Vidējā sprieguma transformatora ieplūdes strāvas mazināšana, kontrolējot pārslēguma ierīci

Uzkrāto pārslēgumu ierīces vidējā sprieguma diapazonā

Pirms vairāk nekā trīs desmit gadiem uzkrāto pārslēgumu ierīces (CSD) tika ieviestas, lai mazinātu augstā sprieguma šķēršļu reaktoru un kondensatoru banku savienojumā rastām pārslēgumu momentānajām straumes izmaiņām. Tālākas pētījumi paplašināja to lietošanu uz elektroenerģijas pārvades līnijām un transformatoriem. Sākotnēji šīs ierīces optimizēja pārslēgumu brīžus katram fāzei atsevišķi, izmantojot neatkarīgi pārvaldāmus polusu pārslēgumus (IPO).

Nesen globālais enerģijas pieprasījuma pieaugums ir veicinājis atjaunojamās enerģijas avotu integrāciju vidējā sprieguma piegādes tīklos, nevis tikai uzticamākajos augstā sprieguma (HV) pārvades sistēmās. Šis posms ir radījis nepieciešamību risināt sprieguma pazemināšanās problēmas, kas rodas no neregulētām ienākošajām straumēm, kad transformatori tiek ieenerģēti.

Vidējā sprieguma pārslēgumu ierīču tipiskā darbība notiek ar trim poliem vienlaikus, kas kontrastē ar atsevišķo darbību HV lietotnēs. Tas prasīja būtiskas uzlabojumus CSD tehnoloģijā, lai efektīvi pārvaldītu transformatoru ienākošās straumes, izmantojot standarta slēdzienus ar vienlaikusīgu polu darbību. Mūsdienās šī inovācija tiek plaši izmantota ne tikai atjaunojamās enerģijas instalācijās, piemēram, vēja parkos un fotovoltaisko saules stacijās, bet arī rūpnieciskajos iestatījumos un transporta tīklos, kur straumes kontrole ir kritiska gan vidējā, gan augstā sprieguma transformatoru uzticamai energēšanai.

Ienākošā straume vidējā sprieguma transformatoros

Transformatoru energēšanas laikā ienākošās straumes lielums būtiski atkarīgs no atlikušās magnetiskās plūsmas transformatora jērbā; augstākas atlikušās plūsmas līmeņi var radīt lielākas ienākošās straumes nejaušai energēšanai. Efektīvas mazināšanas stratēģijas ir būtiskas, lai izvairītos no darbības traucējumiem un nodrošinātu tīkla stabilitāti.

Ieviešot pašreizējas kontrolētas pārslēgšanas metodes, iespējams, minimizēt vai pat izbeigt šīs ienākošās straumes. Šīs metodes ne tikai palielina sistēmas uzticamību, bet arī pagarina aprīkojuma izmantošanas laiku, samazina uzturēšanas izmaksas un uzlabo kopējo efektivitāti vidējā sprieguma piegādes tīklā. Šo tehnoloģiju ieviešana atzīmē nozīmīgu progresu, pielāgojoties moderniem elektriskās piegādes tīklu prasībām.

Atlikušās plūsmas un transformatora ienākošās straumes attiecība

Laukā apkopoto datus par kontrolēto pārslēgumu ierīču (CSD) komisijas darbu slēdzienos un pārslēgumu ierīcēs ar vienlaikusīgu polu darbību apstiprina atlikušās plūsmas un transformatora ienākošās straumes attiecību. CSD izmantošana parasti rezultē 3:1 samazinājumā ienākošajā straumē salīdzinājumā ar nejaušu energēšanu, būtiski mazinot potenciālos traucējumus.

