Эксплуатация электрических систем - Эксплуатация РПН

3.4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ УСТРОЙСТВ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОТВЕТВЛЕНИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПОД НАГРУЗКОЙ
Трансформаторы центров питания распределительных сетей и трансформаторы (автотрансформаторы) связи имеют устройство переключения ответвлений под нагрузкой.
Из гл. 4 следует, что приемлемые для потребителей отклонения напряжения в распределительных сетях можно обеспечить регулированием коэффициентов трансформации под нагрузкой (РПН).
На трансформаторах связи РПН позволяет поддерживать напряжение в питающих электрических сетях в пределах регулирующих диапазонов трансформаторов ЦП, а также, обеспечивая определенную независимость уровней напряжения в питающих и распределительных сетях, проводить оптимизацию режима напряжения в ЭЭС. Для получения необходимого эффекта устройства РПН должны использоваться достаточно интенсивно. К сожалению, нормальному использованию РПН часто препятствует сложившееся представление о том, что они недостаточно надежны.
Опыт интенсивного использования РПН трансформаторов и автотрансформаторов, обеспеченный умелой эксплуатацией, показал, что их надежность при этом не только не снижается, но даже повышается.
Элементы РПΗ. Регулировочную обмотку можно включить в нейтраль трансформатора. В этом случае напряжение секций относительно земли невелико и механизм РПН выполняется на небольшое напряжение (обычно 35 кВ), следовательно, он дешевле и проще. Регулировочную обмотку можно включать последовательно с основной обмоткой не изменяя полярность, однако с помощью специальных контактов можно изменять ее полярность. Переключатель при этом снабжен элементом, называемым «вилкой с реверсом». Число секций обмотки в этом случае уменьшается вдвое. Используется также регулировочная обмотка с «грубой ступенью». В этом случае сначала вводятся обычные секции регулировочной обмотки. После установления равенства введенного напряжения этих секций напряжению грубой ступени, она вводится или выводится из регулировочной обмотки.

Рис. 3.16. Схемы РПН: РНТ-9 (а): РС-3 (б): ЗРНО-А (в)
В дальнейшем эти секции вводятся начиная вновь с первой. Подобная схема регулировочной обмотки позволяет уменьшить число секций.
Изменение числа витков в нейтрали общей части обмотки автотрансформаторов связи приводит к одинаковому изменению числа витков автотрансформаторных обмоток. Коэффициент трансформации в этом случае изменяется за счет различного удельного веса регулировочных витков по отношению к обмоткам. Вследствие этого, эффективность регулирования ухудшается. Поэтому для напряжения 110 кВ разработан механизм РПН, использующийся на выводах обмотки (см. рис. 3.14, а). Если регулировочную обмотку включить в основную обмотку с помощью избирателя с переменной полярностью, то число ее секций уменьшается вдвое.
Наибольшее распространение в настоящее время получили три типа РПН, а именно: РНТ-9, РС-3 и ЗРНО-А, схемы которых приведены на рис. 3.16. Все упомянутые РПН состоят из двух основных частей: избирателя ответвлений и контакторов.
Механизм избирателя располагается в основном баке трансформатора. Контактные ламели, к которым присоединяются секции регулировочной обмотки, размещены по окружности неподвижного устройства. Два подвижных контакта, поворачиваясь с помощью осей, расположенных в центре окружности, приводятся в соприкосновение с необходимыми ламелями. В исходном положении и в конце операции подвижные контакты соединяются с одной и той же контактной ламелью. В процессе же переключения они могут соприкасаться со смежными ламелями. Избиратель, находясь в основном баке трансформатора, не должен разрывать дугу. Поэтому он лишь подготавливает предварительно обесточенную цепь. Обесточение цепи производится контакторами.
Контакторы РПН являются коммутационными аппаратами, разрывающими ток в цепи раньше ее присоединения избирателем к следующей секции регулировочной обмотки и гасящие дугу, что сопровождается разложением масла. Масло в основном баке трансформатора совмещает функции изоляции и охлаждающей среды, поэтому в нем не могут находиться контакторы. Они располагаются во вспомогательном баке, не сообщающимся с основным. Масло в этом баке является в основном дугогасящей средой.
В связи с тем, что работа трансформатора в процессе переключения ответвлений не должна прерываться, используются две цепи, включенные обычно параллельно. Переключение цепей производится поочередно: при отключении одной цепи ток нагрузки протекает по второй замкнутой цепи.
Типы РПН. Устройство РНТ-9 (рис. 3.16, а), применяющееся на трансформаторах старых выпусков, имеет индуктивное токоограничивающее сопротивление. Вывод фазы обмотки трансформатора со стороны нейтрали X присоединен к середине токоограничивающего реактора (Р), имеющего железный сердечник и расположенного в общем баке с трансформатором. В исходном положении ток нагрузки протекает в половинах реактора во встречных направлениях и благодаря взаимоиндукции индуктивное сопротивление реактора незначительно. Затем контактором К1 отключается одна цепь, которая с помощью избирателя И переводится на соседнее ответвление регулировочной обмотки (2), после чего контактор К1 замыкается. В этом положении через реактор протекает уравнительный ток, обусловленный напряжением секции обмотки и ограниченный его индуктивностью, оказывающийся значительной, так как уравнительные составляющие тока в половинах реактора направлены одинаково. Напряжение на выводах обмотки изменяется на величину, равную половине напряжения секции. Благодаря тому, что токоограничивающий реактор рассчитан на длительное протекание уравнительного тока, привод переключателя может быть медленно действующим.
Последующими операциями на параллельную работу с первой цепью переводится вторая цепь, после чего напряжение вывода изменяется на величину напряжения секции регулировочной обмотки.
Последовательность действия устройства РНТ-9 приведена в табл. 3.1.
В современных переключателях в качестве токоограничивающих используются резисторы, которые дешевле и компактнее. Однако они не рассчитаны на длительное протекание уравнительного тока, поэтому для переключения используется быстродействующий пружинный привод. Пружины предварительно взводятся двигателем, а при переключении контакты быстро переключаются в определенной последовательности, благодаря этому резисторы не перегреваются.

