Инженер проекта, отвечающий за коммунальное предприятие, формулирует спецификации для главного силового трансформатора мощностью 40 МВА с напряжением 132/33 кВ, который может регулировать распределительный шина 33 кВ для всего региона. Процесс проектирования трансформатора почти завершен, но на одном из пунктов на проведенных встречах были подняты вопросы: это касается устройства с переключением под нагрузкой, по которому возникло много вопросов. Оценки различных производителей были подготовлены с технической точки зрения, но их стоимость может отличаться на 30%, интервалы обслуживания различаются в 3 раза, а сервисные метрики по различным конструкциям недоступны в технических паспортах. Инженер понимает, что использование устройства с переключением под нагрузкой критично для стоимости эксплуатации трансформатора в течение 30 лет.
Цель этой статьи — предоставить информацию о выборе устройств с переключением под нагрузкой для главного силового трансформатора, которые будут включать диапазон переключения, размер шага, номиналы тока и напряжения на шаг, различия между резистивными и вакуумными типами, их стоимость и спецификации, которые необходимо отправить поставщикам.
Ответ: Устройство с переключением под нагрузкой используется для регулировки переключения на обмотке трансформатора, когда он находится под нагрузкой, чтобы регулировать напряжение без прерывания подачи. Для блока мощностью 10 МВА – 60 МВА возможные диапазоны настройки, соответственно, составляют около ± 8 × 1.25% или ± 6 × 2.5%. Устройство OLTC рассчитано на тот же проходящий ток, что и максимальный непрерывный рейтинг трансформатора, и имеет шаговое напряжение, равное напряжению обмотки.
Что такое устройство с переключением под нагрузкой?
Устройство с переключением под нагрузкой (OLTC) — это моторизованное устройство, которое находится в силовых трансформаторах и изменяет соединения переключения регулировочной катушки, пока энергия используется. Это делается путем увеличения или уменьшения переключений, тем самым изменяя коэффициент трансформации и выходное напряжение, что указывает на то, что OLTC играет жизненно важную роль в процессе непрерывного регулирования напряжения при изменяющихся условиях нагрузки и источника.
Будучи устройством, которое постоянно выполняет любые операции, пока протекает ток, OLTC является прецизионным инструментом, что означает, что переключение должно выполняться при определенных условиях, в то время как процесс переключения должен происходить тысячи раз, прежде чем OLTC может износиться.
Почему главному трансформатору это необходимо
Трансформаторы устанавливаются между системой передачи и распределительной системой. Оба конца трансформатора могут испытывать колебания нагрузки в течение дня, так как спрос может изменяться, а также напряжение передачи, которое изменяется в зависимости от конфигурации сети. Например, когда рассматриваемый трансформатор имеет мощность 40 МВА, падение импеданса может составлять от 6 до 12%. Поэтому, когда речь идет о полной нагрузке или без нагрузки, регулирование может повлиять на падение напряжения на несколько процентов самого трансформатора. Более того, существует риск, что шина 33 кВ может упасть на 5-8% ниже нормального напряжения, что согласно местным нормам неприемлемо.
Для поддержания необходимых колебаний напряжения в допустимых пределах, OLTC обычно комбинируется с автоматическим регулятором напряжения (AVR).
Как OLTC переключается без прерывания
OLTC разработан в два этапа. Селектор механически находит новую точку подключения с уже подключенными обмотками через активный отвод. Таким образом, операция селектора считается происходящей при нулевом значении тока. После этого наступает время переключателя отклонения, который соответственно перемещает ток с основного отвода на новый отвод. Переходный импеданс размещается между селектором и переключателем отклонения, так что текущий ток никогда не прерывается.
Конструкция резисторного отклонителя работает таким образом, что ток проходит через один или два переходных резистора, которые размещены между ними. Значение сопротивления выбирается таким образом, чтобы ток был ограничен до минимального значения в процессе.
Резисторный OLTC против вакуумного OLTC против реакторного OLTC
| Характеристика | Резисторный тип OLTC | Вакуумный тип OLTC | Реакторный тип OLTC (устаревший) |
|---|---|---|---|
| Гашение дуги | В масле, с переходными резисторами | В вакуумном выключателе | С переходным реактором |
| Уровень загрязнения масла | Высокий; масло карбонизируется при переключении | Очень низкий; масло остается чистым | Низкий-средний |
| Интервал обслуживания | ~100,000 операций | ~300,000 операций | Варируется; в значительной степени устаревший |
| Начальная стоимость | $3,000-$18,000 | $5,000-$30,000 | Редкий; несколько поставщиков |
| Лучше всего подходит для | Распределительных и средне мощных, бюджетных проектов | Энергетические трансформаторы, частая работа, необслуживаемые площадки | Исторические конструкции |
Когда речь идет о новых главных трансформаторах, обычно можно выбрать между резисторными или вакуумными вариантами. Резисторный вариант используется уже долгое время и имеет наименьшую начальную стоимость. Вакуумный тип, однако, стоит дороже в начале из-за более длительных интервалов обслуживания и меньших требований к замене масла, что может быть важным фактором в случае необслуживаемых подстанций, где замена масла требует выезда на место и простоя.