Ienākošās straumes mazināšanas metodes ar kopdarbojošos slēdzieniem

Šis skaidrojums ilustrē kontrolēto pārslēgšanas konceptu, ko piemēro transformatoru ienākošās straumes mazināšanai:

Kad demagnetizēts transformators tiek energēts fāzes R sprieguma nulles punktā (kā parādīts kreisajā pusē Figūrā 1), tas piespiež transformatora jērbu dziļā satura stāvoklī, pievienojot papildu 2 per-units (p.u.) plūsmu jērbā. Šī situācija var radīt būtiskas ienākošās straumes dēļ jērbas satura.

Tomēr, ja transformators tiek energēts pozitīvā sprieguma virsotnē, šis sākotnējais pozitīvais kvartāls pievieno tikai 1 p.u. plūsmu jērbā. Kad spriegums pāriet uz negatīvo pusotriku, tas sāk samazināt plūsmu jērbā. Jo transformators šajās apstākļos nedosas satura robežām, jērbas saturs tiek izvairīts, tādējādi novēršot ienākošās straumes radīšanos.

Šī situācija atbilst transformatora pastāvīgajai energēšanai, kur jērbas plūsma aizloks sprieguma par 90 grādiem. Daudz precīzāka energēšanas brīža izvēle, lai sakristātu ar optimāliem punktiem sprieguma formā, mazina ienākošās straumes risku, nodrošinot gludāku un stabiliāku transformatora darbību.

Kopsavilkumā kontrolētās pārslēgšanas metodes izmanto precīzu laika izvēli, lai efektīvi mazinātu ienākošās straumes. Izvairot jērbas saturu, izmantojot stratēģiskus energēšanas punktus sprieguma ciklā, šīs metodes nodrošina uzticamu transformatora darbību, uzlabo tīkla stabilitāti un samazina operatīvos traucējumus. Šis pieejas ir kritiska uzlabojums vidējā sprieguma pārslēgumu tehnoloģijā, piedāvājot būtiskas priekšrocības gan jaunām instalācijām, gan esošo sistēmu modernizācijai.

Situācija kļūst sarežģītāka, izmantojot 3-fāzes slēdzienu ar vienlaikusīgu polu darbību. Faktiski, izvēloties energēšanas brīdi, kas minimizē ienākošo straumu vienā fāzē, var būt kaitīgi divām citām fāzēm. Tas parādīts Figūrā 2, kur fāzes R (kreisajā pusē) ienākošās straumes mazināšana nejauši ietekmē fāzes Y un B (labajā pusē).

Optimizējot vienas fāzes energēšanas brīdi, lai samazinātu tās ienākošo straumi, citas divas fāzes var nejauši radīt lielākas ienākošās straumes, nosakot nepieciešamību pēc līdzsvarota pieejas daudzfāzes sistēmās.

Kā iepriekš minēts, transformatora atlikušās plūsmas modelis ir rezultāts tā iepriekšējai deenerģēšanai.

Kad transformators tiek atkal energēts, dinamiskā plūsma, kas izraisīta piemērotajā sprieguma, tiek pievienota vai atņemta atlikušajai plūsmai atkarībā no piemērotā sprieguma polaritātes. Kontrolētās pārslēgšanas principi paredz, ka optimālais energēšanas brīdis transformatora fāzei notiek, kad inducētā gaidāmā plūsma sakrīt ar esošo atlikušo plūsmu (Figūra 3, kreisajā pusē). Piemēram, atlikušās pozitīvās plūsmas gadījumā, negatīva sprieguma piemērošana vispirms samazina jērbas plūsmu līdz nullei negatīvā sprieguma virsotnē un tūlīt pēc tam sasniedz transformatora pastāvīgo darbību, neizraisot jērbas satura.

Otrādi (Figūra 3, labajā pusē), ja fāze tiek energēta pozitīvā nulles punktā, tiek pievienoti 2 p.u. pozitīvās plūsmas jērbā uz esošajiem 0.5 p.u. atlikušajiem. Tas nonāk transformatora jērbā dziļā satura stāvoklī, izraisojot pārmērīgas ienākošās straumes. Tādējādi atlikušās plūsmas klātbūtne palielina maksimālo ienākošo straumu, ja transformatora energēšana nav kontrolēta.