Таблица 3.1. Последовательность действия устройства РНТ-9

Таблица 3.2. Последовательность действия РПН: РС-3 и ЗРНОА

Большое число переключений приводит к износу контактов, поэтому размыкание дуги должно производиться термо- и эрозионностойкими контактами. Этими свойствами обладают контакты из металлокерамики, представляющей собой пропитанную расплавленным электропроводным материалом пористую пластину из термостойкого материала (например, вольфрама). Однако подобный материал не обладает достаточно малым переходным сопротивлением в замкнутом состоянии. Поэтому контакты имеют комбинированную конструкцию. При замыкании первыми приходят в соприкосновение металлокерамические поверхности. Затем контакты «дожимаются», в результате чего приходят в соприкосновение медные поверхности. При размыкании первыми размыкаются медные контакты, но сохраняются замкнутыми металлокерамические, размыкающиеся лишь после этого. В результате обеспечивается хороший контакт в замкнутом состоянии и высокая износостойкость в процессе отключения дуги. Медные контакты считаются основными, а металлокерамические, действующие лишь кратковременно в процессе переключения, — вспомогательными.
Конструкции контактов различны. В РНТ-9 они имеют выпуклую поверхность и в процессе замыкания перекатываются с медной части поверхности на металлокерамическую. В устройствах РС-3 и ЗРНО-А основные и вспомогательные контакты выполнены отдельно. Принцип действия схемы этих переключателей одинаков (табл. 3.2). В переключателе РС-3 (рис. 3.16, б) контакты К\ и К2 комбинированные, содержащие и медную, и металлокерамическую поверхности, вспомогательные же контакты К2 и Ка — металлокерамические. В схеме ЗРНО-А (рис. 3.16, в) вспомогательными являются контакты Къ, Ка, Къ и К*. Следовательно, контактор ЗРНО-А состоит из трех групп контактов: главного (К\ и /С2), пропускающего ток в рабочем режиме, вспомогательных {Къ, /Се), включенных параллельно главному, а во время переключения разрывающих первую дугу, и дугогасительных Кз, К4, которые в рабочем режиме практически не пропускают ток, так как последовательно с ними включены резисторы. Последние работают при переключении, обеспечивая замкнутое состояние цепи в режиме шунтирования секции обмотки и разрыв основной дуги.
При эксплуатации контакты нельзя подпиливать, так как это эквивалентно дополнительному износу. При необходимости износившиеся металлокерамические пластинки контактов заменяют на новые.
В процессе гашения дуги масло в баке контакторов разлагается на газы и углерод, выпадающий в виде шлама. В газовом пузыре образуется высокое давление и содержится большое количество водорода, в котором дуга эффективно охлаждается и гаснет. Шлам оседает на дно бака контакторов и поэтому опасности для изоляции не создает. Из-за содержания взвешенных частиц углерода цвет масла становится темным, однако это не препятствует нормальному дугогашению.
Проникновение взвешенных частиц в масло трансформатора исключено, так как даже при нарушении плотностей сальников вала привода в трансформаторе поддерживается более высокое гидростатическое давление масла (оно может просачиваться только из бака трансформатора в бак контакторов).
О пригодности к эксплуатации масла контакторов можно судить по его пробивному напряжению, которое не должно быть ниже 25 кВ/см. Пробивное напряжение масла определяется содержанием влаги. В начальный период использования РПН масло подсушивается дугой и его пробивное напряжение растет. Спустя значительное время при высокой концентрации углерода пробивное напряжение начинает снижаться из-за влаги, обусловленной гигроскопичностью углерода. Масло в баках контакторов заменяют, как правило, в период текущих ремонтов трансформаторов.

