Zmanjševanje vklopne strme v srednji napetosti preko nadzornega vključevalnega naprave

Upravljanje preklopniki v srednjem naponu

Pred več kot tremi desetletji so prvič uvedli Upravljanje preklopniki (CSD) za zmanjšanje prehodnih pojavov, ki jih povzročajo visokonaponski preklopniki, povezani z paralelnimi reaktorji in kondenzatorskimi skladnici. Nato je raziskovanje razširilo njihovo uporabo na prenosne linije in električne transformatorje. Na začetku so ti napravi optimizirali trenutke preklapljanja glede na faze z neodvisno delujočimi preklopniki (IPO).

Nedavno je povečan globalni povpraševanje po energiji spodbudil vključevanje obnovljivih virov energije v omrežja srednjega naponskega porazdelitvenega sistema namesto samo odvisnosti od visokonaponskih (VN) prenosnih sistemov. Ta sprememba je zahtevala reševanje težav z padanjem napona, ki izvirajo iz neupravljanega tokovnega pretoka med vključevanjem transformatorja.

Preklopniki srednjega naponskega porazdelitvenega sistema tipično delujejo s hkratnim delovanjem treh polov, kar se razlikuje od neodvisnega delovanja v VN aplikacijah. To je zahtevalo pomembne napredek v tehnologiji CSD, da bi učinkovito upravljali pretok pri vključevanju transformatorja z standardnimi preklopniki z hkratnim delovanjem polov. Danes je ta inovacija široko uporabljana ne le v instalacijah obnovljive energije, kot so parki vetrenih turbin in fotovoltaične solarnice, ampak tudi v industrijskih postavitvah in prometnih omrežjih, kjer je ključno za upravljanje pretokov za zanesljivo vključevanje transformatorjev srednjega in visokog naponskega sistema.

Pretok pri vključevanju transformatorja srednjega naponskega sistema

Velikost pretoka pri vključevanju transformatorja je znatno vplivala na ostal flux v jedru transformatorja; višji raven ostal flux lahko vodi do večjega pretoka pri naključnem vključevanju. Učinkova strategija za zmanjšanje je ključna za izogibanje operativnim motnjam in zagotavljanje stabilnosti omrežja.

S implementacijo naprednih tehnik upravljanja preklapljanja je mogoče zmanjšati ali celo izključiti te pretoke. Te metode ne le izboljšajo zanesljivost sistema, ampak tudi podaljšajo življenjski čas opreme, zmanjšajo stroške vzdrževanja in izboljšajo splošno učinkovitost v omrežjih srednjega naponskega porazdelitvenega sistema. Vstop tehnologij označuje ključen napredek pri prilagajanju spreminjajočim se zahtevam sodobnih elektroenergetskega distribucijskega omrežja.

Povezava med ostalim fluxom in pretokom pri vključevanju transformatorja

Podatki, zbrani med komisijoniranjem Upravljanja preklopniki (CSD) na preklopnikih in preklopni opremi z hkratnim delovanjem polov, so potrdili povezavo med ostalim fluxom in pretokom pri vključevanju transformatorja. Uporaba CSD-jev tipično vodi do zmanjšanja pretoka v omerehu 3:1 glede na naključno vključevanje, kar znatno zmanjša možne motnje.

Metode zmanjševanja pretoka pri vključevanju z hkratno delujočimi preklopniki

Spodnja razlaga ilustrira koncept upravljanja preklapljanja za zmanjšanje pretoka pri vključevanju, uporabljen na električnih transformatorjih:

Ko je fazna R demagnetiziranega električnega transformatorja vključena na preseku ničle napona (kot je prikazano na levi strani Slike 1), to prisili jedro transformatorja globoko v nasititev, kar prinese dodatnih 2 per-unit (p.u.) fluxa v jedro. Ta stanje lahko vodi do znatnih pretokov zaradi nasititve jedra.

Vendar, ko je transformator vključen na vrhovnem preseku pozitivnega napona, ta začetni pozitivni četrt cikel prinese le 1 p.u. fluxa v jedro. Ko nato napon preide v negativni polcikel, začne zmanjševati flux v jedru. Ker transformator ne doseže mejo nasititve pod temi pogoji, je nasititev jedra izognjena, kar prepreči nastanek pretoka.

Ta situacija se ujema z ustaljenim vključevanjem transformatorja, kjer flux v jedru zapostaja za 90 stopinj za naponom. S tem, da se natančno določi trenutek vključevanja, da se ujame z optimalnimi točkami v talu napona, se zmanjša tveganje za nastanek pretoka, kar zagotavlja gladko in stabilno delovanje transformatorja.

Zaključno, tehnike upravljanja preklapljanja izkoriščajo natančno časovno usklajevanje za učinkovito zmanjšanje pretoka. Z izogibanjem nasititvi jedra preko strategičnih točk vključevanja v ciklu napona, te metode zagotavljajo zanesljivo delovanje transformatorja, izboljšajo stabilnost omrežja in zmanjšajo operativne motnje. Ta pristop predstavlja ključen napredek v tehnologiji preklopnika srednjega naponskega sistema, ki prinaša veliko koristi tako za nove namestitve kot tudi za nadgradnje obstoječih sistemov.

