Automatska Regulacija Napona Na Transformatoru

Diplomski rad

Merima Fazlić

UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET ODSJEK ZA AUTOMATIKU I ELEKTRONIKU

POSTAVKA DIPLOMSKOG RADA Naziv teme:

Automatska regulacija napona na transformatoru Postavka teme:

Analizirati automatsku regulaciju napona na transformatoru i kroz konkretne primjere i simulaciju u Matlabu pokazati kako radi automatski regulator napona.

Sarajevo, septembar 2012. godine ________________________

Automatska regulacija regulacija napona na transformatoru �

Diplomski rad

Merima Fazlić

Doc. Dr. Sead Kreso, dipl. el. ing.

SADRŽAJ Postavka diplomskog rada ----------------------------------------------------------------------------------------------- 2 Sadržaj ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 Uvod --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 1. Regulacija napona napona na transformatoru kao oblik regulacije napona u EES-u -------------------------- 5 1.1. Osnovni zahtjevi potrošačkih čvorova ---------------------------------------------------------------- 5 1.2. Regulacija napona elektroenergetskih sistema ----------------------------------------------------- 5 1.3. Regulacija napona pomoću regulacionih transformatora ---------------------------------------- 7 Transformator sa nenominalnim prenosnim prenosnim odnosom --------------------------------------- ------------------------- 7 Automatska regulacija prenosnog odnosa transformatora ------------------------------- 10 Spoj na sistem i opći uslovi koji k oji se postavljaju na regulatore napona ------------------ 11 Princip rada automatskog regulatora ----------------------------------------------------------- 12 1.4. Zaključak ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 2. Funkcionalni blok COLTC kao automatski regulator napona ------------------------------------------------ 15 2.1. Princip rada ------------------------------------------------------------------------------------------------ 15 2.2. Regulacija jednog transformatora -------------------------------------------------------------------- 21 Automatska regulacija regulacija napona na transformatoru �

Diplomski rad

Merima Fazlić

Doc. Dr. Sead Kreso, dipl. el. ing.

SADRŽAJ Postavka diplomskog rada ----------------------------------------------------------------------------------------------- 2 Sadržaj ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 Uvod --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 1. Regulacija napona napona na transformatoru kao oblik regulacije napona u EES-u -------------------------- 5 1.1. Osnovni zahtjevi potrošačkih čvorova ---------------------------------------------------------------- 5 1.2. Regulacija napona elektroenergetskih sistema ----------------------------------------------------- 5 1.3. Regulacija napona pomoću regulacionih transformatora ---------------------------------------- 7 Transformator sa nenominalnim prenosnim prenosnim odnosom --------------------------------------- ------------------------- 7 Automatska regulacija prenosnog odnosa transformatora ------------------------------- 10 Spoj na sistem i opći uslovi koji k oji se postavljaju na regulatore napona ------------------ 11 Princip rada automatskog regulatora ----------------------------------------------------------- 12 1.4. Zaključak ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 2. Funkcionalni blok COLTC kao automatski regulator napona ------------------------------------------------ 15 2.1. Princip rada ------------------------------------------------------------------------------------------------ 15 2.2. Regulacija jednog transformatora -------------------------------------------------------------------- 21 Automatska regulacija regulacija napona na transformatoru �

Diplomski rad

Merima Fazlić

2.3 Paralelni rad ------------------------------------------------------------------------------------------------ 26 2.4 Zaključak ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 35 3. Simulacija automatskog regulatora napona u okruženju programskog alata Matlab ----------------- 36 3.1. OLTC regulirajući transformator ---------------------------------------------------------------------- 36 3.2. Opis kruga -------------------------------------------------------------------------------------------------- 36 3.3. Simulacija -------------------------------------------------------------------------------------------- 38 3.4. Regulacija napona usljed promjene opterećenja ------------------------------------------------ 39 3.5. Promjena napona na sekundaru transformatora ------------------------------------------------- 41 3.6. Promjena napona na sekundaru transformatora uz uključenje dodatnog opterećenja -- 43 3.7. Zaključak ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 45 Zaključak ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 46 Literatura ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 47

UVOD

Svi tehnički sistemi funkcionišu s izvjesnim nivoom pouzdanosti. Kada se govori o pouzdanosti sistema onda je jasno da je ona direktno u funkciji pouzdanosti elemenata tog sistema i načina njihove međusobne povezanosti. Mali nivo pouzdanosti uslovljava pojavu kvarova i zastoja u eksploataciji što povećava cijenu, odnosno investicijske troškove. Veći pokazatelji pouzdanosti sistema su uvijek vezani za veća ulaganja, odnosno težnje da sistem bude tehnički pouzdan i jeftin su kontradiktorne. Elektroenergetski sistem (EES) je dio energetskog sistema koji ima zadatak da obezbijedi sigurnu i kvalitetnu isporuku električne energije potrošačima, uz uvjet minimalnih troškova. U tu svrhu je za prenos električne energije udaljenim potrošačima neophodan visoki napon, tim viši što su daljine prenosa veće i prenosne snage značajnijih vrijednosti. Danas su standardizirani nazivni naponski nivoi u okviru prenosnih mreža: 110kV, 220kV, 400kV, 765kV, pa i do 1000kV gdje se radi o izuzetno Automatska regulacija regulacija napona na transformatoru �

Diplomski rad

Merima Fazlić

velikim udaljenostima za prenos električne energije. Izlazni naponi generatora različitih proizvođača električne energije su obično reda 6-20kV, dok je aplikacija iste predviđena najčešće za naponske nivoe koji su za jedan do dva reda veličine niži od proizvodnih. Da bi lanac proizvodnje, prenosa i upotrebe električne energije mogao uopće funkcionisati neophodni su nam transformatori čija je uloga pretvaranje električne energije sa višeg na niži naponski nivo i obratno. Električna energija se dovodi na primar transformatora te se onda elektomagnetskim putem prenosi na sekundar gdje se, zavisno o konstrukciji transfromatora, postiže viši ili niži naponski nivo. Kada govorimo o kvaliteti isporuke električne energije onda treba naglasiti da su granice unutar kojih srednja vrijednost napona mjerena na mjestu predaje električne energije kupcima može da oscilira jasno definirane i nametnute mrežnim pravilima. Održavanje napona u željenim granicama postiže se : -

automatskom regulacijom pobude generatora u elektranama automatskom regulacijom prenosnog odnosa transformatora transformatorskim stanicama kompnezacijom reaktivne energije.

u

Tema ovog diplomskog rada je automatska regulacija napona na transformatoru. Na samom početku rada dat je osvrt na važnost regulacije napona u elektroenergetskom sistemu i same zahtjeve potrošača u procesu proizvodnje, prenosa i distribucije električne energije, a potom je obrađena automatska regulacija napona na transformatoru. Tu je stavljen naglasak na transformator sa nenominalnim prenosnim odnosom i automatsku regulaciju prenosnog odnosa na transformatoru, a detaljno je i objašnjen princip rada automatskog regulatora napona. Za konkretizaciju principa rada automatskog regulatora napona poslužio je funkcionlani blok COLTC od ABB-a, koji je automatski regulator napona. Tu je objašnjen prinicip rada ovog regulatora, te su predstavljeni razičiti modovi rada u slučaju paralelnog rada regulatora, sa svojim funkcionalnostima i načinima povezivanja.

REGULACIJA NAPONA NA TRANSFORMATORU KAO OBLIK REGULACIJE NAPONA U ELEKTROENERGETSKOM SISTEMU 1.1.

Osnovni zahtjevi potrošačkih čvorova

Pod normalnim režimom rada EES-a podrazumijeva se režim rada u kojem se naponi i frekvencija nalaze unutar tačno određenih granica, a parametri sistema kao: strujna opterećenja, pritisci, temperature itd. se nalaze unutar trajno dozvoljenih granica. Svaka promjena u EES-u kao što je uključenje ili isključenje osnovnih Automatska regulacija napona na transformatoru �

Diplomski rad

Merima Fazlić

elemenata EES-a (generator, transformator, vod, potrošač) ima za posljedicu narušavanje balansa proizvodnje i potrošnje, promjenu tokova aktivne i reaktivne energije, izmjenu parametara EES-a, a time i promjenu padova napona i frekvencije u sistemu. To sve ukazuje da je EES složen tehnički sistem koji omogućuje snabdijevanje potrošačkih čvorova električnom energijom potrebnih karaktersitika, kvantiteta, kvaliteta i kontinuiteta. Dakle, na isti se postavljaju slijedeći zahtjevi: -

snabdjeti potrošača dovoljnom količinom energije – kvantitet, snabdjeti potrošača kvalitetnom količinom energije – kvalitet, snabdjevati potrošača neprekidno – kontinuitet, snabdjeti potrošača sa potrebnim nivoom pouzdanosti – raspoloživost, snabdjeti potrošača sa prihvatljivom cijenom energije – ekonomičnost.

