Keskjõulise transformaatori sisestuspiikide vähendamine juhtimiselülituse abil

Kontrollitud lülitusseadmed keskvoolu ala

Üle kolm kümmet aastat tagasi tuvastati esmakordselt kontrollitud lülitusseadmed (CSD) selleks, et vähendada kõrgepinge lülititulevikute põhjustatud lülituskiirilisi impulssi, mis olid ühendatud paralleelsed reaktorite ja kondensaatorpankidega. Järgnevas uuringus laiendas nende rakendust transmissiooniliinidele ja võimutransformatoritele. Alguses optimiseerisid need seadmed lülitusaegu fääsimõõtme alusel kasutades sõltumatult poolikult töötavaid lülitite (IPO).

Hiljuti on maailma energia nõudluse kasv stimuleerinud taastuvenergiaallikate integreerimist keskvoolu jaotusvõrkudes, mitte ainult kõrgepinge (HV) transmissioonisüsteemides. See muutus on tekitanud vajaduse lahendada pingelanguse probleeme, mis tekivad transformaatori energiseerimisel tingitud juhuslikult toimiva sissevoolva ströömi tõttu.

Keskvoolu lülitustehnika töötab tavaliselt kolme pooliga korraga, mis on vastand HV rakenduste sõltumatule tööle. See nõudis olulist edusammu CSD tehnoloogias, et efektiivselt haldada transformaatori energiseerimisel tekkinud sissevoolvat ströömi standardsete lülititulevikute abil, mis töötavad poolidega korraga. Tänapäeval on see innovatsioon laialdaselt kasutusel nii taastuvenergia paigutustes nagu tuulparkides ja fotogaalikes süsteemides, kui ka tööstusharudes ja transportivõrkudes, kus sissevoolva ströömi kontroll on oluline nii keskvoolu kui ka kõrgepinge transformaatorite usaldusväärseks energiseerimiseks.

Sissevoolv strööm keskvoolu transformaatorites

Transformaatori energiseerimisel tekkinud sissevoolva ströömi suurus on mõjutatud transformaatori tuumikus jäänud fluxi; kõrgemad jäänud fluxi tasemed võivad viia suuremate sissevoolvate ströömite tekkeni juhusliku energiseerimise käigus. Efektiivsed vähendamismeetodid on olulised, et vältida operatsioonilisi segadusi ja tagada võrgu stabiilsus.

Rakendades täpseid kontrollitud lülitusmeetodeid, on võimalik vähendada või välja arvutada need sissevoolvad ströömid. Need meetodid parandavad mitte ainult süsteemi usaldusväärsust, vaid pikendavad ka seadmete eluaja, vähendavad hoolduskulusid ja suurendavad üldist efektiivsust keskvoolu jaotusvõrkudes. Selliste tehnoloogiate kasutuselevõtt märgib olulist edusammu, kui kohaneda modernsete elektrijaotusvõrkude muutuvate nõudmistega.

Seos jäänud fluxi ja transformaatori sissevoolva ströömi vahel

Väljaloomistest andmetest, kogutud kontrollitud lülitusseadmete (CSD) komisjonilepanemisel lülititulevikutes ja lülitustehnikas, kus poolid töötavad korraga, on kinnitatud seost jäänud fluxi ja transformaatori sissevoolva ströömi vahel. CSD-de kasutamine tavaliselt vähendab sissevoolvat ströömit 3:1 suhtes juhusliku energiseerimise suhtes, oluliselt vähendades potentsiaalseid segadusi.

Sissevoolva ströömi vähendamismeetodid kolme pooliga töötavate lülititulevikute korral

Järgmine selgitus illustreerib kontrollitud lülitusmeetodit sissevoolva ströömi vähendamiseks, mis on rakendatud võimutransformatoritele:

Kui demagnetiseeritud võimutransformatori fääsi R energiseeritakse voltagi nullpunktis (nagu näidatud vasakul joonisel 1), siis see sundib transformaatori tuumikut sügavasse saturoonima, lisades tuumikku 2 per-unit (p.u.) fluxi. See tingimus võib põhjustada olulisi sissevoolvaid strööme tuumiku saturoonimise tõttu.

