Автоматика регулирования напряжения на шинах тяговой подстанции

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 4
1 Анализ режимов работы тяговой сети 2х25кВ по напряжению 6
2 Режимы работы тяговой подстанции с однофазными трансформаторами системы 2х25кВ 16
3 Устройство РПН однофазных силовых трансформаторов системы 2х25кВ 29
4 Устройство автоматики РПН однофазных силовых трансформаторов системы 2х25кВ 41
5 Совершенствование автоматики РПН тяговой подстанции и АТП системы 2х25кВ 49
6 Вопросы охраны труда 61
7 Технико-экономический расчет 71
7.1 Резюме проекта 71
7.2 Формирование сметной стоимости работ по созданию проекта 72
7.3 Текущие затраты 75
7.4 Оценка экономической целесообразности проекта 76
Заключение 80
Список используемых источников 81
Приложение А 83
Приложение Б 88
Приложение В 115

Известны диодно-контактные устройства РПН, в которых дуга на контактах контактора не исключается, но условия ее гашения значительно облегчены (для всех контактов или для части их) благодаря включению полупроводниковых диодов параллельно или последовательно контактам. Основные схемы контакторов этого типа подобны схемам обычных резисторных устойств РПН. Назначение диодов в этих схемах - ограничить время горения дуги при больших токах и тем самым снизить электроизнос.Пример схемы диодно-контактного контактора устройства РПН приведен на рис. Б.2, а. В схеме имеются два токоограничивающих резистора, восемь пар контактов и один диод. Порядок переключения контактов следующий. Сначала размыкаются контакты 1 и 2, диод и замкнутый контакт 6 шунтируют разомкнутый контакт 2. В полупериод его проводимости дуга в контакте 2 гаснет, а в следующий полупериод диод запирается при нулевом токе и дуга на разомкнутом контакте 1 не возобновляется. После замыкания контактов 3 и 4 диод шунтирует контакт 6, обеспечивая, аналогично предыдущему, погасание дуги на контактах 5 и 6. После замыкания контактов 7 и 8 переключение заканчивается. При переключении в другом направлении диод способствует гашению дуги на контактах 3, 4, 7, 8.Применение тиристоров позволяет полностью избавиться от дуги в контакторах. Тиристорно-контактные резисторные устройства РПН подобны по своим схемам обычным резисторным устройствам РПН, тиристоры заменяют в них контакты дугогасительных камер. Пример такой схемы приведен на рис. Б.2, б.абРис. Б.2. Пример схемы диодно-контактного контактора устройства РПНВ исходном положении, соответствующем выбору ответвления 1, контакты занимают положение, показанное на рисунке. Сначала контакт 2 переходит из положения 3 в положение 4, при этом через резистор 5 начинает протекать циркулирующий ток. Блокировочные контакты 6 и 7 переключаются из положения 8-9 в положение 10-11, и к тиристорам 12 подключается схема управления 13. Ток резистора проходит через трансформатор тока 14, возникает сигнал управления, отпирающий тиристоры 12, через которые начинает протекать ток после размыкания контакта 15. При этом возбуждается трансформатор тока 16, и через диод 17 подается сигнал на отпирание тиристора 18. Последний шунтирует выход схемы управления 13, тиристоры 12 запираются, и ток нагрузки протекает только через контакты 19, 20, 2, 4 и резистор 5. Размыкается контакт 21. После замыкания 22 и 23 переключение заканчивается. При обратном переключении ток отключается тиристорами 24 при включении вспомогательного тиристора 25, управляемого от трансформатора тока 26 через диод 27, а контакты 22 и 23 меняются ролями с контактами 21 и 15. В этой схеме, как и во многих других тиристорно-контактных схемах, имеются контакты, которые замыкаются под током, но размыкаются без тока и дуги не рвут. При замыкании возможно небольшое искрообразование, и контактор должен располагаться в масляном объеме, отдельном от трансформатора.Опытный образец тиристорно-контакторного устройства РПН с бездуговой коммутацией разработан во Всесоюзном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте трансформаторостроения (г. Запорожье) и испытан в условиях эксплуатации. Устройство предназначено для регулирования в нейтрали силовых трансформаторов 110 кВ большой мощности (до 120 мВ.А). При разработке к устройству предъявлены требования высокой надежности, обеспечивающей безаварийную работу в течении всего срока эксплуатации, и работоспособности при выходе из строя тиристорного блока. Устройство содержит один тиристорный блок переменного тока на фазу, подключаемый параллельно размыкающим контактам и прерывающий ток нагрузки после их размыкания. В рабочем состоянии схемы контакты 1, 2, 3, 9 и 10 замкнуты (контакт 3 может быть разомкнут). Ток нагрузки протекает через контакты 1, 9 контактора и контакт 5 избирателя. Блок тиристоров, состоящий из тиристоров 7, 8, зашунтирован контактами 1, 2 и защищен от воздействия перенапряжений и токов к.