Kvantitet predstavlja mjeru ukupne konzumirane električne energije po količini i vremenskoj dinamici. To podrazumijeva da se ima određena proizvodna rezerva. Kontinuitet je pokazatelj kontinualnosti napajanja električnom energijom. Kvalitet odlikuju odgovarajuće karakteristike i to: napon na mjestu potrošnje u granicama ± 10% Un, frekvencija u granicama do ± 1% f0 (preporučuje se 0,1 Hz), viši harmonici < 5% osnovnog harmonika. Dakle, napon, frekvencija i harmonici su tri osnovna pokazatelja kvaliteta električne energije. Kako deficit aktivne snage direktno utječe na smanjenje frekvencije, to se planiranje balansa aktivnih snaga izvodi u režimu maksimalnih opterećenja. Planiranje reaktivnih snaga znatno se razlikuje u odnosu na aktivnu jer su naponi uglavnom različiti u različitim tačkama sistema. Iz tog razloga kod planiranja reaktivnih snaga uzima se u obzir i lokacija izvora u sistemu, jer na padove napona utječu tokovi reaktivne snage u sistemu. Kod planiranja balansa aktivnih i reaktivnih snaga, uzima se da napon zavisi od reaktivne snage, a frekvencija zavisi od aktivne snage, iako se kod upravljanja sistemom vodi računa o njihovoj međusobnoj zavisnosti. Iz navedenog se može zaključiti da odlučujući utjecaj na iznose padova napona imaju tokovi reaktivnih snaga. U okviru zadatka obezbjeđenja očekivanih naponskih prilika u EES-u, regulacija napona, generisanje i upravljanje tokovima reaktivnih snaga čine nerazdvojnu cjelinu. 1.2.

Regulacija napona elektroenergetskog sistema

Potrošači električne energije za svoj rad angažuju određene aktivne i reaktivne snage. U EES-u pored izvora aktivne snage odnosno energije moraju egzistirati i izvori reaktivne snage odnosno energije. Generisana električna snaga na svom putu do mjesta potrošnje uzrokuje gubitke, kako reaktivne tako i aktivne snage. Ovaj prenos eleketrične snage rezultira i značajnim iznosima padova napona, pa se od mjesta generisanja snage prema mjestu potrošnje imaju i odgovarajući padovi napona. Postupak regulacije napona EES-a sastoji se u održavanju napona u dozvoljenim granicama promjene u svim tačkama sistema i za sve režime rada. S tog aspekta regulacija napona se izvodi u više tačaka elektroenergetskog sistema. Složenost regulacije napona ogleda se u činjenici da padovi napona na pojedinim elementima sistema zavise od tokova snage koji su promjenljive veličine. Kako potrošači imaju zahtjev za naponom unutar određenog dijapazona (oko nominalne vrijednosti), odstupanje izvan propisanih granica može uzrokovati tehnološko onemogućavanje rada ili kvar aparata, ekonomski povećan utrošak Automatska regulacija napona na transformatoru �

Diplomski rad

Merima Fazlić

energije, smanjenje životne dobi opreme, nedovoljnu jačinu rasvjete i sl. Drugim riječima, potrošači električne energije su dimenzionisani za određeni napon na svojim stezaljkama. Utjecaj odstupanja iznosa napona, u odnosu na nominalnu vrijednost, u pravilu je nepovoljan i različit za sve vrste potrošača. Sniženi napon utječe na umanjenu moć potrošača, te značajno utječe na rad rasvjete i motornih pogona (povećana struja opterećenja). Za termičke potrošače snaga se mijenja sa kvadratom napona. Porast napona utječe na brže starenje izolacije, a time i na rok trajanja i potrošača i elektroenergetske opreme. Sve su to razlozi da se napon drži u granicama oko nominalnih vrijednosti koje su standardizirane, usljed promjene opterećenja napon se kreće u granicama Umin – Umax. Za regulaciju napona često se definiše tzv. srednji napon, koji je jednak: . (1.1.) Regulacija napona kod planiranja razvoja i razvoja pojedinih dijelova EES-a i regulacija u uslovima pogona i vođenje EES-a su različiti zadaci. U prvom slučaju radi se o izboru sredstava za regulisanje napona. U drugom je potrebno definirati optimalnu radnu tačku, odnosno režim rada opreme koja je na raspolaganju, da bi se održao napon u zadanim granicama. Obezbjeđenje propisanih napona na napojnim tačkama potrošača realizuje se aktivnostima vezanim za smanjenje padova napona i regulaciju napona. To se praktično izvodi smanjenjem električnog otpora elektroenergetske mreže, te korištenjem specijalnih uređaja, kao što su regulatori napona generatora i transformatora. Naročito dobri efekti se ostvaruju regulisanjem tokova reaktivnih snaga što se realizuje pomoću kompnezacije reaktivne snage. Promjene napona mogu biti kontinuirane i skokovite (kod manipulacija sa velikim potrošačima pri slabo dimenzioniranoj mreži). Dozvoljene granice napona razlikuju se za pojedine kategorije potrošača: Kategorija potrošača Rasvjeta Elektromotorni pogoni Dalekovodi

Dozvoljene promjene napona -2,5% do 5% -5% do +10% 35kV-110kV: + 15% 330kV: +10% Više od 330kV: 5%

Tabela 1.1. Dozvoljene granice napona za pojedine kategorije potrošača

Kao što je već u uvodnom dijelu navadeno, održavanje napona u željenim granicam postiže se: -

automatskom regulacijom pobude generatora u elektranama; automatskom regulacijom prenosnog odnosa transformatora transformatorskim stanicama; kompnezacijom rekativne energije.

u

Automatska regulacija napona na transformatoru �

Diplomski rad

Merima Fazlić

Regulacija napona u složenom sistemu, naročito kada se ima više transformacija, vrlo je kompeksna, iz razloga što u svakoj mreži dolazi do određenog pada napona. Stoga postupak regulacije napona obuhvata slijedeće aspekte: -

izbor sredstava za regulaciju; definisanje dijapazona regulacije; definisanje broja stepeni regulacije (za regulacione transformatore); definisanje regulacionih sredstava u mreži; određivanje snage kompenzatora. 1.3.

Regulacija napona pomoću regulacionih transformatora

Većina energetskih transformatora ima mogućnost regulacije napona promjenom broja zavojaka jednog od namotaja. Promjena broja zavojaka vrši se takozvanom „regulacionom sklopkom“. Na ovaj način se vrši promjena prenosnog odnosa transformatora. Ova regulacija se može provoditi pod opterećenjem (engl. TCUL – Tap Change Under Load) ili bez opterećenja. Regulacija napona pod opterećenjem se obično vrši kod visokonaposnkih mrežnih transformatora dok se promjena prenosnog odnosa bez opterećenja provodi kod distributivnih transformatora. Za regulaciju bez opterećenja potrebno je isključiti transformator iz pogona i izvesti promjenu prenosnog odnosa. Ovakvi transformatori se uobičajeno rade sa dopunskim namotajima ± 2 x 2,5% ili ± 1 x 2,5%. Ovo i ne predstavlja regulaciju napona u pravom smislu. Prespajanje se vrši povremeno, vezano za trajnije režime u sistemu, kao što su na primjer ljeto/zima. Promjena prenosnog odnosa pod opterećenjem se vrši automatski, tako da se napon neke sabirnice održava u određenim granicama. S obzirom da proizvođači transformatora daju podatke o transformatoru za nominalni položaj regulacione sklopke, potrebno je naći način predstavljanja transformatora za slučaj kada se sklopka nalazi izvan ovog položaja – „nenominalni“ položaj. Razmotrimo ovaj slučaj na primjeru monofaznog transformatora šematski prikazanog na slici 1.3.1.

