Εφαρμογή Ρυθμιστών Τάσης σε Υψηλή Τάση Ελέγχου Ηλεκτρικού Εξοπλισμού

Η τάση είναι ένα σημαντικό κριτήριο στον έλεγχο ποιότητας της ενέργειας. Η ποιότητα της τάσης αποφασίζει εάν το σύστημα ενέργειας μπορεί να λειτουργεί επίσημα και έχει σημαντική επίδραση στη σταθερότητα του συνολικού συστήματος δικτύου ενέργειας. Σήμερα, οι ρυθμιστές τάσης είναι σχετικά κοινά ηλεκτρικά εξοπλισμό στα συστήματα ενέργειας, ικανά να ελέγχουν εύλογα και επιστημονικά την ολοκληρωμένη διαδικασία υψηλής τάσης σε ηλεκτρικό εξοπλισμό, έτσι βελτιώνοντας συνεχώς τη δυνατότητα εκτέλεσης τέτοιων δοκιμών.

1. Απαιτήσεις για τη χρήση ρυθμιστών τάσης σε δοκιμές υψηλής τάσης ηλεκτρικού εξοπλισμού

Σε συνηθισμένες περιστάσεις, πριν από την έναρξη δοκιμών υψηλής τάσης σε ηλεκτρικό εξοπλισμό, πρέπει να επιλεγεί ένας ρυθμιστής τάσης που εγκαταστάται στην πρώτη πλευρά του μετατροπέα, ώστε να εξασφαλίζεται ότι τα χαρακτηριστικά του είναι συμβατά με τις απαιτήσεις της δοκιμής. Αυτό εξασφαλίζει ότι τα αποτελέσματα μέτρησης από τον μετατροπέα πληρούν τα πρότυπα δοκιμών—δηλαδή, ότι η εξόδος παραμένει σταθερή, συνεχή και μεταβάλλεται ομοιόμορφα, επιτρέποντας αποτελεσματική ρύθμιση τάσης. Η χρήση ρυθμιστών τάσης σε δοκιμές υψηλής τάσης ηλεκτρικού εξοπλισμού περιλαμβάνει τις παρακάτω απαιτήσεις:

• Εξασφάλιση σταθερής και υψηλής ποιότητας εξόδου τάσης· για παράδειγμα, η κύματοσχήμα τάσης του ρυθμιστή πρέπει να προσεγγίζει το συνημιτόνο, και η ελάχιστη εξόδου τάση πρέπει να είναι το πιο κοντά δυνατό στο μηδέν.

• Ο ρυθμιστής τάσης πρέπει να έχει υψηλή ποιότητα ρύθμισης, με χαμηλή ρυθμιστική αντίσταση, απλές και ασφαλείς μεθόδους ρύθμισης, για να επιτρέπει ομαλή δοκιμή υψηλής τάσης του ηλεκτρικού εξοπλισμού.

• Ελάχιστη θόρυβος κατά τη λειτουργία του ρυθμιστή τάσης και έμφαση στην ενεργειακή αποδοτικότητα και την προστασία του περιβάλλοντος κατά τη δοκιμή.

• Εξασφάλιση ότι τα βασικά χαρακτηριστικά του ρυθμιστή τάσης, συμπεριλαμβανομένης της εξόδου τάσης, της συντονικότητας, του αριθμού φάσεων και των κυμάνσεων της εξόδου δυναμικότητας, πληρούν τις απαιτήσεις των δοκιμών υψηλής τάσης του ηλεκτρικού εξοπλισμού. Συγκεκριμένα, η ακρίβεια του ρυθμιστή τάσης εκφράζεται ως:

tgδ: ±(1% D + 0.0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Ένα μικρότερο σφάλμα δείχνει καλύτερη ακρίβεια του όργανου. Κατά την επιβεβαίωση, η διαφορά μεταξύ της ανάγνωσης και της πρότυπης τιμής πρέπει να είναι μικρότερη από την προσδιορισμένη ακρίβεια.