з. При переводе тока нагрузки с контакта 7 избирателя на контакт 8 на блок тиристоров подается отпирающий сигнал управления, затем размыкается контакт 1 и ток нагрузки начинает протекать через замкнутый контакт 2 и проводящий блок тиристоров. Затем снимается управляющий сигнал с блока тиристоров, вследствие чего он запирается при переходе тока через нулевое значение. Ток нагрузки протекает через контакт избирателя 7, замкнутые контакты 3, 10 и токоограничивающий резистор К. Далее размыкается контакт 9, замыкаются контакты 1, 11 и нагрузка подключается к контакту избирателя 8. Одновременно появляется циркулирующий ток, протекающий по цепи: 5-10-К-3-1-11-6.Токоограничение циркулирующего тока выполняется с помощью активного сопротивления К. Величина циркулирующего тока выбрана равной 1,3 номинального тока, благодаря чему снижена величина восстанавливающегося напряжения на блоке тиристоров в режиме перегрузки. Далее размыкается контакт 2, замыкается контакт 4 и подается управляющий сигнал на блок тиристоров. При размыкании контакта 3 циркулирующий ток начинает протекать через блок тиристоров. Снимается управляющий сигнал с блока тиристоров, он запирается при переходе тока через нулевое значение, после чего размыкается контакт 10, замыкается контакт 12, размыкается контакт 4, замыкаются контакты 2, 3. Устройство РПН готово к следующему переключению.Разработка таких схем потребовала проведения ряда работ по анализу условий работы тиристоров при многократных коммутационных операциях. В проведен анализ надежности различных последовательно-параллельных схем соединения тиристоров в тиристорных блоках устройств РПН и выбраны наиболее целесообразные схемы с учетом резервирования и возможного выхода из строя части тиристоров. Разработанные схемы позволяют получить срок службы контактора без смены контактов, равный сроку службы механической части устройств РПН (до 1 млн. переключений).Выполненные НИР и ОКР по диодно-контакторным и тиристорно-контакторным устройствам РПН показали, что они не имеют серьезных преимуществ перед устройствами РПН с вакуумным дугогашением. Существеными недостатками этих устройств являются низкая перегрузочная способность, особенно к импульсным перенапряжениям, плохая техническая совместимость полупроводниковых элементов с механическим приводом устойств РПН, значительное возрастание габаритов контактора и стоимости его изготовления. При общепринятом погружном исполнении устойств РПН полупроводниковые элементы должны находиться внутри контактора и сохранять работоспособность при изменении температуры масла от -20° С и ниже до +100° С. Это требует применения специальных конструкторских решений по их герметизации в баке трансформатора и создания своей системы охлаждения.Проблема создания устройств РПН с бездуговой коммутацией на базе мощных тиристорных ключей привлекает внимание большого количества ученых и инженеров. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по этой проблеме выполнялись головными предприятиями электротехнической промышленности: Московским электрозаводом, ПО "Уралэлектротяжмаш" (г. Екатеринбург), ПО "Трансформатор" (г. Запорожье), Всесоюзным электротехническим институтом, Всесоюзным институтом трансформаторостроения. Значительный объем НИР выполнен научными коллективами ВУЗов. Большое количество патентов получено ведущими в области РПН трансформаторного оборудования зарубежными фирмами.В соответствии с установившимися традициями рассмотрим по отдельности тиристорные переключающие устойства для узкодиапазонного и широкодиапазонного регулирования напряжения трансформаторного оборудования.Проблема повышения качества электроэнергии в электрических сетях 10-55 кВ является актуальной и для ее решения требуется, в первую очередь, создание быстродействующих автоматизированных устройств регулирования напряжения. Трансформаторы с электромеханическими контакторными устройствами РПН, с помощью которых решается в настоящее время эта задача, имеют существенные недостатки и не устраивают целый ряд потребителей. По их инициативе ведутся разработки новых устройств регулирования и стабилизации напряжения, среди которых наибольшее внимание привлекают бесконтактные тиристорные переключающие устройства (БТПУ) РПН трансформаторного оборудования. На основании опыта эксплуатации отдельных устройств можно выделить отрасли промышленности, перспективные для внедрения:- тяговые подстанции с трансформаторами 10, 55 кВ, обеспечивающие энергоснабжение контактной сети;- цеховые трансформаторные подстанции 10, 35 кВ, обеспечивающие энергоснабжение высокоавтоматизированных и специальных производств, требующих повышенного качества напряжения;- районные ТПЦ 10, 35 кВ, обеспечивающие энергоснабжение сельскохозяйственных и других потребителей отстоящих на значительных расстояниях от ТПЦ.