Slika 1.3.1. Monofazni transformator sa regulacionom sklopkom

N1 je broj zavojaka primara koji odgovara nominalnom prenosnom odnosu regulacione skopke (srednji položaj). Za nominalni položaj regulacione sklopke, napon U2 je dat slijedeći izrazom: Automatska regulacija napona na transformatoru �

Diplomski rad

Merima Fazlić

. (1.2.) Ako regulacionu sklopku pomjerimo u položaj koji povećava broj zavojaka primarnog namotaja za ∆N1, napon U2 će se smanjiti, a napon U1 ostaje nepromijenjen:

(1.3.) Smanjenje broja zavojaka primarnog namotaja za ∆N 1 znači povećanje napona sekundara, tj: . (1.4.) Označimo sa t jedinični položaj regulacione skopke, pri čemu vrijednost t=1 označava nominalni položaj. Neka je provodnost transformatora u sistemu jediničnih vrijednosti: (1.5.) Zamjenska šema monofaznog transformatora za jedinični položaj regulacione sklopke (t=1), data je na slici 1.3.2.

Slika 1.3.2. Zamjenska šema monofaznog transformatora u sistemu jeidničnih vrijednosti za nominalni položaj regulacione sklopke.

Na osnovu slike 1.3.2. možemo pisati slijedeće jednačine: (1.6.) . (1.7.) Automatska regulacija napona na transformatoru �

Diplomski rad

Merima Fazlić

Nenominalni položaj regulacione sklopke predstavljamo dodavanjem idealnog transformatora prenosnog odnosa t:1, slika 1.3.3.

Slika 1.3.3. Predstavljanje regulacione skopke idelanim transformatorom odnosa t:1

Ako lijevo od idelanog transformatora imamo napon Up i struju I p, desno od idelanog transformatora imat ćemo slijedeće vrijednosti: (1.8.) (1.9.) Na osnovu prikaza datog na slici 1.3.3. možemo pisati: (1.10.) (1.11.)

(1.12.) Transformator s nenominalnim prenosnim odnosom se može predstaviti preko općeg π četveropola datog na slici 1.3.4.

Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 1.3.4. Opći π četveropol

Za četveropol prikazan na slici 3.1.4. mogu se pisati slijedeće jednačine:

(1.13.) Poređenjem jednačina (1.13.) sa (1.11.) i (1.12.) može se zaključiti da vrijede slijedeći izrazi:

(1.14.) Rješavanjem jednačina (1.14.) konačno dobijemo:

(1.15.)

Prema tome, zamjenska šema transformatora s nenominalnim prenosnim odnosom ima oblik prikazan na slici 1.3.5.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 1.3.5. Zamjenska šema transformatora sa nenominalnim prenosnim odnosom

Za nominalni prenosni odnos (t=1) provodnost šentirajućih grana je jednaka nuli, a serijska provodnost je YT. Može se primijetiti da t>1 znači povećanje broja zavojaka, a t<1 smanjivanje broja zavojaka. U zavisnosti od prenosnog odnosa t, šentirajuće grane poprimaju induktivni i kapacitivni karakter, te na taj način doprinose regulisanju napona. Za određivanje napona sekundarnog namotaja, pri različitim položajima regulacione sklopke, poslužit će šema prikazana na slici 1.3.6.

Slika 1.3.6. Određivanje napona sa sekundarnog namotaja za različite položaje re gulacione sklopke

Jednostavno se može pokazati da se napon na sekundarnom namotaju može dobiti koristeći slijedeći izraz:

(1.16.) Automatska regulacija prenosnog odnosa transformatora

Jedan od važnijih resursa za regulisanje naponskih prilika su regulacioni transformatori. Sama regulacija se odvija po sistemu „korak po korak“, što znači da pogonski mehanizam regulacione sklopke mora nakon izvršenja jednog koraka regulacije, dobiti novi impuls za slijedeći korak od automatskog regulatora napona. Regulator napona dobija nove informacije o stvarnim veličinama napona i struje. Na osnovu ovih podataka regulator određuje potrebni nivo napona, upoređuje dobijenu vrijednost sa ručno postavljenim zahtjevom nivoa napona. Na osnovu dobijene regulacione greške šalju se prema regulacionoj sklopki impulsi za podizanje Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

ili supštanje napona. Potrošači priključeni na sabirnicama transformatorske stanice imaju približno konstantnu vrijednost napona.

Slika 1.3.7. Automatska regulacija prenosnog odnosa transformatora

Automatska regulacija napona na transformatoru vrši se promjenon odnosa regulacionih transformatora. Ovaj način regulacije napona je najpopularniji i najrašireniji oblik regulacije napona na svim naponskim nivoima. Pomoću posebne regulacione sklopke za vrijeme normalnog pogona moguć je prelazak sa jednog na drugi odcjep transformatora. Opseg regulacije ide u dijapazonu ±10% ÷ ±20%, a u prosjeku ±15% sa korakom 1 ÷ 2%. Upravljanje regulacionom sklopkom vrši se pomoću automatskog regulatora napona koji se priključuje na sabirnice donjeg (reguliranog) napona (slika 1.3.7.). Da ne bi nepotrebno djelovao kod kratkotrajnih promjena, potrebno je da ima određenu zonu neosjetljiivosti sa određenom vremenskom zadrškom. Automatska regulacija pod naponom izvodi se na strani višeg napona, na osnovu referentnog napona kojeg je potrebno održavati na strani nižeg napona. Napon se mjeri i upoređuje sa željenim referentnim naponom. U slučaju dovoljnog odstupanja izmjerenog i referentnog napona, automatika djeluje na regulacijsku preklopku na VN strani transformatora. Drugim riječima, promjena položaja regulacijske preklopke vrši se ako je: │Vizmj - Vref│ > ∆Vreag (1.17.) gdje su: Vizmj – mjereni napon Vref – referentni napon ∆Vreag – razlika napona na koju reaguje automatika. Spoj na sistem i opći uslovi koji se postavljaju na regulatore napona

Regulator napona se priključuje obično na linijski sekundarni napon naponskog transformatora i to najčešće na strani nižeg napona regulacionog transformatora. Razlog tome leži u činjenici da se na toj strani napon želi održati u dozvoljenim granicama. Regulacione skopke se redovno ugrađuju na strani višeg napona regulacionog transformatora, sa opsegom regulacije ±15%Un, i to u otcjepima od po 1-1,5%Un. Jasno je da na strani višeg napona imamo i manje struje koje se moraju Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

ograničiti pri promjenama otcjepa. Namotaj višeg napona je po rasporedu vanjski pa je time i pristupačniji nego namotaj nižeg napona. Regulator napona mora obezbijediti tačnost održavanja napona u podešenim granicama, tj. održavanja zadanog iznosa napona u određenoj klasi tačnosti. To znači da pouzdano prorađuje na dopuštenim granicama. Kod elektromehaničkih regulatora to se postiže pokretnim sistemom koji mora imati zanemarivo trenje i utjecaj remanencije. Tako zakretni momenat zavisi jedino od mjernog napona i to po kvadratnoj funkciji. Kod statičkih regulatora se mjerna veličina upoređuje sa zadanom vrijednošću i kod odstupanja od nje, zavisno o predznaku dolazi do prorade izvršnih releja za komande dizanja i spuštanja napona. Da bi se održao konstantan napon na potrošačima potrebno je izvršiti korekciju regulisanog napona i to upravo za iznos pada napona od mjesta priključka regulatora do potrošača. Kako taj pad napona zavisi od struje opterećenja, primjenjuju se različiti načini kompaundancije (superponiranje mjernih veličina na izmjeničnoj ili istosmjernoj strani ili pomjeranje zadanih granica regulacije). U slučajevima kada napon iz bilo kojeg razloga (pregaranje osigurača ili ispad automata za zaštitu sekundarnih naponskih krugova i slično) opadne ispod 70-80%Un rad regulatora treba biti blokiran. Kod kratkotrajnih i prolaznih oscilacija napona EES-a, regulator napona ne treba da djeluje. To se postiže zatezanjem djelovanja izvršnih releja vremenskim članom koji se izrađuje sa inverznom ili vremenski neovisnom karakteristikom. U slučaju bilo kakvog nenormalnog rada unutar samog regulatora njegovo djelovanje treba da se blokira, a istovremeno izvrši signalizacija nastanka kvara. Poželjno je da se signalizira prekoračenje zadane mjerne veličine iako zbog vremenskog zatezanja nije došlo do prorade regulatora. Prinicip rada automatskog regulatora napona