Precīzi izvēloties energēšanas brīdi, lai sakristātu inducēto plūsmu ar atlikušo plūsmu, var efektīvi novērst jērbas saturu, tādējādi samazinot ienākošās straumes un nodrošinot gludu transformatora darbību. Šī stratēģija ne tikai uzlabo sistēmas uzticamību, bet arī pagarina aprīkojuma izmantošanas laiku un samazina uzturēšanas izmaksas. Pareiza energēšanas brīža izvēle ir īpaši kritiska daudzfāzes sistēmās, lai līdzsvarotu darbību starp fāzēm, nodrošinot tīkla stabilitāti un efektivitāti.

Šī pieeja uzsvēra atlikušās plūsmas efektu, ko jāņem vērā, projektējot un ieviešot kontrolētās pārslēgšanas tehnoloģijas transformatoriem, mērķinot efektīvākus un uzticamākus elektroenerģijas pārvades tīklus.

Ja transformatora jērbā ir atlikušā plūsma, situācija ar kopdarbojošo slēdzienu kļūst vēl sarežģītāka. Optimālajai energēšanas brīdim jāņem vērā visas trīs fāzes vienlaikusīga darbība, atkarībā no atlikušās plūsmas lieluma un polaritātes. Tomēr, katram iespējamam atlikušās plūsmas modelim vienmēr ir optimāls energēšanas brīdis, kas rezultē minimalā transformatora satura (Figūra 4).

Šajā piemērā atlikušās plūsmas modelis ir 0, -0.5 un +0.5 p.u. fāzēs R, Y un B attiecīgi. Enerģējot transformatoru 90° (fāzes R sprieguma virsotnē) rezultē minimālā fāžu satura. Tomēr, aizverot zilās fāzes (pieņemsim fāzi B) pozitīvā nulles punktā (240°) radīs vislielāko ienākošo straumu, kas būs 6.5 reizes lielāka par optimālo pārslēguma brīdi, ko aprēķina Uzkrāto pārslēgumu ierīce (CSD).

Tas uzsvēra nepieciešamību precīzi noteikt optimālo energēšanas brīdi katram konkrētam atlikušās plūsmas stāvoklim, lai minimizētu transformatora satura un ienākošās straumes. Pareiza laika izvēle nodrošina gludāku darbību un uzlabo sistēmas uzticamību un efektivitāti.

Ja nekontrolē transformatora energēšanu, vislielākā iespējamā ienākošā straume vienmēr parādīsies fāzē ar lielāko atlikušo plūsmu. Uzkrāto pārslēgumu ierīce (CSD) minimizē energēšanas ienākošo straumu, aprēķinot optimālo polusu aizveršanas brīdi, balstoties uz atlikušās plūsmas modeli. Tādējādi, konkrētos augstā atlikušās plūsmas apstākļos, ienākošā straume var tikt pilnībā izbeigta.

Figūra 5 ilustrē teorētisko relatīvo ienākošo straumi energēšanas laikā kā funkciju no trīs atlikušās plūsmas vērtībām, kas mērītas transformatorā (ar satura kolēnaino 1.2 p.u.). Augstākā ienākošā straume ir normēta pret demagnetizētā jērbas maksimālo energēšanas straumi. Ja jērbas atlikušā plūsma ir augsta (horizontālā ass), CSD izbeidz ienākošo straumu, neļaujot transformatoram nonākt saturā (zilās līnijas apakšdaļa). Otrādi, ja transformators tiek energēts nejauši, tas var nonākt pilnībā saturā (sarkana līnija), izraisojot pārmērīgu ienākošo straumi un sekas tīkla sprieguma pazemināšanās. Šis diagramma demonstrē CSD efektivitāti ienākošās straumes mazināšanā salīdzinājumā ar nejaušu vai nekontrolētu energēšanu.