Situacija postane bolj zapletena pri uporabi 3-faznega preklopnika z hkratnim delovanjem polov. V resnici, izbira trenutka vključevanja, ki zmanjša pretok na eni fazi, lahko škoduje drugima dvema fazama. To je prikazano na Sliki 2, kjer zmanjšanje pretoka za fazo R demagnetiziranega transformatorja (levo) negativno vpliva na faze Y in B (desno).

Z optimizacijo trenutka vključevanja za eno fazo, da se zmanjša njen pretok, lahko pogoji za druge dve fazi nezamenoma vodijo do povečanega pretoka, kar poudarja potrebo po uravnovesenem pristopu v večfaznih sistemih.

Kot je bilo razloženo prej, vzorec ostal fluxa v električnem transformatorju je rezultat njegove prejšnje deenergizacije.

Ko je transformator ponovno vključen, se dinamični flux, induciran z uporabljenim naponom, prišteje ali odšteje od ostal fluxa, odvisno od polaritete uporabljenega napona. Po principih upravljanja preklapljanja, optimalni trenutek vključevanja faze električnega transformatorja nastopi, ko se potencialni flux ujame z obstoječim ostal fluxom (Slika 3, levo). Na primer, v prisotnosti pozitivnega ostal fluxa, uporaba negativnega napona najprej zmanjša flux v jedru na nič pri negativnem vrhu napona in nato takoj doseže ustaljeno delovanje transformatorja brez nasititve njegovega jedra.

Obratno (Slika 3, desno), vključevanje faze na pozitivnem preseku ničle napona bi prineslo 2 p.u. pozitivnega fluxa v jedro na vrhu obstoječega 0,5 p.u. ostal fluxa. To pritisne jedro električnega transformatorja v globoko nasititev, kar vodi do prekomernega pretoka. Torej, prisotnost ostal fluxa poveča maksimalni pretok, ko je vključevanje transformatorja neupravljano.

Natančno izbiranje trenutka vključevanja, da se inducirani flux ujame z ostal fluxom, lahko učinkovito prepreči nasititev jedra, zmanjša pretok in zagotovi gladko delovanje transformatorja. Ta strategija ne le izboljša zanesljivost sistema, ampak tudi podaljša življenjski čas opreme in zmanjša stroške vzdrževanja. Pravilno časovno usklajevanje vključevanja je posebej pomembno v večfaznih sistemih, da se uravnovesi delovanje po fazah, zagotoviti stabilnost in učinkovitost omrežja.

Ta pristop poudarja pomembnost upoštevanja vpliva ostal fluxa pri oblikovanju in implementaciji tehnologij upravljanja preklapljanja za električne transformatorje, da se doseže bolj učinkovito in zanesljivo prenos elektroenergije.

Ko je v jedru transformatorja ostal flux, postane situacija z hkratno delujočim preklopnikom še bolj zapletena. Optimalni trenutek vključevanja mora upoštevati hkratno delovanje vseh treh faz glede na velikost in polaritet ostal fluxa. Vendar, za vsak možen vzorec ostal fluxa, je vedno optimalen trenutek vključevanja, ki vodi do minimalne nasititve transformatorja (Slika 4).

V naslednjem primeru je vzorec ostal fluxa 0, -0,5 in +0,5 p.u. v fazah R, Y in B, glede na to. Vključevanje električnega transformatorja na 90° (vrhovni presek faze R) prinese minimalno nasititev faz. Vendar, zaprtje modre faze (predpostavimo fazo B) na pozitivnem preseku ničle napona (240°) bi povzročilo najslabši pretok, ki bi bil 6,5-krat višji od optimalnega trenutka preklapljanja, izračunanega z Upravljanjem preklopniki (CSD).

To poudarja pomembnost natančnega določevanja optimalnega trenutka vključevanja za vsako specifično stanje ostal fluxa, da se zmanjša nasititev transformatorja in pretok. Pravilno časovno usklajevanje zagotavlja gladko delovanje in izboljša zanesljivost in učinkovitost sistema.

Ko ni upravljanja vključevanja električnega transformatorja, bo najslabši možen pretok vedno nastal na fazi z največjim ostal fluxom. Upravljanje preklopniki (CSD) zmanjša pretok pri vključevanju z izračunom optimalnega trenutka zaprtja polov glede na vzorec ostal fluxa. Posledično, pri specifičnih pogojih visokih ostal fluxa, je mogoče pretok popolnoma izključiti.

Slika 5 prikazuje teoretičen relativni pretok pri vključevanju kot funkcijo največjega od treh merjenih ostal fluxov v transformatorju (s koleno nasititve na 1,2 p.u.). Vrhunska vrednost pretoka je normalizirana na maksimalni tok vključevanja demagnetiziranega jedra. Ko je ostal flux v jedru visok (na horizontalni osi), CSD izključi pretok, tako da prepreči, da bi transformator vstopil v nasititev (spodnji del modre črte). Obratno, naključno vključevanje električnega transformatorja ga lahko pripelje do popolne nasititve (rdeča črta), kar vodi do prekomernega pretoka in kasneje padanja napona v omrežju. Ta diagram tako demonstrira učinkovitost zmanjševanja pretoka, ki jo zagotavlja CSD, v primerjavi s naključnim ali neupravljanim vključevanjem.