Na slici 1.3.8. je prikazan princip reagovanja statičkog naponskog regulatora napona na promjenu regulacionog napona datog na slici. Uzorak napona uzima se sa naponskog mjernog transformatora, U n=100V, a uzorak struje sa strujnog mjernog transformatora In= 5A.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 1.3.8. Princip reagovanja statičkog automatskog regulatora na promjenu regulacionog napona

U trenutku t1 napon je porastao i izašao iz podešenog opsega ( U ≥ 111V i U ≤ 109V). Nakon vremena zadrške signala (t2 – t 1) koje se bira dugmetom t, uređaj daje impuls preko komandnog releja U> regulacionoj sklopki transformatora u trajanju 1 sekunde, (t3-t2), da spusti napon za jedan korak što kod većine transformatora znači promjenu napona od min. 1,5%Un. Ukoliko je napon nakon ove regulacije ostao i dalje izvan zadane granice, uređaj nakon 10 sekundi, (t4-t3), daje novi impuls od jedne sekunde regulacionoj sklopki da spusti napon za još jedan korak. Takav rad uređaja nastavlja se sve dok napon ponovo ne bude doveden u zadane granice t5. Ako u času t6 napon padne ispod zadane granice, uređaj nakon vremena zadrške (t7-t6) daje impuls preko komandnog releja U< regulacionoj sklopki da podigne napon za jedan korak. Ukoliko je napon nakon regulacije ostao i dalje ispod zadane granice uređaj daje poslije 10 sekundi novi impuls za još jedna korak podizanja napona. Impulsi komandovanja traju sve dok napon ponovno ne dođe u zadane granice. Ukoliko u času t9 napon poraste preko određene granice, ali se sam ponovo vrati u granice, prije isteka vremenske zadrške, (t 11-t9) > (t10-t9), impulsi za komandovanja se i ne pojavljuju. Isti se slučaj događa ako nakon prve regulacije napon sam dođe u granice prije isteka vremena od 10 sekundi, impuls komandovanja sam prestaje (t8). Usljed proticanja struje potrošača kroz vodove, a zbog otpora vodova, napon napajanja potrošača postaje manji za pad napona na vodovima. Da bi se izbjegao ovaj nedostatak, tj. da bi potrošači imali uvijek isti napon neovisno o potrošnji, u uređaju je izvedena kompaundacija mjernog napona. Uzorak struje potrošača uzima se sa strujnog mjernog transformatora i pretvara se u napon koji se ispravlja i protufazno dodaje mjernom naponu, što znači da regulator napona vidi povećanje struje potrošnje kao smanjenje mjernog napona te preko komandnog releja podiže napon kako bi se kompenzirao pad napona na vodovima. Funkcije pojedinih podsklopova kao i njihova logička veza prikazani su u blok šemi automatskog regulatora napona na slici 1.3.9.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 1.3.9. Blok šema ARN-a

Uzorci mjernog napona i struje potrošača dovode se na blok za uzimanje uzoraka. Jedan dio uzoraka napona snabdijeva stabilizator napona, a drugi dio, obrađen sa naponom koji je zavisan o struji potrošača vodi se na komparatore U> i U<, koji upoređuju taj napon sa podešenim referentnim naponom koji se dobija iz pretvarača DC - DC. Ovaj pretvarač također daje i sve ostale potrebne napone za rad uređaja. Ukoliko je ulazni mjerni napon veći ili manji od podešenih vrijednosti [U>] ili [U<], komparator daje signal vremenskoj zadršci, koja nakon isteka podešenog vremena zadrške, oslobađa blokade takt oscilatora. Zavisno od toga koji je komparator proradio, takt oscilator pokreće odgovarajući komandni relej. Ukoliko je odstupanje regulisanog napona kraće od vremena podešenog na članu vremenske zadrške, neće doći do aktiviranja izvršnih releja (zatvaranje kontakata 5 i 6 odnosno 7 i 8) nego će se ovakvo odstupanje signalizirati na priključni stezaljkama 9 i 10 odnosno 10 i 11. Radna stezaljka komparatora i pretvarača DC-DC kontroliše sinhronizator rada koji u slučaju neispravnog rada uređaja preko releja za signalizaciju daje signal kvara. 1.4.

Zaključak

Važnost regulacije napona na transformatoru, s ciljem održavanja napona u okviru zadanih granica, je za cjelokupni elektroenergetski sistem jako velika. U ovom poglavlju je pokazano kako se, u vezi s tim, vrši regulacija napona putem Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

regulacionih transformatora. Pomoću regulacione sklopke, u toku pogona, moguć je prelazak sa jednog na drugi odcjep transformatora. Regulacija se odvija „korak po korak“, a to znači da mehanizam regulacione sklopke nakon izvršenja jednog koraka mora dobiti impuls za slijedeći korak od automatskog regulatora napona. Regulator napona dobija informacije o stvarnim veličinama napona i struje te na osnovu ovih podataka regulator određuje potrebni nivo napona, upoređuje dobijenu vrijednost sa ručno postavljenim zahtjevom nivoa napona. Na osnovu regulacione greške šalju se prema regulacionoj sklopki impulsi za podizanje ili spuštanje napona u skladu sa definiranim unaprijed određenim koracima i procentualnim vrijednostima. 2. FUNKCIONALNI BLOK COLTC KAO AUTOMATSKI REGULATOR NAPONA

U ovom poglavlju posebno će biti obrađen konkretan primjer automatskog regulatora napona, a riječ je o COLTC bloku proizvođača ABB. Način i princip rada ovog regulatora napona, regulacija napona na jednom transformatoru kao i paralelni rad teme su koje će biti obrađene u ovom poglavlju. Cilj je, na osnovu ovog primjera pokazati kako rade moderni automatski regulatori i koje su njihove mogućnosti. Kao što je već rečeno, automatski regulator napona se koristi kako bi se održao stabilan napon na opteretnoj strani transformatora pod različitim uvjetima opterećenja mreže. Promjena prenosnog odnosa transformatora pod opterećenjem se može kontrolisati pomoću automatskog regulatora napona koji mjeri napon na strani transformatora gdje je napon potrebno kotrolisati, obično je to strana nižeg napona. Priključak za transformator RET 54_ koji je sastavni dio funkcionalnog bloka COLTC može kontrolisati promjenu prenosnog odnosa na transformatoru. Ovaj blok se može koristiti za nadzor na samo jednom transformatoru ali može raditi i u kombinaciji sa automatskim regulatorima napona drugih transformatora, opskrbljujući istu sabirnicu potrebnim podacima. 2.1.

Princip rada

Dakle, funkcionalni blok COLTC od ABB-a se koristi za kontrolu napona na opteretnoj strani transformatora. Zasnovan je na mjerenju napona (i struje) i ovaj blok određuje da li napon treba da se poveća ili smanji. Napon se reguliše komandama „podigni“ ili „snizi“ koje se šalju na izmjenjivač prenosnog odnosa transformatora. Osnovni funkcionalni dijagram za ovaj regulator napona je prikazan na slici ispod: 2.1.1.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.1.1. Osnovna šema regulatora napona

Osnovni princip djelovanja regulatora napona je taj da se nikakva regulacija ne vrši dokle god je napon unutar unaprijed definiranih dozvoljenih granica. I zmjereni napon se uvijek poredi sa kontrolnim naponom Up koji se računa na osnovu jednačine (2.1.). Jednom kada izmjereni napon odstupi od dozvoljenih granica, vrijeme kašnjenja t 1 starta. Kada podešeno vrijeme kašnjenja isteče, šalje se kontrolni puls „snizi“ ili „povećaj“ regulacionoj skopki za promjenu prenosnog odnosa. Ukoliko je nakon ove izmjene, mjereni napon i dalje izvan dozvoljenog opsega, vrijeme kašnjenja t2 starta. Obično je t2 kraće od t1, a to se vidi i sa slike 2.1.2. koja je veoma slična slici 1.3.8. na kojoj je već prikazan princip rada automatskog regulatora uopće.


