كيفية اختيار مفتاح التحويل تحت الحمل لمحول الطاقة الرئيسي؟

مهندس المشروع المسؤول عن شركة المرافق يقوم بصياغة مواصفات لمحول طاقة رئيسي بسعة 40 MVA بجهد 132/33 kV يمكنه تنظيم حافلة التوزيع بجهد 33 kV للمنطقة بأكملها. لقد اكتمل تقريبًا عملية تصميم المحول، ولكن في نقطة واحدة تم طرح القضايا في الاجتماعات التي عقدت: تشير إلى جهاز تغيير الموصل تحت الحمل، الذي تم طرح العديد من الأسئلة حوله. تم إعداد تقييمات لمصنعين مختلفين من الناحية الفنية، ولكن قد تختلف تكلفتها بمقدار 30%، وتختلف فترات الصيانة 3 مرات، ومقاييس الخدمة عبر التصاميم المختلفة غير متاحة في أوراق البيانات. يفهم المهندس أن استخدام جهاز تغيير الموصل تحت الحمل أمر حاسم لتكلفة تشغيل المحول لمدة 30 عامًا.

الهدف من هذه المقالة هو تقديم المعلومات حول اختيار أجهزة تغيير الموصل تحت الحمل للمحول الرئيسي، والتي ستشمل نطاق الموصل، حجم الخطوة، تصنيفات التيار والجهد لكل خطوة، الفروق بين الأنواع المقاومة والفراغية، تكلفتها، والمواصفات اللازمة لإرسالها إلى الموردين.

الإجابة: يتم استخدام جهاز تغيير الموصل تحت الحمل لضبط الموصل على لف المحول عندما يكون تحت الحمل من أجل تنظيم الجهد دون انقطاع في الإمداد. بالنسبة لوحدة بسعة 10 MVA – 60 MVA، فإن نطاقات الإعداد الممكنة، على التوالي، هي حوالي ± 8 × 1.25% أو ± 6 × 2.5%. يتم تصنيف جهاز OLTC بنفس تيار المرور كأقصى تصنيف مستمر للمحول وله جهد خطوة يساوي جهد اللف.

ما هو جهاز تغيير الموصل تحت الحمل؟

جهاز تغيير الموصل تحت الحمل (OLTC) هو جهاز يتحكم فيه المحرك يوجد في المحولات الكهربائية ويغير اتصالات الموصل لملف الضبط بينما لا يزال الطاقة قيد الاستخدام. يتم ذلك عن طريق زيادة أو تقليل الموصلات، وبالتالي تغيير نسبة اللفات والفرق المحتمل الناتج، مما يشير إلى أن OLTC يلعب دورًا حيويًا في عملية تنظيم الجهد المستمرة تحت ظروف الحمل والمصدر المتغيرة.

كونه نوعًا من الأجهزة التي تقوم باستمرار بأي عمليات بينما يتدفق التيار، فإن OLTC هو أداة دقيقة، مما يعني أن التبديل يجب أن يتم تحت ظروف معينة، بينما يجب أن تحدث عملية التبديل آلاف المرات قبل أن يمكن أن يتآكل OLTC.

لماذا يحتاج المحول الرئيسي إلى واحد؟

يتم تثبيت المحولات بين نظام النقل ونظام التوزيع. يمكن أن تتعرض كلا جانبي المحول لتقلبات الحمل على مدار اليوم حيث يمكن أن يتغير الطلب، بالإضافة إلى جهد النقل، الذي يتغير بسبب تكوين الشبكة. على سبيل المثال، عندما يكون لدى المحول المعني سعة 40 MVA، يمكن أن يكون انخفاض المقاومة وحده بين 6-12%. لذلك، عندما يتعلق الأمر بالحمل الكامل أو عدم الحمل، قد تؤثر اللوائح على انخفاض الجهد لعدة في المئة من المحول نفسه. علاوة على ذلك، هناك خطر من أن ينخفض ​​حافلة 33 kV بمقدار 5-8% تحت الجهد الطبيعي، وهو ما يعتبر غير مقبول وفقًا للوائح المحلية.

من أجل الحفاظ على تقلبات الجهد المطلوبة ضمن نطاق مقبول، يتم عادةً دمج OLTC مع منظم الجهد التلقائي (AVR).

كيف يقوم OLTC بالتبديل دون انقطاع

تم تصميم OLTC في مرحلتين. يقوم المحدد بالعثور على نقطة التوصيل الجديدة ميكانيكيًا مع الملفات المتصلة بالفعل عبر التوصيل النشط. ومن ثم، تعتبر عملية المحدد تحدث عند قيمة تيار صفرية. بعد ذلك يأتي وقت مفتاح التحويل الذي ينقل التيار من التوصيل الرئيسي إلى التوصيل الجديد. يتم وضع مقاومة الانتقال بين المحدد ومفتاح التحويل بحيث لا يتم قطع التيار المتدفق.