Выбор диапазона отводов и размера шага
Диапазон отводов — это расчет управления напряжением. Процесс состоит из нескольких этапов:
- Возьмите фактическое колебание напряжения. Измерьте напряжение первичной стороны и напряжение шины в состоянии полной нагрузки; оно может варьироваться на ±3-8% в реальной сети между легкими и полными нагрузочными условиями.
- Добавьте падение импеданса трансформатора. При полной мощности регулирование трансформаторов мощностью 10-40 МВА достигает 4-8%, и отводы должны учитывать как изменение источника, так и внутреннее падение.
- Определите размер шага. Обычно для крупных трансформаторов с правильным регулированием используются шаги 1.25%, в то время как меньшие трансформаторы работают с шагами 2.5%.
- Установите диапазон. Диапазон отводов ±8×1.25% дает ±10% в 16 шагах, в то время как диапазон отводов ±6×2.5% генерирует ±15%, используя 12 шагов. Для большинства трансформаторов в диапазоне от 10 МВА до 60 МВА первый диапазон выбирается в качестве стандарта.
- Подумайте о AVR, который обеспечивает напряжение шины с помощью реле за один шаг с временной задержкой, позволяя избежать охоты, и количество шагов должно соответствовать указанным требованиям.
В заключение, неправильные оценки могут привести к последствиям: если диапазон узкий, трансформатор не сможет удерживать напряжение в худших условиях, а если он слишком широкий, это будет означать необходимость дополнительных расходов на OLTC или его регулирующую обмотку.
Понимание текущих и шаговых напряжений
| Рейтинг | Значение | Типичные значения для 10-60 МВА |
|---|---|---|
| Номинальный ток | Максимальный непрерывный ток, который переносит OLTC | 300-1,250 A (по номиналу трансформатора) |
| Номинальное шаговое напряжение | Напряжение между соседними отводами | 500-3,000 В на шаг |
| Номинальная переключающая способность | Произведение тока × напряжение шага, которое может выдержать переключатель | До ~1,000 кВА на переключающий шаг |
| Рабочие циклы | Проектный срок службы в операциях | 100,000-300,000+ |
| Стандарты | Основание для проектирования и типового испытания | IEC 60214-1/-2, IEEE C57.131 |
Протекающий ток должен покрывать максимальный непрерывный ток трансформатора плюс коэффициент перегрузки, если это применимо, так что для контракта перегрузки 20% рейтинг OLTC также должен это отражать. Другими словами, напряжение шага так же важно, поскольку высокое напряжение шага означает гораздо большее напряжение на переключателе, чем высокий ток с низким напряжением шага; это подтверждается поставщиком во время испытания переключающей способности.
Чтобы помочь вам визуализировать взаимосвязь, мы предоставляем вам следующую справочную информацию по размеру, связанной с трансформатором, который вы указываете.
| Рейтинг трансформатора | Высокое напряжение | Максимальный непрерывный ток | Типичный рейтинг OLTC | Ценовой диапазон OLTC |
|---|---|---|---|---|
| 10 МВА | 66 кВ | ~88 А | 100 А, шаг 500-800 В | $4,000-$12,000 |
| 20 МВА | 110 кВ | ~105 А | 125 А, шаг 800-1,200 В | $6,000-$16,000 |
| 40 МВА | 132 кВ | ~175 А | 200 А, шаг 1,200-1,800 В | $8,000-$22,000 |
| 60 МВА | 220 кВ | ~157 А | 200 А, шаг 1,500-2,500 В | $12,000-$30,000 |
После установления рейтингов важно, чтобы спецификация четко определяла все требования с использованием детализированного языка. По крайней мере, запрос на предложение должен четко указывать следующие пункты:
- Диапазон отводов и шаги: должны быть четко указаны, например, ±8×1.25% (17 шагов) на высоковольтной обмотке.
- Номинальный протекающий ток: каков максимальный непрерывный ток, включая работу в перегрузке.
- Напряжение шага: максимальное напряжение между отводами.
- Тип: либо резистор, либо вакуумный тип, конструкция с установкой на башне (головной тип) или единица в баке.