Diplomski rad

Merima Fazlić Slika 2.1.2. Princip regulacije napna za COLTC funkcionalni blok

Pod određenim okolnostima automatski regulator napona treba ponekad biti i poboljšan sa dodatnim funkcijama kao što su LDC (engl.: Line Drop Compensation – kompenzacija pada napona na vodu) ili RSV (engl.: Reduce Set Voltage – smanjenje zadanog napona) i slično. Sve ovo utječe na kontrolni napon, tj. na sam način izračuna ovog napona po kojem COLTC reguliše mjereni napon: (2.1.) gdje je: Up – kontrolni napon Us – podešeni referentni napon Uz – iznos LDC napona (kompenzacija pada napona na vodu) Ursv – smanjenje napona usljed RSV funkcije Pozicija regulacione sklopke i broj zavojaka u prenosnom odnosu transformatora se može mjeriti putem terminala RET 54_. Osim same indikacije položaja, funkcija „Out-of-step“ tj. „izvan mogućeg broja koraka“ i alarmi se mogu dobiti mjerenjem prenosnog odnosa na transformatoru tj, praćenjem položaja regulacione sklopke. Informacija o poziciji regulacione sklopke se na RET 54_ terminal može dovesti na tri različita načina: kao signal u mA, iznos otpora ili binarno kodirana decimalna vrijednost (BCD vrijednost). Kada je informacija o položaju regulacione sklopke dovedena kao mA signal ili kao vrijednost otpora signal se povezuje na ulaz opcionalne RTD kartice za RET 54_ priključak. Slike 2.1.3. i 2.1.4. pokazuju primjere kako se mA signal ili signal kao vrijednost otpora mogu priključiti na RTD ulaz i kako je isti konfigurisan.

Slika 2.1.3. informacija o poziciji regulacione sklopke dovedena kao mA signala na RTD ulaz 1.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.1.4. Informacija o poziciji regluacione sklopke dovedena kao vrijednost otpora koristeći dvožilnu koneciju sa regulacione sklopke na RTD ulaz 1.

Oba ova signala se moraju posebno kalibrisati kako bi odgovarali različitim položajima sklopke. Ova kalibracija se obavlja TLT alatom (engl. Transducer Linearization Tool). Ovakav alat obezbjeđuje precizno kalibrisanje čak i u slučaju nelinearnog signala. Miliampermetarski signal bi se trebao kalibrisati prije stavljanja energetskog transformatora u pogon. Za samu kalibraciju TLT alat treba barem dvije pozicije, no što je broj dostupnih dodatnih pozicija veći to je rezultat kalibracije tačniji, ukoliko je riječ o mA signalu koji nije apsolutno linearan. Grafik 2.1.1. pokazuje kako izgleda kalibracija mA signala sa regulacione sklopke transformatora koristeći TLT alat.

Grafik 2.1.1. Kalibrisanje mA signala sa regulacione sklopke u koracima od 1 do 19 koristeći TLT alat

Ukoliko se za indikaciju položaja regulacione sklopke koristi BCD signal, on se veže na za to predviđene binarne ulaze RET 54_terminala. U ovu svrhu se koristi specijalni funkcionalni blok BCD2INT (BCD to integer) koji pretvara BCD signal u informaciju o poziciji. Slika 2.1.5. pokazuje primjer konfiguracije za položaj regulacione sklopke od 1 do 19. Ukoliko su negativne pozicije regulacione sklopke potrebne, poseban ulaz se povezuje sa SIGN_BIT ulazom za konfiguraciju.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.1.5. Povezivanje i konfiguracija kada se pet BCD signala sa regulacione sklopke poveže na binarne ulaze X7.1.

Slijedeća tabela (tabela 2.1.1.) pokazuje korespondenciju između različitih kombinacija BCD signala i pozicije regulacione sklopke.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Tabela 2.1 1. BCD2INT ulazi i pozicije regulacione sklopke transformatora

Ukoliko je operativni signal dostupan kada je proces promjene položaja regulacione sklopke aktivan, isti bi trebao biti spojen na TCO (engl. Tap-Changing Operating Signal) ulaz COLTC bloka. Budući da se ovaj signal koristi samo u svrhu alarmiranja, nema utjecaja na samu funkcinalnost ukoliko nije spojen. Ali, ako je ovaj signal aktivan duže od 15 sekundi nakon što je kontrolni puls sa RET 54_ terminala deaktiviran, uključit će se alarm. Aktivnost TCO signala neće spriječiti operativne komande na regulacionoj sklopki. Ukoliko je ipak potrebno da se ove komande spriječe, tj.blokiraju tokom promjene položaja regulacione sklopke potrebno je TCO signal spojiti i na BLOCK ulaz također. Kada je dugački vod spojen očito je da će napon na kraju tog voda biti niži od napona na kraju (na priključku) transformatora. Budući da impedansa voda sadrži i otpornu i reaktivnu (jalovu) komponentu, potrebno je prilikom kompenzacije uzeti u obzir obje komponente. LDC funkcija (engl. Line Drop Compensation) omogućava da se pad napona uzrokovan sa obje ove komponente efektivno kompenzira. U mreži u kojoj imamo vodove različitih dužina, napon kraćeg voda sa manjim padom napona nije dozvoljeno podizati previše. U ovakvoj mreži mora se napraviti kompromis kada se parmateri za kompnezaciju pada napona na vodu računaju. Budući da se pad napona na vodu povećava sa strujom opterećenja, važno je postaviti granicu za kompenzaciju napona kako bi se spriječila pojava prenapona za potrošače koji se nalaze bliže transformatoru. Grafik 2.1.2. pokazuje krivulje kompenzacije napona pri različitim strujama opterećenja. U ovom primjeru Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

maksimalni napon kompenzacije je 900V koji je podešen korištenjem LDC limit parametra. Ukupna kompenzacija napona sastoji se od obje komponente, s tim da treba naglasti da je reaktivna kompenzacija bitna samo ako imamo i reaktivno opterećenje.

Grafik 2.1.2. Kompenzacija napona pri različitim strujama opterećenja koristeći LDC funkciju

RSV funkcija (engl. Reduce Set Voltage –smanjenje zadanog napona) je funkcija koja se koristi da se privremeno smanji opterećenje u mreži. Postavljanjem cjelobrojne vrijednosti na RSV ulaz COLTC funkcionlanog bloka, kontrolni napon se može smanjiti. Smanjeni napon zavisi od te cjelobrojne vrijednosti i podešenog koraka na RSV-u. Ukoliko je RSV korak podešen na 2%Un i RSV ulaz na 1, referentni napon će biti smanjen za 1 x 2%. Kada je ulaz podešen na 2, napon će biti smanjen za 2 x 2% itd. Treba naglastiti i to da reducirana snaga zavisi od karakterstike opterećenja kada se napon smanji. Čisto otporno opterećenje se smanjuje sa kvadratom napona, dok je induktivno manje smanjeno. Slika 2.1.6. pokazuje pad podešenog ciljanog napona kada se koristi funkcija RSV.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.1.6. Smanjenje napona korištenjem RSV funkcije

2.2.

Regulacija jednog transformatora

U osnovi, regulacija napona na jednom transformatoru zahtjeva da se samo jedan napon između dvije faze (phase-to-phase) sa strane nižeg napona na transformatoru spoji na COLTC funkcionalni blok kao regulator napona. Ovaj napon može biti U12b, U23b ili U31b. Ukoliko je potrebna i kompenzacija napona na vodu potrebno je dovesti barem jednu faznu struju sa strane nižeg napona energetskog transformatora. Funkcija za mjerenje i blokadu struje prekoračenja je postavljena na strani višeg napona transformatora. Ukoliko se struja opterećenja mjeri samo na strani nižeg napona ona će se koristiti u ovu svrhu – za blokadu struje prekoračenja. Tabele 2.2.1. i 2.2.2. pokazuju postavke regulacije napona na jednom transformatoru. Pravilo je da postavke koje se ne koriste postavimo na nulu, kao npr. Ur, U x i RSV korak.