Привод используется для переключения РПН или его подготовки к переключению в случае, если привод — пружинный. В качестве примера приведена схема привода РС-3 (рис. 3.17). Двигатель с помощью червячной передачи приводит в движение главный вал. Питание двигателя осуществляется трехфазным переменным током через автомат. Направление вращения определяется положением контакторов Кь Кп, между которыми осуществлена взаимная электрическая блокировка. Если замкнута цепь К\, то цепь Кп разомкнута размыкающим контактом К\.
Цикличность работы привода обеспечивается многократным путевым выключателем КР. После пуска привода замыкаются контакты путевого выключателя и срабатывает вспомогательный контактор /(пом, размыкающий цепи пуска контакторов К\ и Кп. Последние удерживаются в сработавшем состоянии до конца цикла переключения через замкнутые контакты 11— 12 или 13—14 путевого выключателя. После срабатывания /(пом через свой замыкающий контакт самоудерживается до снятия напряжения с двигателя. Процесс переключения заканчивается после размыкания путевым выключателем контактов 11—12 или 13—14. При этом возвращаются контакторы К\ и Кп и отключается двигатель. Только после отключения двигателя Know возвращается в первоначальное положение.
Вследствие инерции вращающихся масс привод дополнительно поворачивается на небольшой угол, причем контакты 11—12 или 13—14 вновь замыкаются, подготавливая привод для нового переключения. Таким образом, Киом обеспечивает окончание каждой операции переключения отключением двигателя от сети. Контакторы Κι и Кп гарантируют блокировку привода от дальнейшего переключения при достижении крайней ступени регулировочной обмотки. Контакт ΡбЛ отключает питание привода при ручном переключении.

Рис. 3.17. Схема привода переключателя ответвлений РС-3

Контакт 9—10 путевого выключателя используется для контроля длительности операции переключения. Для этого в схеме управления применяется реле времени 3/CL. Контакты путевого выключателя 3—4—7—8 используются для синхронизации работы однофазных приводов или приводов параллельно работающих трансформаторов.
Для пуска привода достаточно нажать кнопки КБХ или КБп или эквивалентные им цепи кратковременно. Если эти цепи замкнуть длительно, то привод переключится только на одну ступень. Это обеспечивается цепью самоудерживания /(пом, проходящей через размыкающие контакты 5К\ и 5Кп. Эти цепи служат своеобразной защитой привода от длительно воздействующего импульса управления, который может быть следствием застревания кнопок и дефектов в цепи автоматического управления.
При автоматическом управлении регулятор, дающий постоянный импульс, необходимо присоединить к цепям управления через размыкающие контакты /СПОм. Эти контакты в начале переключения прерывают импульс, а по окончании — подают. Таким образом, можно обеспечить переключение более чем на одну ступень до достижения напряжением заданного значения. При возникновении неисправностей реле 3KL отключает автоматы питания привода.
Привод должен быть налажен до ввода трансформатора в эксплуатацию. Для этого рекомендуется демонтаж шкафа с приводом и его всесторонняя ревизия с проверкой на стенде. Проворотом привода вручную определяют усилие, требующееся в различных положениях привода. Неодинаковые усилия свидетельствуют о том, что погнут вал. Надежность действия привода проверяется многократным его переключением и замеченные дефекты устраняются.
Места прохода вала через отверстия в баке трансформатора уплотняются набивкой асбестографитных сальников, быстрый выход которых из строя объясняется неровностями на поверхности вала. В месте прохождения вала через сальник его поверхность рекомендуется отшлифовать, после чего сальники будут вполне надежны и подтеки масла отсутствуют. После установки привода на трансформатор снимают круговую диаграмму РПН и выполняют другие наладочные работы в соответствии с заводской инструкцией.

Привод, прошедший ревизию и наладку, вполне надежен в эксплуатации. При нормально поставленной эксплуатации РПН 20— 25 переключений в сутки вполне допустимы и не влияют на надежность эксплуатации трансформаторов и автотрансформаторов.