Большой опыт эксплуатации трансформаторов с плавным бесконтактным регулированием получен при регулировании напряжения в контактной сети электрифицированного железнодорожного транспорта.Тяговые трансформаторы со встроенным ступенчатым устройством РПН в режиме автоматического поддержания требуемого уровня напряжения при изменениях нагрузки имеют большое число переключений, достигающее на грузонапряженных участках до 3000 в сутки. При ограничении быстродействия путем введения выдержки времени длительностью 1мин удается уменьшить число переключений до 50 - 240 в сутки, но и такая нагрузка вызывает значительные технико-экономические затраты на обслуживание и ремонты устройства РПН. Повреждение механических контакторов устройств РПН не только прекращает регулирование напряжения, но нередко приводит к выходу из строя тяговой подстанции.ПО "Уралэлектротяжмаш" совместно с научным коллективом УЭМИИТ разработаны и серийно освоены трансформаторные агрегаты мощностью 20000кВ-А на напряжение 10 и 35 кВ типов ТДРУ-20000/35 и ТДПУ-20000/10 с плавным регулированием напряжения в диапазоне 20%.Регулирование выполняется с помощью двух управляемых реакторов, включенных в ответвления первичной высоковольтной обмотки. Изменяя подмагничивание реакторов можно получать различные внешние характеристики трансформатора в пределах зоны регулирования. Применение тяговых трансформаторов с бесконтактным регулированием позволяет снизить удельный расход электроэнергии до 8 % и увеличить среднюю техническую скорость до 10 %.Существенными недостатками дроссельного регулирования являются большие затраты электротехнических материалов на изготовление управляемых реакторов (около 45% меди и 55% стали трансформатора), увеличение содержания высших гармонических в токах питающей и контакной сетях, снижение коэффициента мощности агрегата. Некоторое сокращение расхода активных материалов достигается при замене одного из управляемых реакторов на неуправляемый в усовершенствованных 12-пульсных преобразователях тяговых подстанций.Одной из важнейших технических задач является создание для централизованного РПН трансформаторов цеховых и районных подстанций трехфазных электрических сетей 0,4 - 35 кВ. Это обусловлено, во-первых, тем, что наибольший народнохозяйственный ущерб наносят именно в этих сетях отклонения напряжения от номинального значения (по экспертной оценке по стране этот ущерб превышает 25% от общего ущерба). Во-вторых, трансформаторы этих подстанций, как правило, снабжены только устройствами ПБВ. Связано это с тем, что использование существующих механических устройств РПН для каждого в отдельности трансформатора ЦТП приводит к существенному увеличению капитальных затрат, так как стоимость устройств РПН трансформаторов менее 10000 кВ А соизмерима, а иногда и превышает стоимость самих трансформаторов. В зависимости от этого изменяемое по величине и фазе напряжение на вторичной обмотке 6 ВТ 4 геометрически суммируется (или вычитается) с напряжением питающей сети. Это, в своюЭто приводит к изменению напряжения на первичных обмотках сетевого трансформатора, которые подключаются к зажимам А, В, С. Величина напряжения на выходах а, в, с для трехфазной нагрузки зависит от режимов работы ВТ. При выбранном количестве ТК, равном 18, возможны девять стационарных режимов работы БТПУ, которые различаются по напряжению на одинаковое значение.Блок защиты обеспечивает безаварийную работу БТПУ при перегрузках и внешних коротких замыканиях. При достижении током сетевой обмотки значения (3,5-4) номинального тока срабатывает датчик тока ДТ, при этом снимаются управляющие импульсы с БТ в ответвлениях, включается аварийный блок БТ9 до устранения аварии и повторного пуска БТПУ. Тиристоры БТ9 рассчитаны на протекание аварийного тока в течение 0,3 с, достаточного для срабатывания защитного автомата или предохранителя.Недостатками данного БТПУ являются:использование большого количества ТК при сравнительно малом числе ступеней регулирования (24 ключа, рассчитанных на рабочие перегрузки трансформатора, 6 усиленных ключей для коммутационных режимов, 6 ключей, рассчитанных на протекание аварийных токов к.