Tabela 2.2.1. Postavke pod: Control/COLTC/Setting group1/


Diplomski rad

Merima Fazlić

Tabela 2.2.2. Postavke pod: Control/COLTC/Control Setting/

Primjer 1: Osnovni parametri

Slika 2.2.1. prikazuje jedan transformator spojen na sabirnicu. Za stabilan napon na sabirnici slijedeći uslovi bi trebali bit ispunjeni: -

ciljani napon na sabirnici 20,5kV maskimalna propusna struja na sklopki 150 A (strana višeg napona) aktivacija detekcije prenapona na 22.5kV uključena podnaponska blokada indikacije promjene regulacione sklopke od 1 do 19.

Slika 2.2.1. ARN spojen na jedan transformator


Diplomski rad

Merima Fazlić

(2.2.) gdje je: InT – nazivna struja energetskog transformatora Sn – nazivna snaga energetskog transformatora Un – nazivni napon između dvije faze. Nazivna struja primara se računa na onoj strani na kojoj se nalazi strujni transformator, u ovom slučaju na strani višeg napona.

Nazivne vrijednosti strujnog i naponskog transformatora se ne podudaraju sa vrijednostima energetskog transformatora. Zbog toga se računaju faktori skaliranja za kanale na koje su strujni i naponski transformator povezani. Mjerenje struje

(2.3.) gdje je: Inmd – nazivna struja primara strujnog transformatora InT – nazivna struja energetskog transformatora, pa je: . Mjerenje napona

Faktor skaliranja za mjerenje napona se računa prema slijedećoj formuli:

(2.4.) gdje je: Unmd – nazivni napon primara naponskog transformatora UnT – nazivni napon energetskog transformatora, strana nižeg napona. .


Diplomski rad

Merima Fazlić

Podešavanje regulatora napona

Referentni napon U s se računa na osnovu ciljanog (target) nivoa napona sabirnice. . Propusni opseg ∆Us se može podesiti u skladu sa korakom napona na regulacionoj sklopki transformatora. Suviše mala vrijednost može imati za posljedicu nestabilnu ili previše osjetljivu regulaciju. Podešena vrijednost propusnosti ne bi trebala biti manja od pola koraka regulacione sklopke. Preporučena podešena vrijednost propusnosti je ista kao i napon koraka regulacione sklopke. ∆Us = 1,67%Un Da bi se izbjegla oštećenja regulacione sklopke prilikom prenapona, prekostrujna granica (engl. overcurrent limit) blokira rad regulatora napona.

Za slučaj kada se dosegne podešena prekostrujna granica regulator napona počinje davati brze naredbe za snižavanje napona sve dok je napon u okviru dozvoljenog opsega.

Ukoliko se jednom izmjeri pad napona ispod podešene donje dozvoljene granice, funkcija za podnaponsku granicu blokira rad regulatora. Zbog toga se kao podnaponska granica treba dati vrijednost koja neće biti dostignuta tokom normalnog rada transformatora. Zadana vrijednost od 0.70 Un se može koristiti u većini slučajeva. Pozicija regulacione sklopke će biti prikazana u opsegu od 1 do 19, gdje pozicija 1 predstavlja najniži napon, a 19 najviši napon. Primjer 2: Kompenzacija pada napona na vodu

U ovom primjeru transformator je povezan sa tri voda različite dužine i različitih padova napona. Odgovarajuće parametre za kompenzaciju pada napona na vodu, koji ne vode do prenapona najkraćim vodom ili podnapona preko najdužeg voda, treba pronaći. Napon na opterećenom kraju vodova (A, B i C) treba održavati oko vrijednosti od 20kV. Na slici ispod (slika 2.2.2.) je prikazana šema ovog zadatka. Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.2.2. Transformator povezan sa nekoliko vodova različite dužine

Otpornost i reaktansa korištene u ovom primjeru su R = 0,164 Ω/km, i X = 0,120Ω/km. Za početak, potrebno je izračunati ukupnu otpornost i reaktansu vodova. Vod 1 (line 1): dužina 21km RLine1 = 0,164 Ω/km x 21 km = 3,444 Ω XLine1 = 0,120 Ω/km x 21 km = 2,520 Ω Vod 2: dužina 14 km RLine2 = 0,164 Ω/km x 14 km = 2,296 Ω XLine2 = 0,120 Ω/km x 14 km = 1,680 Ω Vod 3: dužina 28 km RLine3 = 0,164 Ω/km x 28 km = 4,592 Ω XLine3 = 0,120 Ω/km x 28 km = 3,360 Ω. Budući da za sva tri voda imamo različite padove napona, moramo napraviti kompromisno rješenje. Generalno je najpovoljniji način izračun prosječne vrijednosti voda sa najvećim i najmanjim padom napona. U ovom primjeru to su vod 2 i vod 3.

. Vrijednosti R i X korištene za kalkulaciju parametara za kompenzaciju moraju se podijeliti i sa brojem vodova koji su spojeni na energetski transformator. U ovom slučaju to je 3, pa imamo: Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

R = 3,444 Ω/3 = 1,148 Ω X = 2,250 Ω/3 = 0,840 Ω. Sada je moguće izračunati parametre Ur i U x koristeći slijedeće formule:

(2.5.)

(2.6.) gdje je: InT – nazivna struja transformatora R – otpornost voda, Ω/faza X – reaktansa voda, Ω/faza Un – nazivni napon transformatora. Nazivna struja transformatora je: . Na osnovu ovoga slijedi:

.

2.3.

Paraleni rad

Pararelni rad transformatora zapravo znači da su dva ili više energetskih transformatora povezani na istu sabirnicu. Paralelni energetski transformatori moraju biti povezani na isti izvor. U ovakvom slučaju automatski regulator napona koristimo u odgovarajućem modu za paralelni rad. COLTC funkcionalni blok podržava tri različita moda za paralelni rad: Master/Follower mod – M/F (engl. glavni/sljedbenik); Minimizing Circulating Current mode – MCC (engl. mod za minimizaciju cirkulacijske struje) i Negative Reactance Principle – NRP mod (engl. princip negativne reaktanse). Da bi se izbjegao nepravilan rad u paralelnom modu, postavke svih paralelnih automatskih regulatora napona moraju biti iste. Međutim, podešavanje parametra stabilnosti koji se koristi u MCC ili NRP modu je proporcionalno nazivnoj struji energetskog transformatora. Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

Mod rada se bira putem parametra „Operation mode“. Aktuelni mod rada se može postaviti kao fiksan ili selektivan putem ulaza funkcionlanog bloka. Podešavanjem parametra „Op. mode inputs“ mod rada zavisi od stanja slijedećih ulaza funkcionalnog bloka: PARAL_MODE, AUTO_MAN i PARALLEL. Tabela 2.3.1. pokazuje različite vrijednosti ovih ulaza funkcionalnog bloka od kojih zavisi mod rada naponskog regulatora.

Tabela 2.3.1. Mod rada naposnkog regulatora

Ova tabela pokazuje primjer konfiguracije korištene za prebacivanje modova rada putem vanjskih prekidača spojenih na binarne ulaze BI9 i BI10. Binarni ulaz BI9 se koristi za prebacivanje na paralelni mod dok se ulaz BI10 koristi za automatski mod rada funkcionalnog bloka COLTC. Za indikaciju moda rada koristimo izlaz OPER_MODE.