- Привод: напряжение (110/220 DC или AC), ограничения по крутящему моменту, местная или удаленная работа и интерфейс AVR.
- Мониторинг: дисплей положения, счетчик рабочих часов, уровень масла и мониторинг давления в пространстве OLTC.
- Стандарты и типовые испытания: типовые испытания в соответствии с IEC 60214-1, плюс IEEE C57.131, если проект основан в Северной Америке.
- Запасные части и услуги: запасные части и услуги, доступные от производителей.
Существует два самых важных пункта спецификации, которые часто игнорируются. Во-первых, основа перегрузки, которая гласит, что OLTC должен быть рассчитан на перегрузочную способность трансформатора, а не только на номинальную непрерывную способность. Во-вторых, интерфейс AVR и протокол связи, который показывает, может ли переключатель отводов стать частью систем автоматизации подстанции или будет работать на изолированной ручной основе.
OLTC по размеру трансформатора и назначению
- Трансформаторы меньшей мощности (менее 5 МВА): масляные погружаемые или масляные циркулирующие трансформаторы (OLTC) таким образом не используют OLTC; отводы на цепи выполняются с дополнением регулирования на вышестоящих регуляторах.
- Трансформаторы на уровне подстанции (5 до 60 МВА): диапазон мощности для установки OLTC; используются регуляторы, основанные на прямом воздействии системы, вместе с стандартными временными воздействиями на регулируемую шину.
- Трансформаторы повышающего генератора; Опция OELTC редка; регулирование осуществляется на уровне генератора или сети в зависимости от мощности генераторов.
- Трансформаторы на промышленном уровне (10 до 50 МВА): Опция OLTC также доступна на этом уровне; однако выбирается вакуумный тип OLTC, когда изменения в работе происходят часто.
- Трансформаторы для печей и выпрямительные трансформаторы; высокая частота операций переключения, поэтому для работы требуется вакуумный тип OLTC.
Сравнение брендов и цен
| Бренд | Происхождение | Продукты OLTC | Приблизительный диапазон цен |
|---|---|---|---|
| МР Рейнхаузен | Германия | Серия резисторов VACUTAP и OILTAP — глобальная referência | $6,000-$35,000 |
| ABB | Швейцария/Швеция | Полные пакеты трансформаторов + OLTC | $5,000-$30,000 |
| Сименс | Германия | OLTC для крупных силовых трансформаторов | $6,000-$32,000 |
| Hitachi Energy | Швейцария | Переключение отводов силового трансформатора | $7,000-$35,000 |
| Schneider Electric | Франция | Переключатели отводов класса распределения | $3,000-$15,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power (интегрированный) | Китай | Трансформаторы с проверенными OLTC, согласованными с IEC 60214 | $4,000-$15,000 (как опция трансформатора) |
так как технологии MR или лицензированные конструкции используются почти всеми ведущими трансформаторами по всему миру. Серия вакуумных переключателей VACUTAP установила стандарт для безобслуживаемой работы. ABB, Siemens и Hitachi Energy предлагают свои собственные или партнерские технологии OLTC. OLTC обычно является именованным элементом в контракте на трансформатор, и выбор зависит от возможностей производителя трансформаторов и философии обслуживания проекта. Jiangsu Subian Electric Power входит в число производителей, которые устанавливают проверенные OLTC в своих трансформаторах, включая вакуумный тип для частого переключения. Вместо того чтобы получать продукт с дополнительным прикрепленным OLTC, покупатель получает сборку под ключ, охватывающую башню, привод и AVR как одну полную систему. Благодаря эффективной производственной и ценовой политике Subian, диапазон цен трансформаторов OLTC примерно на 40-60% ниже по сравнению с аналогичными предложениями европейских производителей. Однако, независимо от выбранного бренда, всегда указывайте тип OLTC в контракте и проверяйте сертификат типового испытания.
Пошаговая процедура выбора
- Оцените, необходим ли OLTC. Если источник и нагрузка стабильны, вам могут понадобиться только ручные отводы, но в случае силового трансформатора автоматическое регулирование почти всегда требуется.
- Определите размер и диапазон шагов отводов в соответствии с внутренним регулированием трансформатора и колебаниями напряжения.
- Определите токовую емкость на основе максимального тока, доступного во время непрерывной работы с перегрузками.
- Дважды проверьте шаговое напряжение с напряжением отвод-отвод регулирующей обмотки.
- Решите, использовать ли резисторы или вакуум в зависимости от бюджета, области применения и частоты переключения.
- Определите, требуется ли установка на башне или головке, и решите по поводу моторного привода, убедившись, что он выдерживает правильное напряжение и управление.