з.;ненадежная система защиты от токов к.з. ступени с помощью предохранителей.В заключение, обобщая опыт отечественных и зарубежных разработок БТПУ трансформаторного оборудования классов напряжения 6 - 35 кВ и мощностью более 1000 кВ-А, следует отметить, что они не готовы для промышленного использования и требуются дальнейшие разработки по увеличению их надежности и сокращению стоимостных и весогабаритных показателей.Тиристорно-контактные переключающие устройства (ТКПУ) представляют собой рациональное сочетание отработанного в производстве и эксплуатации избирателя с приводным механизмом и тиристорного контактора, обеспечивающего бездуговое переключение регулировочных ответвлений трансформатора. ТКПУ имеют значительно лучшие технико-экономические показатели (стоимость изготовления, весогабаритные показатели и др.) по сравнению с рассмотренными выше БТПУ и приближаются по этим показателям к серийным контакторным устройствам РПН. Это дает возможность универсального их использования для регулирования как силовых трансформаторов общего назначения, так и для трансформаторов электротехнологических установок, в частности преобразовательных, печных и других.Перспективным направлением исследований и разработок ТКПУ для широкодиапазонного регулирования напряжения являются преобразовательные трансформаторы средней и большой мощностей (5 - 80) МВА класса напряжения 10 и 35 кВ. Основные серии данных трансформаторов обеспечивают питание мощных преобразовательных агрегатов электролизеров алюминия, цветных металлов и некоторых химических веществ (например, натрий, хлор). Серии электролизеров алюминия являются крупными потребителями электроэнергии постоянного тока с выпрямленным напряжением 300 - 850 В и токами 12,5 - 300 кА. Мощная серия электролизеров алюминия потребляет в год свыше 1 млрд. кВт ч электроэнергии, а повышение ее КПД на 10% сокращает потери электроэнергии более чем на 15 млн кВч в год.Электролизные установки предъявляют повышенные требования к устройствам регулирования электроэнергии, основным из которых являются следующие:Широкодиапазонное регулирование выпрямленного напряжения в режимах пуска и установившегося технологического режимов. В наиболее мощных электролизерах алюминия требуется глубина регулирования напряжения до 85 % от номинального значения, а в электролизерах цветных металлов (например, цинка) должно быть обеспечено регулирование от нулевого до номинального напряжения;Регулирование или стабилизация выпрямленного тока с достаточно высокой точностью. Электролизные установки алюминия допускают регулирование ступенями напряжения величиной 5% от номинального значения, но при увеличении точности регулирования тока до 1% повышается производительность, качество металла, коэффициент извлечения металла. Электролизеры цветных металлов и химических продуктов обычно требуют величину ступени регулирования не более 1-1.5%;Электромагнитная совместимость с системой электроснабжения. Мощные преобразовательные агрегаты электролизных установок являются источниками высших гармоник тока, которые обусловливают несинусоидальность кривой напряжения в системе электроснабжения и обмен реактивной мощностью с нею. К современным разработкам электрооборудования новых серий электролизеров алюминия предъявляются требования по обеспечению коэффициента несинусоидальности для сети 110 кВ и выше не более двух процентов, для сети 10 - 35 кВ - не более пяти процентов. При этом коэффициент мощности преобразовательных подстанций не должен быть ниже 0,98;Повышенная надежность электрооборудования. Процесс электролиза непрерывен и останов, например, мощной серии электролизеров алюминия связан с крупными убытками. Повышение уровня надежности обеспечивается как за счет использования функционального резервирования основных силовых элементов и блоков управления электрооборудования, так и горячего резерва преобразовательных трансформаторов и агрегатов. Горячее резервирование позволяет без ущерба вывести из эксплуатации один неисправный преобразовательный трансформатор (ПТ) и до двух-четырех преобразовательных агрегатов.Перечисленные требования достаточно противоречивы и приводят к различным схемным решениям в зависимости от функционального назначения преобразовательных агрегатов.