Slika 2.3.1. Konfiguracija za prebacivanje između ručnog, paralelnog i automatskog moda rada

Izlaz OPER_MODE daje cjelobrojnu vrijednost između 0 i 6 predstavljajući tako aktuelni mod rada COLTC funkcionlanog bloka: 0 = nije u upotrebi 1 = ručni 2 = automatski, jedan (single) 3 = automatski, glavni (master) Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

4 = automatski, sljedbenik (follower) 5 = NRP 6 = MCC. Master / Follower (M/F) mod se može koristiti samo u slučajevima kada imamo

paralelne transformatore sa istim nazivnim vrijednostima i istim korakom napona regulacione sklopke. M/F mod rada znači da svi paralelni transformatori rade kao jedna cjelina. Glavni regulator upravlja svim sljedbenicima istovremeno sa „Podigni“ i „Spusti“ komandama. U osnovi, neograničen broj sljedbenika se može koristiti u ovom modu rada. Za jednostavnu M/F regulaciju napona neophodno je samo mjerenje napona. Kada se koristi ovaj mod rada preporučljivo je informaciju o poziciji regulacione sklopke prebaciti sa sljedbenika na glavnog, ili putem analognog signala ili putem LON komunikacije. To će automatski omogućiti „Out of step“ funkciju, a što će značiti da glavni regulator može da reguliše pojednačnog sljedbenika ukoliko je pozicija regulacione sklopke tog sljedbenika drugačija od njegove. „Out of step“ funkcija također zahtjeva da se komande „Podigni“ i „Spusti“ također dobijaju sa FLLW_CTRL izlaza sa glavnog COLTC funkcionalnog bloka. „Out of step“ funkcija omogućava da se koriste maksimalno četiri paralelna transformatora. Slika 2.3.2. predstavlja primjer konfiguracije koja se može koristiti i za glavni regulator i za sljedbenik. Informacija o položaju regulacione sklopke je povezana sa RTD1_6_AI1 i prebačena preko RTD1_6_AO1 izlaza kao mA signal. Isti ovaj signal je povezan sa RTD1_6_A12 ulazom paralelne jedinice. Shodno ovoj konfiguraciji nema razlike u tome koji je glavni regulator (master), a koji sljedbenik (follower).

Slika 2.3.2. Primjer M/F konfiguracije sa „Out of step“ funkcijom

Isti princip postavki parametara koji se koristi za rad sa jednim transformatorom može se ovdje primijeniti. Mod rada može biti podešen kao fiksan ili selektivan putem binarnih ulaza. Tabela 2.3.2. prikazuje mod rada za različite ulazne vrijednosti COLTC funkcionalnog bloka. Ovdje treba naglasti da u ovom modu rada može biti samo jedan glavni regulator (master).


Diplomski rad

Merima Fazlić

Tabela 2.3.2. Mod rada automatskog regulatora napona sa različitim postavkama

Funkcije kao što su LDC i RSV se također mogu koristiti u M/F modu. U ovom modu samo regulacija postavki glavnog regulatora (mastera) ima efekta. Sljedbenik ili sljedbenici će raditi u skladu sa „Podigni“ i „Spusti“ komandama datim od strane glavnog regulatora. Kada se koristi funkcija LDC, izračuni u funkcionalnom bloku COLTC se baziraju na ukupnoj struji svih paralelnih transformatora. Zbog toga broj sljedbenika mora biti poznat funkcionalnom bloku. Budući da su paralelni transformatori identični, ukupna struja se računa množenjem struje jednog transformatora sa ukupnim brojem paralelnih transformatora. Glavni COLTC funkcionalni blok može izračunati broj paralelnih transformatora na osnovu broja ulaza koji daju informaciju o položaju regulacione sklopke, a koji su povezani na njega. Ukoliko ipak ovi signali nisu spojeni na funkcionalni blok broj sljedbenika se mora podesiti na parametru „Parallel trafos“. Tačna postavka ovog broja je dakle važna za LDC funkciju. Primjer 3: M/F mod sa LON komunikacijom

Umjesto ožićavanja „Podigni“ i „Spusti“ signala na sve sljedbenike, kao i ožićavanja informacije o položaju regulacione sklopke na glavni transformator, postoji opcija da se koristi LON komunikacija između RET 54_ terminala. Ukoliko imamo samo jednog sljedbenika i jedan glavni regulator, LON komunikacija se može uspostaviti korištenjem samo jednog bloka RER 103 za svaki terminal RET 54_ i njihovim spajanjem pomoću optičkih kablova. Ukoliko ipak više od dvije jedinice rade paralelno onda nam je ipak potreban zvjezdasti spojnik RER 111. LON komunikacija također zahtjeva mapiranje LON čvorova na svakom RET 54_ terminalu. Za ovu svrhu se koristi alat pod nazivom LON Networt Tool (LNT 505). Kada je LON komunikcija konfigurisana potrebni su nam samo COMM_IN_ i COMM_OUT_ između glavnog regulatora i sljedbenika: jedan za prenos „Podigni“ i „Spusti“ komandi i jedan za informaciju o promjeni položaja regulacione sklopke transformatora. Slika 2.3.3. predstavlja primjer M/F konfiguracije sa LON komunikacijom između RET 54_ terminala. Konfiguracija COMM_IN_ i COMM_OUT_ su iste za glavni regulator i za sljedbenik, tako da nema razlike u tome koji od njih je postavljen za glavni regulator. Osnovni princip je u tome da je COMM_OUT1 izlaz sa glavnog regulatora povezan na COMM_IN1 ulaz sljedbenika. Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.3.3. Konfiguracija za slanje komandi „Podigni“ i „Spusti“ kao i informacije o položaju regulacione sklopke između glavnog regulatora i sljedbenika.

U ovom primjeru eksterni prekidači povezani na binarne ulaze terminala RET 54_ se koriste za odabir moda rada. Binarni ulazi su konfigurisani kao AUTO_MAN i PARALLEL ulazi COLTC funkcionalnog bloka. Kada se M/F mod rada koristi PARAL_MODE ulaz je postavljen na nulu.

Slika 2.3.4. Povezivanje dva naponska regulatora koja rade u paralelnom M/F modu

Na ovoj šemi (slika 2.3.4) su tri prekidača korištena za kontrolu moda rada dva automatska regulatora napona. Tabela 2.3.3. pokazuje kako položaj kontrolnih prekidača utječe na mod rada automatskog regulatora napona.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Tabela 2.3.3. Odabir moda rada putme kontrolnih prekidača

Minimizing circulating current (MCC) mod ili mod rada u kojem se minimizira

cirkulirajuća struja se može korisititi kada transformatori imaju iste ili različite nazivne vrijednosti, a regulacione sklopke imaju različite korake napona. MCC mod je također najbolje rješenje za kontrolu paralelnih transformatora sa različitim reaktivnim opterećenjima. Svrha ovog moda je da kontroliše napon opterećenja i minimizira cirkulirajuću struju između paralelnih transformatora. Cirkulirajuća struja je reaktivna struja koja se pojavljuje kada paralelni transformatori imaju različite napone, na primjer, pri različitim položajima regulacione sklopke. Veličina ove struje zavisi od razlike u naponima i impedanse paralelnih transformatora. Ova struja nema nikakvu korisnu ulogu. Ona samo povećava grijanje transformatora i gubitke također. U ovom modu, osim mjerenja napona i struje na strani nižeg napona transformatora, potrebna je i LON komunikacija između RET 54_ terminala. Informacije o amplitudi i faznom uglu koje su potrebne za izračun cirkulirajuće struje za svaki transformator se prenose putem LON komunikacije. Isti se princip podešavanja parametara automatskog regulatora koristi kao i kada je u pitanju rad sa jednim transformatorom. Ovaj mod zahtjeva da su svi paralelni automaski regulatori napona u MCC modu. Mod se može postaviti kao fiksan za sve paralelne automatske regulatore napona ili selektivan putem binarnih ulaza. Slika 4.4.5. predstavlja primjer konfiguraije gdje je mod odabran putem binarnih ulaza BI9 i BI10. Indikacija moda se može dobiti sa OPER_MODE izlaza. U ovom primjeru je mod rada prikazan na displeju i povezan na dva izlazna releja. U MCC modu CONN_STATUS ulaz mora se aktivirati. Ovaj ulaz se koristi da potvrdi da je transformator spojen na mrežu. Na slici 2.3.5. BI11 je konfigurisan kao CONN_STATUS ulaz. COLTC funkcionlani blok neće prenijeti informaciju drugom paralelnom automatskom regulatoru napona dok se ovaj ulaz (CONN_STATUS) ne aktivira.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.3..5. Konfiguracija za prebacivanje između ručnog, automatskog i MCC moda

Aktuelni mod rada je predstavljen tabelom 2.3.4. Ovdje treba naponenuti da PARAL_MODE ulaz mora imati vrijednost 1 kada se koristi MCC mod.

