangende van die grootte en polariteit van die residuele flux. Echter, vir elke moontlike residuele fluxpatroon, is daar altyd 'n optimale inspoelmoment wat tot minimale transformatorsaturasie lei (Figuur 4).
In die volgende voorbeeld is die residuele fluxpatroon 0, -0.5, en +0.5 p.u. in fases R, Y, en B, onderskeidelik. Die inspoeling van die kragtransformator by 90° (die spanningstop van fase R) lei tot die minimum saturasie van die fases. Echter, die sluiting van die blou fase (aangeneem fase B) by die positiewe nulpassing van die spanning (240°) sou die ergste inspeelstroom veroorsaak, wat 6.5 keer hoër sou wees as die optimale skakelmoment bereken deur 'n Geregelde Skakelaartoestel (GSD).
Hierdie beklemtoon die belangrikheid van akkurate bepaling van die optimale inspoelmoment vir elke spesifieke residuele fluxtoestand om transformatorsaturasie en inspeelstrome te minimeer. Regtige tydsberekening verseker gladere operasie en verhoog die betroubaarheid en doeltreffendheid van die kragstelsel.
Wanneer die inspoeling van 'n kragtransformator nie beheer word nie, sal die ergste moontlike inspeelstroom altyd op die fase met die hoogste residuele flux verskyn. 'n Geregelde Skakelaartoestel (GSD) minimeer die inspoelstroom deur die optimale polsluitmoment te bereken op grond van die residuele fluxpatroon. Gevolglik kan die inspeelstroom onder spesifieke hoë residuele fluxtoestande geheel elimineer word.
Figuur 5 illustreer die teoretiese relatiewe inspeelstroom tydens inspoeling as 'n funksie van die hoogste van die drie residuele fluxe gemeet in die transformator (met 'n saturasieknypunt by 1.2 p.u.). Die piek inspeelstroom is genormaliseer tot die maksimum inspoelstroom van die gedemagnetiseerde kern. Wanneer die kernresiduele flux hoog is (op die horisontale as), elimineer die GSD die inspeelstroom deur die transformator te verhoed om in saturasie te gaan (onderste area van die blou lyn). Omgekeerd, inspoeling van die kragtransformator op 'n ewekansige moment kan die transformator in volledige saturasie druk (rooi lyn), wat lei tot oormaatlike inspeelstroom en subsequente spanningsdips op die rooster. Hierdie diagram demonstreer dus die effektiwiteit van inspeelstroomvermindering deur 'n GSD in vergelyking met ewekansige of ongekontroleerde inspoeling.