يعمل تصميم مقاوم التحويل بطريقة تجعل التيار يسير عبر واحد أو اثنين من المقاومات الانتقالية الموضوعة في المنتصف. يتم اختيار قيمة المقاومة بطريقة تحد من تدفق التيار إلى الحد الأدنى أثناء العملية.

مقاوم مقابل فراغ مقابل OLTC من النوع المفاعل

عندما يتعلق الأمر بالمحولات الرئيسية الجديدة، يمكن عادةً الاختيار بين الأنواع المقاومة أو الفراغية. لقد تم استخدام النوع المقاوم لفترة طويلة، ولديه أقل تكلفة أولية. ومع ذلك، فإن النوع الفراغي يكلف أكثر في البداية بسبب فترات الصيانة الأطول وأقل متطلبات لتغيير الزيت، وهو ما يمكن أن يكون اعتبارًا مهمًا في حالة المحطات غير المأهولة حيث يحتاج استبدال الزيت إلى زيارة الموقع ووقت التوقف.

اختيار نطاق التوصيل وحجم الخطوة

نطاق التوصيل هو حساب للتحكم في الجهد. تتكون العملية من عدة خطوات:

• خذ تقلب الجهد الفعلي. قم بقياس جهد الجانب الأولي وجهد الحافلة تحت حالة الحمل الكامل؛ قد يتراوح ±3-8% على شبكة فعلية بين ظروف الحمل الخفيف والكامل.
• أضف الانخفاض في مقاومة المحول. عند السعة الكاملة، تصل تنظيم المحولات التي تبلغ قدرتها 10-40 MVA إلى 4-8%، ويجب أن تأخذ التوصيلات في الاعتبار كل من تغيير المصدر والانخفاض الداخلي.
• حدد حجم الخطوة. عادةً ما تُستخدم خطوات 1.25% للمحولات الكبيرة ذات التنظيم المناسب، بينما تعمل المحولات الأصغر مع خطوات 2.5%.
• اضبط النطاق. يوفر نطاق التوصيل ±8×1.25% ±10% في 16 خطوة، بينما يولد نطاق التوصيل ±6×2.5% ±15% باستخدام 12 خطوة. بالنسبة لمعظم المحولات ضمن النطاق بين 10MVA و60MVA، يتم اختيار النطاق الأول كمعيار.
• فكر في AVR الذي يوفر جهد الحافلة بمساعدة المرحل في خطوة واحدة مع تأخير زمني مما يسمح بتجنب الصيد، ويجب أن يتوافق عدد الخطوات مع المتطلبات المذكورة.

في الختام، يمكن أن تؤدي التقديرات الخاطئة إلى عواقب: إذا كان النطاق ضيقًا، فلن يكون المحول قادرًا على الحفاظ على الجهد في أسوأ الظروف، وإذا كان واسعًا جدًا، فسوف يعني ذلك ضرورة تكبد نفقات إضافية على OLTC أو لفائفه التنظيمية.

فهم تصنيفات التيار الحالي وجهد الخطوة

The through current has to cover the highest continuous current of the transformer plus the overload factor, if applicable, such that for a 20% overload contract the OLTC rating will also have to reflect this. In other words, the step voltage is just as important since high step voltage means much more stress on the diverter than high current with low step voltage; this is verified by the vendor during the switching capacity test.

To help you visualize the relationship, we provide you with the following sizing reference related to the transformer you are specifying.

After establishing the ratings, it is essential for the specification to delineate all the requirements using detailed language. At the very least, the RFQ must specify the following items in the clear manner:

• Tap range and steps: must be specified clearly, e.g., ±8×1.25% (17 steps) at the HV winding.
• The rated through-current: what is the maximum continuous current, including overload operation.
• Step voltage: maximum voltage between the taps.
• Type: either a resistor or a vacuum type, turret mount design (head type) or an in-tank unit.
• Motor drive: voltage (110/220 DC or AC), torque limitations, local or remote operation, and AVR interface.
• Monitoring: position display, working hours counter, oil level, and pressure monitoring of OLTC space.
• Standards and type tests: type tests as per IEC 60214-1, plus IEEE C57.131 if the project is based in the North Americas.
• Spares and services: spares and services available from the manufacturers.

There are two most important specification points that are frequently ignored. First, the overload basis, which states that the OLTC should be rated for the transformer’s overload capacity and not only for the rated continuous capacity. Second, the AVR interface and communication protocol, which shows whether the tap changer can become part of the systems of substation automation or will operate on an isolated manual basis.

OLTC by Transformer Size and Duty

• Transformers of lesser power (less than 5 MVA): Oil immersing or oil circulating transformer(OLTC) thus dies not make use of OLTC; on-circuit tapping is done supplemented by regulation at upstream regulators.
• Transformers at the substation level (5 to 60 MVA): The power range for the installation of OLTC; direct caused system based regulators are used along with standard tentative impacts on the regulated bus.
• Step up generator transformers; The OELTC option is rare; regulation being done on the generator or grid level depending on the generating capacity of the generators.
• Transformers at the industrial level (10 to 50 MVA): The OLTC option is also available at this level; however vacuum type of OLTC is chosen where changes in operation are frequent.
• Furnace transformers and rectifier transformers; there is high frequency of tapping operation thus vacuum type of OLTC desired for the operation.