Для мощных преобразовательных агрегатов электролиза алюминия широко используются ПТ серий ТДНП, ТЦНП, ТДЦНП, комплектуемые широкодиапазонными устройствами РПН с вакуумными дугогасительными камерами типов РНТА 35 / 1000В, РНОА 35 / 2000В. Регулирование напряжения в этих сериях производится ступенями около 5% от номинального значения, что не удовлетворяет современные требования технологии. Естественно, что уменьшение величины ступени регулирования вызывает практически пропорциональное увеличение суточного числа переключений устройства РПН и, соответственно сокращения его срока службы.Выполнение заданных требований по точности регулирования электролизных установок обеспечивается при использовании режима плавноступенчатого регулирования выходного напряжения. В широко применяемых в эксплуатации преобразовательных агрегатах электролизных установок типа ВАКВ, ВАКД, ВАКЭЛ режим плавноступенчатого регулирования обеспечивается за счет комбинированного управления контакторным устройством РПН преобразовательного трансформатора на стороне высокого напряжения и дроссельного регулирования выпрямительным агрегатом. Преобразовательный трансформатор (ПТ) имеет четыре расщепленных вентильных обмотки со схемами звезда и треугольник, с помощью которых образуется 12-фазная система выпрямления. К вентильным обмоткам подключаются выпрямительные блоки (ВБ), в плечах которых включены дроссели насыщения (ДН). Вентильные обмотки, соединенные по схеме треугольника имеют меньшие индуктивные сопротивления, чем обмотки, соединенные по схеме звезды, в связи с чем последовательно с ними включены уравнительные реакторы (УР). УР обеспечивают равномерное распределение тока между параллельно включенными вентильными блоками. Широкодиапазонное регулирование напряжения осуществляется с помощью встроенного ступенчатого устройства РПН. Сетевая обмотка имеет обмотку "грубого" регулирования и обычно девять ответвлений обмотки "тонкого" регулирования, что обеспечивает 19 ступеней регулирования с величиной напряжения ступени около 5% от номинального. Плавное регулирование или стабилизация выпрямленного тока в пределах 1 -2 ступеней РПН выполняется с помощью изменения тока управления. Точность стабилизации тока обычно задается 1% в пределах изменения тока (50-100%) и 2%-в пределах (30-50%). В процессе дроссельного регулирования происходит искажение потребляемого из сети тока и соответственно снижение коэффициента мощности агрегата. Перераспределение нагрузки между параллельно соединенными выпрямительными мостами обуславливает дополнительное снижение коэффициента мощности. При полностью насыщенных ДН величина коэффициента мощности составляет приблизительно 0,91 - 0,92, а в процессе регулирования снижается до величины 0,7 - 0,72, что вызывает значительное ухудшение электромагнитной совместимости агрегатов с системой электроснабжения.В связи с тем, что дроссели имеют значительные габаритные размеры и их производство требует большого количества электротехнической стали и меди, они не применяются в новых разработках.Способ комбинированного управления автоматизированными тиристорными преобразователями широко применяется и в электролизных установках цветных металлов. Преобразовательный трансформатор серии ТДНП имеет широкодиапазонное устройство РПН типа РНТА с 19 ступенями регулирования. Расщепленные вентильные обмотки с одинаковыми схемами соединения (звезда или треугольник) включаются параллельно, каждая группа обмоток питает соответствующую анодную и катодную секции управляемых выпрямителей УВ А, УВ К. Секции защищены от воздействия сетевых перенапряжений резисторно-емкостными устройствами УЗП.Секции могут быть реверсивного и нереверсивного исполнения, они образуют мостовые выпрямители, имеющие фазовый сдвиг 30о. При параллельном соединении фазосмещенных мостов с помощью дросселей Др1, Др2 обеспечивается их автономная работа и устраняется влияние напряжения небаланса, меняющее полярность через 30о. При этом снижаются коммутационные потери в тиристорах и повышается коэффициент мощности агрегата.Управление тиристорными выпрямителями выполняется в оптимальной зоне и согласовано с управлением привода устройства РПН. Зона оптимальных углов управления отсчитывается от точки естественной коммутации и соответствует двум ступеням напряжения устройства РПН. Если в процессе стабилизации тока угол управления больше или меньше соответственно верхней или нижней границы зоны, то производится автоматическое переключение устройства РПН на понижение или повышение напряжения. Автоматизированное комбинированное управление тиристорными преобразователями и устройством РПН позволяет в диапазоне регулирования до 80% поддерживать коэффициент мощности в пределах 0,82 - 0,92. Однако при таком управлении частота переключений возрастает в 3-5 раз и соответственно снижаются сроки замены вакуумных дугогасительных камер и ревизий механизма контактора.