- Перечислите требования к мониторингу и требования к интеграции автоматического регулятора напряжения, включая положение, счетчик, уровень масла и коммуникационные протоколы.
- Убедитесь, что сертификат типового испытания и процессного испытания в соответствии с IEC 60214-1 доступен, и включите обозначение OLTC в контракт.
Эксплуатация, мониторинг и обслуживание
Необходимость обслуживания OLTC в основном зависит от типа OLTC и того, как часто он включается и выключается. Рекомендации включают:
- Отслеживайте, сколько раз OLTC работал каждый месяц. OLTC, используемый в сочетании с силовым трансформатором, может выполнять 1,000-10,000 переключений в год; поэтому интервалы обслуживания должны рассчитываться на основе количества операций, а не на основе количества лет.
- В резисторных OLTC масло для установки отклонителя следует рассматривать отдельно от масла в основном баке, так как оно карбонизируется во время переключения и деградирует гораздо быстрее; фильтруйте или заменяйте его в соответствии с интервалом, указанным производителем (~100,000 переключений).
- В вакуумных OLTC загрязнение не происходит во время работы; следовательно, интервалы могут быть гораздо длиннее (~300,000 переключений); тем не менее, механизм и привод должны проверяться при каждой крупной поездке.
- Крутящий момент привода мотора, положение реле AVR и положение индикатора положения должны проверяться каждый год.
- Контролируйте температуры и давления масла отклонителя; скачок температуры указывает на неисправность в контактах или аномальный процесс переключения.
- Ведение учета операций является наиболее экономически эффективным, так как оно изменяет “проводить обслуживание каждые пять-семь лет” на “проводить обслуживание каждые 100,000 операций”, что означает значительную разницу для загруженного трансформатора.
Обслуживание, требуемое различными конструкциями, значительно различается. Два основных типа OLTC следует сравнивать на основе ваших затрат.
| Элемент обслуживания | Резисторный тип OLTC | Вакуумный тип OLTC |
|---|---|---|
| Интервал замены масла отклонителя | ~100,000 операций | ~300,000 операций |
| Скорость карбонизации масла | Умеренная до высокой | Очень низкое |
| Интервал проверки контактов | При каждой замене масла | Каждую 2-3 замену масла |
| Обслуживание привода мотора | То же самое для обоих (ежегодная проверка) | То же самое для обоих |
| Оценочная стоимость обслуживания за 20 лет | $8,000-$20,000 | $4,000-$10,000 |
Часто задаваемые вопросы
Сколько стоит OLTC?
Какой диапазон переключения я должен указать для моего основного трансформатора?
В чем разница между резисторным и вакуумным OLTC?
Как часто требуется обслуживание OLTC?
Могу ли я установить переключатель под нагрузкой на существующий трансформатор?
Редко и редко экономически. Регулирующая обмотка, установка на башне, зазоры в баке и охлаждение должны соответствовать OLTC, и большинство трансформаторов с фиксированным отводом никогда не были спроектированы для этого. Если вам нужна непрерывная регулировка на существующем устройстве, рассмотрите возможность использования отдельного трансформатора регулирования напряжения или серийного регулятора напряжения. В противном случае укажите OLTC на этапе проектирования.
Ссылки
- IEC 60214-1 — Переключатели отводов, требования к производительности и методы испытаний — Основной стандарт OLTC, охватывающий типовые испытания и рейтинги.
- IEC 60214-2 — Переключатели отводов, руководство по применению — Рекомендации по выбору диапазонов, шагов и рейтингов.
- IEEE C57.131 — Требования к переключателям отводов нагрузки — Североамериканский стандарт OLTC.
- MR Reinhausen — Портал переключателей отводов — Документация и данные о жизненном цикле ведущего производителя OLTC VACUTAP/OILTAP.
- IEC 60076-1 — Силовые трансформаторы, общие требования — Контекст на уровне трансформатора для интеграции и испытаний переключателей отводов.
- Трансформаторы ABB — Справочник по интеграции трансформаторов и переключателей отводов.
Заключение
Выбор переключателя отводов под нагрузкой для основного трансформатора — это процесс, основанный на фактах. Изменение напряжения и регулирование трансформатора определяют диапазон, в то время как ток трансформатора и возможности переключения определяют выход. При правильном выполнении всех операций OLTC будет выполнять свои функции в течение многих лет.
- Рассчитайте диапазон отводов, используя фактические значения напряжения и внутреннее регулирование.
- Оцените OLTC в соответствии с производительностью при перегрузке, а не только по рейтингу на табличке.
- Выбирайте вакуумный тип, когда требуется частое переключение и нет человека.
- Следите за записями производительности, фиксируйте счетчик и храните сертификат типового испытания, приложенный к контракту.