Kuid kui transformaator energiseeritakse positiivsel voltagipikihel, siis see esimene positiivne pooltsükkel lisab tuumikku ainult 1 p.u. fluxi. Kui voltagi siis üleminekub negatiivsele pooltsükli, hakkab see vähendama fluxi tuumikus. Kuna transformaator ei jõua oma saturoonimispiiri neil tingimustel, siis tuumiku saturoonimist saab vältida, mis eemaldab sissevoolva ströömi tekkeni.

See stsenaarium vastab transformaatori püsivale energiseerimisele, kus tuumiku fluxi viivitus voltagi suhtes on 90 kraadi. Energiseerimise hetke täpse planeerimise kaudu, et see kattuks optimaalsete punktidega voltagi lainekujul, vähendatakse sissevoolva ströömi riski, tagades soojemad ja stabiilsemad transformaatori töötingimused.

Lühidalt öeldes, kontrollitud lülitusmeetodid kasutavad täpset aega, et efektiivselt vähendada sissevoolvat ströömi. Vältides tuumiku saturoonimist läbi strateegilise energiseerimise voltagi tsükli punktides, tagavad need meetodid transformaatori usaldusväärse toimimise, suurendavad võrgu stabiilsust ja vähendavad operatsioonilisi segadusi. See lähenemine esindab olulist edusammu keskvoolu lülitustehnikas, pakkudes olulisi eeliseid nii uute paigutuste kui ka olemasolevate süsteemide uuendamiseks.

Olukord muutub keerulisemaks, kui kasutatakse kolmefääsilist lülitit, kus poolid töötavad korraga. Tegelikult võib valik energiseerimise hetke, mis vähendab sissevoolvat ströömi ühe fääsi korral, olla kahjulik teisele kahele fääsidele. Sellest on näide joonisel 2, kus sissevoolva ströömi vähendamine demagnetiseeritud transformaatori fääsi R korral (vasakul) mõjutab negatiivselt fääseid Y ja B (paremal).

Optimeerides energiseerimise hetke ühe fääsi jaoks, et vähendada selle sissevoolvat ströömi, võivad muu fääside tingimused ebatõenäoliselt viia sissevoolva ströömi suurenemiseni, rõhutades vajadust tasakaalustatud lähenemise järele mitmefääsilistes süsteemides.

Eelnevalt selgitatult, võimutransformaatori jäänud fluxi muster on selle varasema de-energiseerimise tulemus.

Kui transformaator energiseeritakse uuesti, siis rakendatava voltagi poolt induktseeritud dünaamiline flux liidetakse või lahutatakse jäänud fluxist sõltuvalt rakendatava voltagi polaardusest. Kontrollitud lülituse põhimõtete järgi on võimutransformaatori fääsi optimalne energiseerimise hetk see, kui induktseeritud prognoosiline flux vastab olemasolevale jäänud fluxile (joonisel 3, vasakul). Näiteks, kui jäänud flux on positiivne, siis negatiivse voltagi rakendamine vähendaks tuumiku fluxi nullini negatiivsel voltagipikihel ja seejärel jõuaks kohe transformaatori püsitoimimise olekusse, ilma et tuumik saturooniks.

Vastupidiselt (joonisel 3, paremal), kui fääs energiseeritakse positiivsel voltagi nullpunktis, siis see lisaks 2 p.u. positiivset fluxi tuumikku olemasoleva 0.5 p.u. jäänud fluxi peale. See sundib transformaatori tuumikut sügavasse saturoonima, mille tulemuseks on ebaproportsionaalne sissevoolv strööm. Seega, jäänud fluxi olemasolu suurendab maksimaalset sissevoolvat ströömi, kui transformaatori energiseerimine on juhuslik.