Таким образом, решение задачи повышения электрической износостойкости устройств РПН ПТ и обеспечение высокой точности регулирования выпрямленного напряжения и тока при широкодиапазонном регулировании позволяют повысить эффективность мощных электротехнологических установок, имеющих важное народнохозяйственное значение.Основные технические требования, предъявляемые при разработке ТКПУ, следующие:выполнение бездуговой коммутации ответвлений регулировочной обмотки трансформатора за счет исключения контактора и увеличение электроресурса до уровня износостойкости контактов избирателя (не менее 1 млн. переключений);обеспечение точности регулирования выпрямленного напряжения до 1 - 1,5 % от номинального значения при минимальном искажении регулируемого напряжения и потребляемого из сети тока;повышение быстродействия регулирования (по крайней мере в пределах одной - двух ступеней регулирования) для компенсации анодных эффектов в электролизерах;увеличение числа ступеней регулирования при минимальном количестве регулировочных отводов трансформатора;весогабаритные показатели и стоимость ТКПУ не должны значительно отличаться от аналогичных показателей серийных устройств РПН контакторного типа с вакуумными дугогасительными камерами.Следует отметить, что требования к ТКПУ РПН силовых трансформаторов практически не отличаются от перечисленных, только в части выбора способа регулирования напряжения предпочтение отдается ступенчатому регулированию.На основании проведенных патентных исследований были определены наиболее перспективные направления разработок ТКПУ с учетом промышленного опыта по регулированию преобразовательных трансформаторов по принципу разработок ТКПУ, включающая три основных отличительных признака:построение силовой схемы ТКПУ;способ управления тиристорными ключами;способ организации коммутации тиристорных ключей.По технико-экономическим показателям наиболее эффективной является классическая схема силовой части ТКПУ, в которой ТК включены в ответвления регулировочной обмотки трансформатора. Другим немаловажным достоинством этой схемы является возможность ее применения для серийных трансформаторов с устройствами РПН без серьезных конструктивных изменений последних.Известными недостатками схемы являются наличие на ТК высокого потенциала регулировочной обмотки и воздействие на них импульсных перенапряжений сети. Это затрудняет использование схемы при напряжениях сети более 35 кВ и требует разработки быстродействующих высоковольтных устройств защиты ТК от перенапряжений или ограничения перенапряжений в питающей сети. Изоляция цепей управления тиристоров от высоковольтной силовой цепи решается применением двойной трансформации управляющих сигналов или использованием высоковольтных импульсных трансформаторов. В отличие от силовых трансформаторов общего назначения, для преобразовательных трансформаторов электротехнологических установок проблема защиты от перенапряжений значительно упрощается за счет разделения шин 10 - 35 кВ и питающей сети головным трансформатором.Исключение режима работы ТК с высоким потенциалом достигается за счет применения вольтодобавочных трансформаторов, включаемых в ответвления регулировочной обмотки или в нейтраль трансформатора. На рис. Б.3 приведена упрощенная схема одной фазы такого ТКПУ.Рис. Б.3. Схема одной фазы ТКПУ с ВДТТрехфазный трансформатор 1 имеет сетевую обмотку высокого напряжения 2, регулировочную обмотку с отводами 4-7, обмотку низкого напряжения 8, питающую нагрузку, дополнительную низковольтную обмотку 22 для питания ВТ 13, 1Б. Отводы регулировочной обмотки трансформатора переключаются контактами 9, 10 избирателя, которые соединены с зажимами соответствующих вторичных обмоток 11, 12 ВТ 13, 1Б. Первичные обмотки ВТ 15, 16 через ТК17, ТК18 и вспомогательный переключатель на три положения 22 подсоединяются к дополнительной обмотке 22 трансформатора, а ТК17, ТК18 - шунтируют эти обмотки.В исходном состоянии один из ВТ работает в режиме "закоротка" (его первичная обмотка отключена от сети и зашунтирована ТК), другой ВТ работает в режиме "противо - ЭДС " (его первичная обмотка подключена ТК к сети, а напряжение вторичной обмотки равно по величине и противоположно по фазе напряжению регулировочной ступени). Сетевой ток трансформатора делится поровну между отводами 4 и 5, в связи с чем токовая нагрузка контактной системы избирателя уменьшается вдвое. При переключении отводов один из ВТ переводится в режим "холостой ход" (его первичная обмотка отключается ТК от сети) и циркулирующий ток ограничивается его намагничивающим сопротивлением. При изменении направления переключения контактов избирателя необходимо соответственно изменять фазу напряжения на первичных обмотках ВТ с помощью переключателя 22 .