2. Εφαρμογή ρυθμιστών τάσης σε δοκιμές υψηλής τάσης ηλεκτρικού εξοπλισμού

Τρεις τύποι ρυθμιστών τάσης είναι συνηθές να χρησιμοποιούνται σε δοκιμές υψηλής τάσης ηλεκτρικού εξοπλισμού: επαφή-τύποι ρυθμιστές, επαγωγικοί ρυθμιστές και ρυθμιστές με κινούμενη κατάνωμα. Αυτοί οι τρεις τύποι διαφέρουν σημαντικά σε δομή και λειτουργική αρχή, και κάθε ένας έχει διαφορετικές εφαρμογές και χαρακτηριστικά χρήσης. 

Κατά τη δοκιμή υψηλής τάσης, οι ρυθμιστές τάσης γενικά συνδράσουν σε ασύρματους κινητήρες και μηχανισμούς για την μετατροπή ενέργειας και είναι ηλεκτρικά συσκευές στενά συνδεδεμένες με τους μετατροπείς. Σε δοκιμές υψηλής τάσης, ο κινητήρας πρέπει να συμμορφώνεται με την απαιτούμενη μέγιστη επιμέτρηση τάσης 12.000 kW. Επιπλέον, για να μειωθεί η ηλεκτρομαγνητική θόρυβος, η μηχανική δύναμη του ρυθμιστή πρέπει να ενισχυθεί με τη χρήση στερεής συρμάτινης δομής.

2.1 Χρήση ρυθμιστών με κινούμενη κατάνωμα
Η ηλεκτρομαγνητική αρχή και η εσωτερική δομή των ρυθμιστών με κινούμενη κατάνωμα μοιάζουν με εκείνες των μετατροπέων. Επιτυγχάνουν αποτελεσματική ρύθμιση τάσης εξόδου, μετακινώντας έναν μικρούμενο στρόφιλο κατάκεντρα κατά μήκος του στήλιου για να αλλάξει την κατανομή τάσης και αντίστασης μεταξύ των δύο στρόφιλων στο κύριο περίπατο. Επειδή η ρύθμιση δεν εξαρτάται από επαφές, η εξόδου τάση από τον ρυθμιστή με κινούμενη κατάνωμα είναι σχετικά ομαλή και ομοιόμορφη, κάνοντάς τον εύκολο και βολικό για την καθημερινή χρήση σε δοκιμές υψηλής τάσης ηλεκτρικού εξοπλισμού. 

Επιπλέον, η μεγάλη διαρροή αντίδρασης του επιτρέπει να αντέξει σημαντικά ρυθμιστικά σημεία. Ωστόσο, λόγω των δομικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών, ο ρυθμιστής με κινούμενη κατάνωμα έχει σχετικά υψηλή αντίσταση σύνδεσης. Συνεπώς, δεν είναι κατάλληλος για έργα δοκιμών υψηλής τάσης που απαιτούν χαμηλή αντίσταση πηγής, όπως οι δοκιμές ρύπανσης (συμπεριτριβής) υψηλής τάσης. Σε σύγκριση με τους επαγωγικούς ρυθμιστές, η κύματοσχήμα εξόδου των ρυθμιστών με κινούμενη κατάνωμα είναι πιο εύκολη να παραμορφωθεί. 

Επιπλέον, μετά από μακρά χρήση, η ξετριμμός και το αποσυνδέσιμο των μεταφορικών συστατικών και της κινούμενης κατάνωμα μπορεί να αυξήσει τη θόρυβο και την ταλάντωση, με δυνατότητα ζημίωσης. Οι αλγόριθμοι ροής ενέργειας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό των πολλαπλών συνιστωσών απώλειας τάσης στα συστήματα ενέργειας. Συγκεκριμένα, αυτό συνεπάγεται την αξιοποίηση της σχέσης μεταξύ τάσεων κόμβων, ενεργής δύναμης και της μέγεθος τάσης των κόμβων για τη διάσπαση των P-Q εξισώσεων, μείωση του συντελεστή μήτρας από 2N×2N σε N×N, όπου N είναι ο αριθμός των κόμβων του συστήματος.