Täpne energiseerimise hetke valik, et induktseeritud flux vastaks jäänud fluxile, võib efektiivselt vältida tuumiku saturoonimist, vähendades sissevoolvat ströömi ja tagades soojemad transformaatori töötingimused. See strateegia mitte ainult parandab süsteemi usaldusväärsust, vaid pikendab ka seadmete eluaja ja vähendab hoolduskulusid. Energiaseerimise õige aja planeerimine on eriti kriitiline mitmefääsilistes süsteemides, et tagada tasakaal toimimises kõigi fääside vahel, säilitades võrgu stabiilsuse ja efektiivsuse.

See lähenemine rõhutab jäänud fluxi mõju arvestamise tähtsust, kui disainitakse ja rakendatakse kontrollitud lülitusmeetodeid võimutransformatorite jaoks, püüdes saavutada tõhusamaid ja usaldusväärsemaid võimetütarvitusvõrkke.

Kui transformaatori tuumikus on jäänud flux, muutub olukord kolmefääsilise lülitituleviku korral veel keerulisemaks. Optimaalne energiseerimise hetk peab arvesse võtma kõigi kolme fääsi korraga töötamist, järgides jäänud fluxi suurust ja polaardust. Kuid iga võimaliku jäänud fluxi musteril on alati optimaalne energiseerimise hetk, mis viib minimaalse transformaatori saturoonimiseni (joonisel 4).

Järgmisel näitel on jäänud fluxi muster 0, -0.5 ja +0.5 p.u. vastavalt fääsidele R, Y ja B. Energiaseerides võimutransformaatorit 90° (fääsi R voltagipikihel) on fääside saturoonimine minimaalne. Kuid kui sulgeks sinine fääs (eeldades fääsi B) positiivsel voltagi nullpunktis (240°), siis tekiks kõige halvim sissevoolv strööm, mis oleks 6.5 korda suurem kui kontrollitud lülitusseadmega (CSD) arvutatud optimaalne lülitamise hetk.

See rõhutab täpse energiseerimise hetke kindlaksmääramise tähtsust iga konkreetse jäänud fluxi tingimuse korral, et vähendada transformaatori saturoonimist ja sissevoolvat ströömi. Õige aja planeerimine tagab soojemad töötingimused ja suurendab võrgu usaldusväärsust ja efektiivsust.

Kui võimutransformaatorit ei kontrollita energiseerimisel, ilmneb alati kõige halvim sissevoolv strööm fääsil, millel on kõrgeim jäänud flux. Kontrollitud lülitusseade (CSD) vähendab energiseerimise sissevoolvat ströömi, arvutades optimaalset poolide sulgemise hetket, põhinedes jäänud fluxi musteril. Seega, mingite kõrgete jäänud fluxi tingimustel saab sissevoolva ströömi täielikult elimineerida.

Joonisel 5 on näidatud teoreetiline relativeeritud sissevoolv strööm energiseerimisel, sõltuvalt kõrgeimast kolmest jäänud fluxist, mida mõõdetakse transformaatoris (saturoonimispunktiga 1.2 p.u.). Piki sissevoolva ströömi normeeritakse demagnetiseeritud tuumiku maksimaalse energiseerimise ströömi järgi. Kui tuumiku jäänud flux on kõrge (horisontaalsel teljel), siis CSD vähendab sissevoolvat ströömi, takistes transformaatorit saturoonimast (sinise joone alumine osa). Vastupidi, kui võimutransformaator energiseeritakse juhuslikul hetkel, võib see tõsta transformaatori täise saturoonimiseni (punane joon), mille tulemuseks on ebaproportsionaalne sissevoolv strööm ja võrgu pingelangus. See diagramm näitab seega kontrollitud lülitusseadme (CSD) efektiivsust sissevoolva ströömi vähendamisel võrreldes juhuslike või kontrollimata energiseerimise meetoditega.