ТКПУ данного типа имеют из-за применения двух ВТ большие весогабаритные характеристики, значительно превосходящие характеристики устройств РПН контакторного типа, и их применение невозможно без серьезных переделок конструкции трансформатора. Кроме того, недостатками их являются также вдвое большее количество ТК, сложные алгоритмы управления, отсутствие токоограничивающих элементов, наличие дополнительного переключателя в силовой цепи. Использование ТКПУ данного типа, по- видимому, возможно в трансформаторах с классами напряжения более 35 кВ, однако отсутствие опыта испытаний и промышленной эксплуатации не дает возможности оценить их работоспособность при достаточно больших мощностях.В заключение анализа построения силовой схемы ТКПУ следует отметить, что схемотехнические решения в этой части достаточно традиционны и в последние годы большинство патентов защищает приоритеты по способам и системам управления ТКПУ. В дальнейшем ограничимся рассмотрением наиболее перспективной схемы ТКПУ, содержащей ТК в регулировочных ответвлениях трансформатора.Тиристорные ключи в ТКПУ выполняют две основные функции: регулирование выходного напряжения трансформатора и обеспечение бездуговой коммутации контактов избирателя. Характер регулирования выходных параметров трансформатора определяется способом управления ТК. При дискретном управлении ТК выходное напряжение изменяется ступенчато, а погрешность регулирования не превышает половины напряжения ступени регулирования. Как отмечалось при анализе БТПУ, этот способ не вызывает искажений регулируемых параметров и применяется для силовых трансформаторов общего назначения и для преобразовательных трансформаторов, в частности электролизных установок алюминия.При импульсно-фазовом управлении ТК обеспечивается плавно-ступенчатое регулирование выходного напряжения, которое характеризуется искажениями регулируемых параметров и потребляемого из сети тока. Применение такого регулирования оправдано по условиям технологии в преобразовательных агрегатах при необходимости обеспечения высокой точности регулирования параметров электроэнергии. Вместе с тем, плавноступенчатое регулирование характеризуется значительно более напряженными электромагнитными режимами трансформатора и ТК, существенно возрастает и число переключений контактов избирателя.При разработке ТКПУ РПН достаточно мощных трансформаторов большое внимание уделяется обеспечению надежной коммутации ТК и защите их от коммутационных и аварийных токов. При переключении регулировочных ответвлений ТК коммутируют в положении "моста" циркулирующий ток к. з. ступени, который ввиду ее малого сопротивления может в 8 - 10 раз превышать ток установившегося внешнего к.з. ТК имеют более низкую перегрузочную способность по току по сравнению с обмотками трансформатора, особенно при кратковременных коммутационных перегрузках. Поэтому токоограничивающие элементы ТКПУ определяются на основании расчетов перегрузочных и аварийных режимов ТК.Способы защиты ТК от аварийных токовых перегрузок достаточно ограничены. Например, в ТТРН небольшой мощности защита ТК от токов к.з. выполняется посредством снятия управляющих импульсов, использованием резистивного ограничителя токов, устанавливаемого в контуре коммутации, с помощью быстродействующих автоматических выключателей в питающей сети. В ТПУ РПН высоковольтных трансформаторов, помимо перечисленных средств, рекомендуется применение устройств принудительной коммутации ТК, специальных предохранителей, токоограничивающих индуктивностей различного исполнения. Анализ показывает, что для выбранной силовой схемы ТКПУ наиболее целесообразно использование токоограничивающего реактора со взаимоиндуктивной связью обмоток, применяемого для аналогичных целей в реакторных устройствах РПН трансформаторов.Надежное переключение ответвлений регулировочной обмотки ТК должно быть обеспечено в режимах холостого хода и при нагрузке. Выпрямительная нагрузка имеет особенности в том, что форма тока отличается от синусоидальной, зависит от схемы соединения выпрямительного агрегата и преобразовательного трансформатора. Влияние на форму тока оказывает величина противоЭ.Д.