Brands and Price Comparison

as MR technology or licensed designs are being used by almost all leading transformers around the world. The VACUTAP series of vacuum tap changers is the one that set the standard for maintenance-free operation. ABB, Siemens, and Hitachi Energy offer their own or partner OLTC technology. The OLTC is usually a named item in the transformer contract and the choice depends on capabilities of the transformer manufacturer and maintenance philosophy of the project. Jiangsu Subian Electric Power is among the manufacturers that install tested OLTCs in their transformers, including the vacuum type for frequent switching. Instead of getting a product that comes with an additional OLTC attached, the buyer gets turn-key assembly covering turret, drive, and AVR as one complete system. Due to the efficient production and pricing policy of Subian, the price range of OLTC transformers is about 40-60% lower as compared to similar offerings of European manufacturers. However, regardless of the brand you choose, always indicate OLTC type in the contract and check the type test certificate.

Step-by-Step Selection Procedure

• Assess whether an OLTC is necessary. If the source and load are stable, you may only need manual taps, but in the case of a power transformer, automatic regulation is almost always required.
• Determine the tap step size and range according to the internal regulation of the transformer and the voltage fluctuations.
• Determine the current capacity based on the maximum current available during continuous operation with overloads.
• Double-check the step voltage with the tap-to-tap voltage of the regulating winding.
• Decide whether to use resistors or vacuum based on the budget, domain of application and switching frequency.
• Identify if turret or head mounting is needed and decide about the motor drive, ensuring it bears the correct voltage and controls.
• List the monitoring requirements and the requirements for the integration of the automatic voltage regulator including the position, counter, oil level, and communication protocols.
• Ensure that the certificate of the type-test and process test in accordance with IEC 60214-1 is available, and include the designation of the OLTC in the contract.

Operation, Monitoring, and Maintenance

The need for OLTC servicing is mostly influenced by the kind of OLTC and how often it switches on and off. Recommendations include:

• Track how many times the OLTC has been operated each month. An OLTC used in association with a power transformer may make 1,000-10,000 switches a year; therefore, maintenance intervals should be calculated based on the operating count, rather than based on numbers of years.
• In resistor OLTCs, diverter installation oil should be considered separately from the oil in the main tank, as it gets carbonized during the switching operation and degrades much faster; filter or replace it as per interval specified by the manufacturer (~100,000 switches).
• In vacuum OLTCs, no contamination occurs during operation; hence, intervals may be much longer (~300,000 switches); still, the mechanism and the drive should be checked at every major trip.
• The torque of the motor drive, the position of the AVR relay switch, and the position of the position indicator should be verified every year.
• Monitor temperatures and pressures of the diverter oil; a jump in temperature indicates a fault in the contacts or an abnormal switching process.
• Logging the operation counter is most cost-effective since it changes “make maintenance every five to seven years” into “make maintenance every 100,000 operations,” which means a considerable difference for a busy transformer.

Maintenance required by different designs is drastically different. The two main types of OLTC should be compared based on your expenditures.

الأسئلة المتكررة

How much does an on-load tap changer cost?

What tap range should I specify for my main transformer?

What is the difference between a resistor and a vacuum on-load tap changer?

How often does an OLTC need maintenance?

Can I retrofit an on-load tap changer to an existing transformer?

Rarely and rarely economically. The regulating winding, turret mounting, tank clearances, and cooling must all suit the OLTC, and most fixed-tap transformers were never designed for one. If you need continuous regulation on an existing unit, consider a separate voltage-regulating transformer or a series voltage regulator instead. Otherwise, specify the OLTC at the design stage.

المراجع

• IEC 60214-1 — Tap-Changers, Performance Requirements and Test Methods — The core OLTC standard covering type tests and ratings.
• IEC 60214-2 — Tap-Changers, Application Guide — Selection guidance for ranges, steps, and ratings.
• IEEE C57.131 — Requirements for Load Tap Changers — North American OLTC standard.
• MR Reinhausen — Tap Changer Portal — The leading OLTC manufacturer’s VACUTAP/OILTAP documentation and life-cycle data.
• IEC 60076-1 — Power Transformers, General Requirements — Transformer-level context for tap changer integration and testing.
• ABB Transformers — Reference for transformer and tap changer integration.

الخاتمة

Choosing the on-load tap changer for a major transformer is a process that is based on the facts. The variation of voltage and the regulation of transformer determine the range, while transformer’s current and switching capability determine the output. As long as everything is done correctly, the OLTC will perform its functions for many years.

• Calculate the tap range using the actual voltage values and the internal regulation.
• Rate the OLTC according to the overload performance, not just the rating on the plate.
• Opt for vacuum type when frequent switching is involved and there is no man.
• Follow the performance records, log the counter and hold the certificate of the type test attached to the contract.