Pengurangan arus masuk transformator tegangan menengah melalui peranti pemutus kendali

Peranti Pengalihan Berawalan dalam Julat Voltan Sederhana

Lebih tiga dekad yang lalu, Peranti Pengalihan Berawalan (CSDs) pertama kali diperkenalkan untuk mengurangkan perubahan sementara yang disebabkan oleh pemutus litar voltan tinggi yang disambungkan ke reaktor paralel dan bank kapasitor. Penyelidikan seterusnya memperluas penggunaannya kepada garis transmisi dan transformator kuasa. Pada mulanya, peranti ini mengoptimumkan momen pengalihan bagi setiap fasa menggunakan pemutus litar yang dioperasikan secara berasingan (IPO).

Baru-baru ini, peningkatan permintaan tenaga global telah mendorong integrasi sumber tenaga boleh diperbaharui ke dalam grid agihan voltan sederhana daripada hanya bergantung pada sistem transmisi voltan tinggi (HV). Perubahan ini telah menimbulkan keperluan untuk menangani isu penurunan voltan akibat arus masuk tidak terkawal semasa penghidupan transformator.

Peralatan pengalihan voltan sederhana biasanya beroperasi dengan tiga kutub secara serentak, yang bertentangan dengan operasi berasingan dalam aplikasi HV. Ini memerlukan kemajuan teknologi CSD yang signifikan untuk menguruskan arus masuk penghidupan transformator dengan menggunakan pemutus litar standard yang beroperasi serentak. Hari ini, inovasi ini digunakan secara meluas tidak hanya dalam pemasangan tenaga boleh diperbaharui seperti ladang angin dan loji solar fotovoltaik tetapi juga dalam setelan industri dan rangkaian pengangkutan, di mana mengawal arus masuk adalah penting untuk penghidupan yang dapat dipercayai bagi kedua-dua transformator voltan sederhana dan voltan tinggi.

Arus Masuk dalam Transformator Voltan Sederhana

Magnitud arus masuk semasa penghidupan transformator sangat dipengaruhi oleh fluks baki dalam inti transformator; tahap fluks baki yang lebih tinggi boleh menyebabkan arus masuk yang lebih besar semasa penghidupan rawak. Strategi pengurangan yang efektif adalah penting untuk mengelakkan gangguan operasi dan memastikan kestabilan grid.

Dengan melaksanakan teknik pengalihan berawalan yang canggih, adalah mungkin untuk mengurangkan atau menghapuskan arus masuk ini. Kaedah-kaedah ini bukan sahaja meningkatkan kebolehpercayaan sistem tetapi juga memanjangkan umur peralatan, mengurangkan kos penyelenggaraan, dan meningkatkan kecekapan keseluruhan dalam grid agihan voltan sederhana. Penerimaan teknologi-teknologi ini menandakan kemajuan penting dalam menyesuaikan diri dengan permintaan yang berkembang dalam rangkaian pengagihan elektrik moden.

Hubungan antara Fluks Baki dan Arus Masuk Transformator

Data lapangan yang dikumpulkan semasa pelancaran Peranti Pengalihan Berawalan (CSDs) pada pemutus litar dan peralatan pengalihan dengan operasi kutub serentak telah mengesahkan hubungan antara fluks baki dan arus masuk transformator. Menggunakan CSDs biasanya menghasilkan pengurangan 3:1 dalam arus masuk berbanding penghidupan rawak, yang secara signifikan mengurangkan gangguan potensial.

Kaedah Pengurangan Arus Masuk dengan Pemutus Litar Operasi Gang

Penjelasan berikut menggambarkan konsep pengalihan berawalan untuk pengurangan arus masuk yang diterapkan pada transformator kuasa:

Apabila fasa R transformator kuasa yang demagnetized dihidupkan pada persilangan sifar voltan (seperti yang ditunjukkan di sebelah kiri dalam Gambar 1), ia memaksa inti transformator ke dalam keadaan jenuh, memperkenalkan 2 unit-per-unit (p.u.) fluks tambahan ke dalam inti. Keadaan ini boleh menyebabkan arus masuk yang signifikan akibat kejenuhan inti.

Namun, apabila transformator dihidupkan pada puncak voltan positif, siklus suku pertama yang positif ini hanya menambah 1 p.u. fluks ke dalam inti. Apabila voltan kemudian beralih ke separuh siklus negatif, ia bermula mengurangkan fluks dalam inti. Kerana transformator tidak mencapai had kejenuhannya dalam keadaan ini, kejenuhan inti dapat dielakkan, dengan itu mencegah kejadian arus masuk.

Skenario ini bersesuaian dengan penghidupan stabil transformator, di mana fluks inti tertinggal voltan sebanyak 90 darjah. Dengan mengatur waktu momen penghidupan untuk bertepatan dengan titik optimal dalam bentuk gelombang voltan, risiko arus masuk dapat diminimumkan, memastikan operasi transformator yang lebih lancar dan stabil.

Kesimpulannya, teknik pengalihan berawalan menggunakan pengaturan masa yang tepat untuk mengurangkan arus masuk secara efektif. Dengan mengelakkan kejenuhan inti melalui titik penghidupan strategik dalam siklus voltan, kaedah-kaedah ini memastikan prestasi transformator yang boleh dipercayai, meningkatkan kestabilan grid, dan mengurangkan gangguan operasi. Pendekatan ini mewakili kemajuan penting dalam teknologi peralatan pengalihan voltan sederhana, menawarkan manfaat besar untuk kedua-dua pemasangan baru dan peningkatan sistem sedia ada.