С. электролизеров, достигающая 70% от номинального напряжения. При этом в коммутационных режимах преобразователя возникают бестоковые паузы, в течение которых через ТК протекают токи в десятки раз меньше нагрузочной составляющей. Известно несколько способов переключения ответвлений обмотки трансформатора с помощью ТК, которые можно классифицировать по двум основным признакам. В первом способе коммутация выполняется с кратковременным разрывом цепи, т.е. после снятия управляющих импульсов с отключаемого ключа и перехода его тока через нулевое значение подача управляющих импульсов на включаемый ключ задерживается на время, необходимое для восстановления запирающих свойств тиристоров. В ТКПУ этот способ неприемлем, так как восстанавливающееся напряжение на включаемых тиристорах равно полному напряжению сети и в десятки раз превышает напряжение регулировочной ступени, на которое рассчитываются ключи. По второму способу запирание отключаемого тиристора производится циркулирующим током к. з. ступени, величина которого уменьшается токоограничивающим активным или реактивным сопротивлением. Величина циркулирующего тока сильно зависит от момента коммутации. Наиболее оптимальная коммутация переключения тиристоров при выпрямительной нагрузке имеет место при осуществлении ее в зонах 10 - 20 мс, расположенных перед переходами фазного напряжения через нулевое значение. Данный способ коммутации применим в режимах переходов как на повышение, так и на понижение напряжения, что существенно упрощает построение системы управления.Система управления ТКПУ обеспечивает решение следующих основных функциональных задач:выработку алгоритмов управления тиристорным контактором и приводным механизмом избирателя при их совместной работе;управление тиристорным контактором в пределах ступени регулирования при неподвижном избирателе в диапазоне изменения первичного тока трансформатора от тока холостого хода до 1,5 номинального;быстродействующую защиту силовых элементов ТКПУ и трансформатора от аварийных токов в режимах внешнего к. з. и к. з. ступени регулирования;диагностику основных блоков системы управления и соответствующую сигнализацию работоспособности системы.Улучшение электромагнитной совместимости с сетью достигается в основном за счет использования специальных схем преобразовательных трансформаторов, обеспечивающих при их параллельном соединении 24- и 48-пульсные режимы выпрямления. Первичные обмотки трансформатора, состоящие из последовательно соединенных сетевой, регулировочной и фазосдвигающей обмоток, соединены по схеме "треугольник с продолженными сторонами". Вентильные обмотки расщеплены на четыре части, две из которых соединены в звезду, а две других - в треугольник. Изменяя число витков фазосдвигающей обмотки, обеспечивают необходимые для заданной фазности углы сдвига напряжений вентильных обмоток, например для 24-пульсной схемы выпрямления - ± 7,5 градуса.Повышение точности регулирования тока серии до 5% достигнуто применением нескольких мероприятий. Число регулировочных ступеней увеличено до 27 и одновременно уменьшена величина напряжения регулировочной ступени до 1,5% от номинального напряжения. Регулирование осуществляется пофазно-дискретным способом, который дает возможность получить 81 ступень регулирования при использовании избирателя с 27 отводами. Такое мелкоступенчатое регулирование обеспечивает высокую точность стабилизации выпрямленного тока при сравнительно простом устройстве избирателя, но обуславливает возрастание суточного числа переключений в 3 - 4 раза. Режим пофазного регулирования сопровождается несимметричными режимами работы трансформатора, однако их влияние на сеть при величине ступени регулирования менее 5% незначительно. Устранение влияния переходных несимметричных режимов достигается ограничением частоты переключения тиристорных контакторов до 0,5 Гц. В стационарных несимметричных режимах компенсация неравномерности загрузки фаз осуществляется с помощью поочередного переключения контакторов фаз через 1,0 - 1,5 часа.Приложение ВЗащита минимального напряжения (ЗМН) выполнена с контролем напряжения КП и 1111 (в соответствии с рис. В.1).Рис. В.1. Функциональная схема алгоритма ЗМНЗМН вводится в действие программным ключом 870. При введенном программном ключе 871 ЗМН действует на отключение.Пуск ЗМН происходит при снижении любого из напряжений КП или 1111 ниже заданных уставок при наличии дискретных сигналов "Контр. цепей 1" и "Контр. цепей 2" соответственно. При введенном программном ключе 872 для пуска ЗМН дополнительно контролируется включенное положение выключателя.Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ). Блок о