2.2 Χρήση επαγωγικών ρυθμιστών τάσης
Η ηλεκτρομαγνητική αρχή και δομή των επαγωγικών ρυθμιστών τάσης είναι παρόμοιες με εκείνες των μετατροπέων με στροφόμενη ρομπά σε στασιμότητα, ενώ η μετατροπή ενέργειας τους μοιάζει με τους μετατροπείς. Με την προσαρμογή της γωνιακής μετατόπισης του ρότορ, τροποποιούν τη μέγεθος και φάση της επαγωγικής δυναμοστάσης στο σταθερό ή το ροτάτο στρόφιλο, επιτυγχάνοντας ρύθμιση τάσης χωρίς επαφή. 

Σε σύγκριση με τους ρυθμιστές με κινούμενη κατάνωμα, οι επαγωγικοί ρυθμιστές προσφέρουν καλύτερη συνολική τεχνική και οικονομική απόδοση και χαμηλότερη αντίσταση—ειδικά όταν η εξόδου τάση είναι εντός του 50%–100% διαστήματος, όπου η αντίσταση είναι σημαντικά χαμηλότερη. Ωστόσο, λόγω δομικών και λειτουργικών περιορισμών, οι ενιαίοι επαγωγικοί ρυθμιστές έχουν υψηλότερο κόστος παραγωγής, ιδιαίτερα για μεγάλη δυναμικότητα. Όταν η εκτροχιάση του ενιαίου ρότορ αγγίζει ένα ορισμένο όριο, θόρυβος και ταλάντωση μπορεί να εμφανιστεί κατά τη λειτουργία, περιορίζοντας την εξόδου δυναμικότητα. Συνεπώς, οι μεγάλη δυναμικότητα ενιαίοι επαγωγικοί ρυθμιστές δεν παράγονται σήμερα. Παρ' όλα αυτά, οι βελτιωμένες εκδόσεις των επαγωγικών ρυθμιστών χρησιμοποιούνται αποτελεσματικά σε δοκιμές υψηλής τάσης με λιγότερο αυστηρές απαιτήσεις.

2.3 Χρήση επαφής-τύπου ρυθμιστών τάσης
Οι ρυθμιστές τάσης επαφής-τύπου είναι αυτοδιαφορευτικά μετατροπείς που μπορούν να παρέχουν συνεχή εξόδιο τάσης. Παράγουν κύματα εξόδιου τάσης με εξαιρετικά συνημιτονοειδή χαρακτηριστικά, με όριο κατώτερης εξόδου 0 V, και εμφανίζουν γραμμικά, συνεχή και ομαλά ρυθμιστικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, η σύντομη διαδρομή τους μπορεί να ελαχιστοποιηθεί, και έχουν σχεδόν ταυτόχρονα φάση μεταξύ εισόδου και εξόδου τάσης και χαμηλό θόρυβο λειτουργίας, κάνοντάς τους ιδανικούς για δοκιμές υψηλής τάσης σε ηλεκτρικό εξοπλισμό. Σύμφωνα με την πυρήνια διάταξη, οι ρυθμιστές επαφής-τύπου κατηγοριοποιούνται σε στυλοειδή και δακτυλοειδή.

Συνήθως, οι δοκιμές υψηλής τάσης μικρής δυναμικότητας χρησιμοποιούσαν κυρίως δακτυλοειδείς ρυθμιστές επαφής-τύπου λόγω του χαμηλού τους κόστους και της εξαιρετικής απόδοσής τους. Η πιο σημαντική αδυναμία των ρυθμιστών επαφής-τύπου είναι η εξάρτησή τους σε φυσικές επαφές για προσαρμογή, οι οποίες μπορούν να παράγουν σπαρτάρισμα κατά τη λειτουργία. Η δυνατότητα επαφής είναι επίσης περιορισμένη, και η σχετικά μικρή διάρκεια ζωής τους έχει εμποδίσει την ανάπτυξη μεγάλης δυναμικότητας. Ωστόσο, χάρη στις συνεχείς προσπάθειες των τεχνικών, τα ζητήματα που σχετίζονται με τις επαφές έχουν κατά κύριο λόγο επιλυθεί.