Keadaan menjadi lebih rumit apabila menggunakan pemutus litar 3-fasa dengan operasi kutub serentak. Sebenarnya, memilih momen penghidupan yang mengurangkan arus masuk pada satu fasa boleh merugikan dua fasa lain. Ini ditunjukkan dalam Gambar 2, di mana pengurangan arus masuk untuk fasa R transformator yang demagnetized (kiri) memberi kesan buruk kepada fasa Y dan B (kanan).

Dengan mengoptimumkan momen penghidupan untuk satu fasa untuk mengurangkan arus masuknya, keadaan untuk dua fasa lain mungkin secara tidak sengaja menyebabkan peningkatan arus masuk, menunjukkan keperluan pendekatan yang seimbang dalam sistem multi-fasa.

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, pola fluks baki dalam transformator kuasa adalah hasil dari de-energizasinya yang sebelumnya.

Apabila transformator dihidupkan semula, fluks dinamik yang diinduksi oleh voltan yang dikenakan ditambah atau dikurangkan daripada fluks baki bergantung pada polariti voltan yang dikenakan. Menurut prinsip pengalihan berawalan, momen penghidupan optimum untuk fasa transformator kuasa berlaku apabila fluks prospektif yang diinduksi sepadan dengan fluks baki yang sedia ada (Gambar 3, kiri). Misalnya, dalam kehadiran fluks baki positif, penggunaan voltan negatif akan mengurangkan fluks inti kepada sifar pada puncak voltan negatif dan kemudian segera mencapai operasi stabil transformator tanpa menjenuhkan intinya.

Sebaliknya (Gambar 3, kanan), menghidupkan fasa pada persilangan sifar positif voltan akan menambah 2 p.u. fluks positif ke dalam inti di atas fluks baki 0.5 p.u. yang sedia ada. Ini mendorong inti transformator ke dalam keadaan jenuh yang mendalam, menghasilkan arus masuk yang berlebihan. Oleh itu, kehadiran fluks baki meningkatkan arus masuk maksimum apabila penghidupan transformator tidak terkawal.

Pemilihan tepat momen penghidupan untuk sepadan dengan fluks yang diinduksi dengan fluks baki dapat secara efektif mencegah kejenuhan inti, dengan itu mengurangkan arus masuk dan memastikan operasi transformator yang lancar. Strategi ini bukan sahaja meningkatkan kebolehpercayaan sistem tetapi juga memanjangkan umur peralatan dan mengurangkan kos penyelenggaraan. Waktu penghidupan yang betul sangat penting dalam sistem multi-fasa untuk menyeimbangkan prestasi di seluruh fasa, memastikan kestabilan dan kecekapan grid.

Pendekatan ini menekankan kepentingan mempertimbangkan kesan fluks baki semasa merancang dan melaksanakan teknologi pengalihan berawalan untuk transformator kuasa, bertujuan untuk mencapai rangkaian penghantaran kuasa yang lebih cekap dan boleh dipercayai.

Apabila terdapat fluks baki dalam inti transformator, situasi dengan pemutus litar operasi gang menjadi lebih rumit. Momen penghidupan optimum harus mempertimbangkan operasi serentak semua tiga fasa mengikut magnitud dan polariti fluks baki. Walau bagaimanapun, untuk setiap pola fluks baki yang mungkin, selalu terdapat momen penghidupan optimum yang menghasilkan kejenuhan transformator minimal (Gambar 4).

Dalam contoh berikut, pola fluks baki adalah 0, -0.5, dan +0.5 p.u. dalam fasa R, Y, dan B, masing-masing. Menghidupkan transformator kuasa pada 90° (puncak voltan fasa R) menghasilkan kejenuhan minimum fasa. Namun, menutup fasa biru (andaikan fasa B) pada persilangan sifar voltan positif (240°) akan menyebabkan arus masuk terburuk, yang akan 6.5 kali lebih tinggi daripada momen pengalihan optimum yang dikira oleh Peranti Pengalihan Berawalan (CSD).

Ini menunjukkan kepentingan menentukan dengan tepat momen penghidupan optimum untuk setiap keadaan fluks baki spesifik untuk mengurangkan kejenuhan transformator dan arus masuk. Waktu yang betul memastikan operasi yang lebih lancar dan meningkatkan kebolehpercayaan dan kecekapan sistem kuasa.

Apabila tidak mengawal penghidupan transformator kuasa, arus masuk terburuk akan selalu muncul pada fasa dengan fluks baki tertinggi. Peranti Pengalihan Berawalan (CSD) mengurangkan arus masuk penghidupan dengan mengira momen penutupan kutub optimum berdasarkan pola fluks baki. Akibatnya, di bawah keadaan fluks baki tertentu yang tinggi, arus masuk boleh sepenuhnya dihilangkan.

Gambar 5 menggambarkan arus masuk relatif teoretikal semasa penghidupan sebagai fungsi fluks baki tertinggi yang diukur dalam transformator (dengan lutut jenuhan pada 1.2 p.u.). Arus masuk puncak dinormalisasi kepada arus penghidupan maksimum inti yang demagnetized. Apabila fluks baki inti tinggi (di paksi mendatar), CSD menghilangkan arus masuk dengan mencegah transformator daripada masuk ke dalam keadaan jenuh (kawasan bawah garis biru). Sebaliknya, menghidupkan transformator kuasa pada saat rawak boleh mendorong transformator ke dalam keadaan jenuh penuh (garis merah), menyebabkan arus masuk berlebihan dan penurunan voltan seterusnya pada grid. Diagram ini dengan itu menunjukkan keberkesanan pengurangan arus masuk yang disediakan oleh CSD berbanding penghidupan rawak atau tidak terkawal.