Tabela 2.3.4. Odabir moda rada putem kontrolnih prekidača

LDC i RSV funkcije se takođem mogu koristiti u ovom modu. Kada se LDC funkcija koristi izračuni se zasnivaju na ukupnoj struji transformatora povezanih u paralelu. COLTC funkcionalni blok može odrediti broj paralenih transformatora putem LON komunikacije i zahvaljujući tome ne treba vršiti prepravke postavki ako se jedan transformator izbaci iz funkcije. Za podešavanje osjetljivosti regulacije koristi se parametar Stability tj. parametar za stabilnost. Što je veća vrijednost ovog parametra to je i osjetljivost regulacije veća. Za prevelike vrijednosti ovog parametra regulator bi mogao davati kontrolne pulseve suviše često ili imati problema sa nalaženjem stabilne pozicije. Da bi se pronašle odgovarajuće postavke za parametar stabilnosti postavke treba početi sa stabilnošću od 10% od svih regulatora. Tada podesimo sve regulatore u MCC mod i čekamo dok ne dođu u stabilan položaj. Da bismo provjerili da li je odabrani koeficjent stabilnosti dovoljno dobar prebacimo jedan od regulatora u ručni mod i povećamo ili smanjimo napon za korak regulacione sklopke. Kada se regulator ponovo prebaci u automatski mod rada trebao bi se vratiti u početni položaj. Ukoliko se ipak regulaciona sklopka ne vrati u incijalni položaj potrebno je povećati iznos parametra stabilnosti. Istu proceduru je potrebno provesti za sve paralelne regulatore napona. Parametar Circ.curr.limit se koristi za blokiranje regulacije ukoliko izračunata cirkulirajuća struja pređe podešenu vrijednost. Kada se korisit MCC mod LON komunkacija između jedinica je neophodna. Barem COMM_CURR i COMM_ANGL izlazi moraju biti mapirani na paralelnim jedinicama. Slika 2.3.6. predstavlja primjer konfiguracije i ožićenja sa LON Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

komunikacijom između RET 54_ terminala. Ukoliko su tri ili četiri RET 54_ terminala spojena paralelno, nepohodan je zvjezdasti spojnik RER 111 sa SFIBER karticom.

Slika 2.3.6. Konfiguracija LON komunkacije za dva naponska regulatora koja rade u MCC modu

Primjer: MCC mod rada

Slika 2.3.7. prikazuje dva transformatora spojena u paralelu. Dva automatska regulatora rade u MCC modu. Mod rada je odabran koristeći tri prekidača: Auto/MAN Transformer 1, Auto/MAN Transformer 2 i Paraller prekidač. CONN_STATUS ulaz je automatski aktiviran kada se transformator poveže na sabirnicu. Konfiguracija za odabir moda rada je prikazana u tabeli 2.3.5.


Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.3.7. Ožićavanje paralelno spojenih regulatora napona koji rade u MCC modu

U ovom primjeru isti paralelni prekidač se koristi za oba automatska regulatora napona. Kada više od dva paralelna automatska regulatora napona rade u MCC modu paralelni mod rada bi se trebao moći odabrati za svaki ARN ponaosob. To obezbjeđuje odabir ručnog moda rada za jedan od regulatora dok ostali rade u paralelnom modu.

Tabela 2.3.5. Mod rada naponskog regulatora

Negative Reactance Principle (NRP) mod ili princip negativne reaktanse se

koristi kao alternativa MCC modu. Prednost rada u ovom modu se ogleda u tome da ovdje nije potrebno povezivanje ili komunikacija između RET 54_ terminala. Naponski regulatori rade neovisno jedan o drugom. Druga prednost je u tome da nazivne vrijednost paralelnih transformatora ne moraju biti identične. NRP mod izračunava cirkulirajuću struju poredeći izmjereni fazni ugao sa postavljenim faznim uglom opterećenja, pa je stoga važno da je fazni ugao opterećenja stabilan. Ukoliko fazni ugao optećenja odstupa od postavljenog napon će biti viši ili niži nego što je očekivano. Uz mjerenje napona u ovom modu, mjerenje struje na stani nižeg napona je također potrebno. Princip postavki automatskog regulatora napona je isti kao i kod rada sa jednim transformatorom. Mod rada se također može postaviti kao trajno fiksan ili selektivan putem binarnih ulaza, koristeći parametar za mod rada. Na slici 2.3.8. je prikazan primjer konfiguracije gdje je mod rada odabran putem binarnih impulsa. Indikacija moda rada se može dobiti sa OPER_MODE izlaza. Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.3.8. Konfiguracija za prebacivanje između ručnog, automatskog i NRP moda rada

Aktuelni mod rada je prikazan u tabeli 2.3.6 U NRP modu rada PARAL_MODE ulaz mora imati vrijednost 2.

Tabela 2.3.6. Odabir moda rada putem kontrolnih prekidača

LDC i RSV funkcije se također mogu koristiti u NRP modu. Kada se LDC parametri U x i Ur računaju struja I nT korištena u formulama mora biti suma nazivnih struja svih povezanih paralelnih transformatora. Parametar Load Phase angle je podešen u skladu sa faznim uglom opterećenja. Negativni ugao se koristi za kapacitivno opterećenje, a pozitivni za induktivno opterećenje. Da bi proces nadgledanja i kontrole napona bio stabilan, a struja cirkuliranja što manja, zadani fazni ugao opterećenja mora biti tačan, a fazni ugao opterećenja stabilan. Za podešavanje osjetljivosti regulacije koristi se parametar Stability tj. parametar za stabilnost. Što je veća vrijednost ovog parametra to je i osjetljivost regulacije veća. Za prevelike vrijednosti ovog parametra regulator bi mogao davati kontrolne pulseve suviše često ili imati problema sa nalaženjem stabilne pozicije. Odgovarajući parametar stabilnosti se podešava na isti način kao i u MCC modu rada. Parametar Circ.curr.limit se koristi za blokiranje regulacije ukoliko izračunata cirkulirajuća struja pređe podešenu vrijednost. Primjer: NRP mod rada

U slijedećem primjeru dva su transformatora povezana paralelno. Budući da nije potrebno ožićavanje između regulatora napona, transformatori se mogu nalaziti čak i u različitim podstanicama. Mod rada za svaki od automatskih regulatora napona je odabran putem dva prekidača: Auto/Man i Parallel. Primjer konfiguracije za odabir moda rada je prikazan na slici 2.3.9. Automatska regulacija napona na transformatoru ��

Diplomski rad

Merima Fazlić

Slika 2.3.9. Povezivanje dva paralelna regulatora koja rade u NRP modu

Paralelni prekidač se koristi za pebacivanja iz automatskog moda rada jednog u NRP mod rada pojedinog automatskog regulatora napona. Dodatni paralelni regulatori sa potpuno istom konfiguracijom i konekcijom se mogu dodati. Ovdje treba naglastiti da za rad u ručnom modu oba prekidača (i Auto/Man i Parallel) moraju biti otvorena. Tabela 4.10 pokazuje mod rada regulatora napona u skladu sa pozicijama prekidača (za prethodni primjer).

Tabela 2.3.7. Mod rada jednog od ARN-a u NRP modu rada

2.4.

Zaključak

U ovom poglavlju predstavljene su mogućnosti rada automatskog regulatora napona u vidu funkcionalnog bloka COLTC od ABB-a. Pokazano je da se način rada zasniva na onome koji je objašnjen u prvom poglavlju tj. da ovaj regulator napona reaguje po principu statičkog automatskog regulatora na promjenu regulacionog napona. Osim regulacije jednog transformatora, ovaj automatski regulator napona se koristi i za regulaciju napona na više transformatora odjednom, a to je tzv. paralelni rad regulatora. Paralelni rad regulatora je moguć u više modova rada, a koji ćemo od njih koristiti zavisi od parametara transformatora koji se koriste, tj. od toga da li su u pitanju transformatori sa istim nazivnim vrijednostima ili međusobno različitim, istim ili različitim korakom regulacione sklopke. Odabir moda rada i postavki regulatora zavisi i od potrebe za međusobnim ožićavanjem transformatora, položajem u istoj ili različitoj podstanici i slično. Svi modovi rada navedeni za ovaj regulator napona su praćeni konkretnim primjerima konfiguracije.


Automatska Regulacija Napona Na Transformatoru

Recommend Documents