3. Διατήρηση ρυθμιστών τάσης σε δοκιμές υψηλής τάσης ηλεκτρικού εξοπλισμού

Πριν από τη διατήρηση ρυθμιστών τάσης που χρησιμοποιούνται σε δοκιμές υψηλής τάσης ηλεκτρικού εξοπλισμού, το προσωπικό πρέπει να έχει ολοκληρωμένη κατανόηση της εσωτερικής δομής του ρυθμιστή για ακριβή εντοπισμό βλαβών και βελτίωση της αποτελεσματικότητας της διατήρησης. Η βασική δομή του ρυθμιστή τάσης εμφανίζεται στο Πίνακα 1.

3.2 Θέματα Διαρροής Αερίου στους Ρυθμιστές Τάσης

Στις δοκιμές υψηλής τάσης ηλεκτρικών εξοπλισμών, η διαρροή αερίου από τους ρυθμιστές τάσης είναι συνήθως προϊόν ελλιπούς σφράγισης των συνδετικών δακτυλίων και συνδέσεων. Μπορεί επίσης να προκύψει από βλάβη του μεταλλικού σφραγισμού μεταξύ του καθίσματος ρύθμισης και της ρυθμιζόμενης ράβδου. Η συγκεκριμένη λύση περιλαμβάνει την απόσυρση του αεριοδιαύλου, την αποσυναρμολόγηση του κύριου βολανού του ρυθμιστή τάσης, και την προσεκτική εξέταση από τεχνικούς για τον προσδιορισμό της ακριβούς θέσης και φύσης της βλάβης. Στη συνέχεια, με βάση την πρακτική εμπειρία, εφαρμόζονται κατάλληλες βελτιώσεις για την επίλυση της διαρροής αερίου από την ορίσιμη απόδοση κατά τη διάρκεια των δοκιμών υψηλής τάσης.

Κατά τη διάρκεια των δοκιμών υψηλής τάσης, ένα κοινό πρόβλημα είναι η διαρροή αερίου στη θέση μηδενικής ρύθμισης. Αυτό είναι κυρίως λόγω υπερβολικής στείρωσης του βιδόνιου μηδενικής ρύθμισης. Για την εξάλειψη αυτής, η θέση του βιδόνιου μηδενικής ρύθμισης πρέπει να ρυθμιστεί σωστά, ώστε να μειωθεί η πιθανότητα διαρροής στη θέση μηδενικής ρύθμισης.

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι τεχνικοί πρέπει να αποφεύγουν να στέκουν άμεσα μπροστά στον ρυθμιστή τάσης κατά τη διάρκεια της ρύθμισης, προκειμένου να μειωθεί το πρόσωπο του κινδύνου ατυχήματος.

4. Συμπέρασμα

Στις πρακτικές εφαρμογές, κατά τη διάρκεια των δοκιμών υψηλής τάσης σε ηλεκτρικό εξοπλισμό, πρέπει να δίνεται προτεραιότητα στην ασφάλεια του προσωπικού. Η εγγύηση της ασφάλειας τόσο του προσωπικού όσο και του εξοπλισμού είναι η βασική προϋπόθεση για την επιτυχή επισκόπηση και διασφάλιση των συστατικών μερών. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει την αποτελεσματική επέκταση της ζωής του εξοπλισμού και τη μείωση της συχνότητας των αποτυχιών. Με την ευρεία εφαρμογή των ρυθμιστών τάσης στις δοκιμές υψηλής τάσης των ηλεκτρικών εξοπλισμών, φέρεται ευκολία στην καθημερινή ζωή των πολιτών και σε διάφορους τομείς της κοινωνίας, οδηγώντας έτσι στην ενίσχυση της αρμονικής κοινωνικής ανάπτυξης.