تپ چنجر تحت بار برای ترانسفورماتور های قدرت (بخش ۴)

۵- نمونه استراتژی تعمیرات، نگهداری و هزینه های عملیاتی برای OLTC های نوع خلاء مقاومت VACUTAP® VR®, V V® and VM®

ترانسفورماتورهای برق مجهز به OLTC اجزای اصلی شبکه های برقی هستند. قابلیت اطمینان عملیاتی این ترانسفورماتورها و OLTC های آنها از این جهت بسیار مهم است و باید در کل طول عمر آنها در سطح بالایی نگهداری شود. همانطور که در بالا نشان داده شد ، OLTC از نوع خلاء یک پیشرفت بزرگ برای فناوری تغییر تپ است ، با این حال ، OLTC خلاء از جمله تجهیزات سوئیچینگ مکانیکی است و به تعمیر و نگهداری نیاز دارد. اصل پیشگیری ، استراتژی نگهداری دوره ای برای تغییر تپ های روغنی در زیر بار بر اساس زمان خدمت یا تعداد عملیات است. فقط تعداد عملیات مربوط به OLTC های خلاء از نوع Reinhausen ، غوطه ور در روغن معدنی ترانسفورماتور مورد نیاز است. تعمیر و نگهداری بر اساس مدت زمان دیگر مورد نیاز و مرسوم نیست. به استثنای برنامه های خاص ، فواصل OLTC های روغنی در کاربرد ستاره ای که در ترانسفورماتورهای شبکه استفاده می شود معمولاً ۷ سال یا بین ۵۰،۰۰۰ تا ۱۰۰،۰۰۰ عملیات است. برای این برنامه ، زمان خدمت عامل تعیین کننده است. با توجه به طول عمر ترانسفورماتور ۴۰ سال ، ۵ مداخله جهت تعمیرات و نگهداری برای OLTC مورد نیاز است (شکل ۲۹ را ببینید).

هزینه های عملیاتی هنگام در نظر گرفتن برنامه های دلتا بیشتر هستند. بسته به شرایط مانند استفاده از OLTC از نوع روغنی در انتهای خط سیم پیچ و بهره برداری با / بدون بخش فیلتر روغن ، بین ۶ تا ۱۰ مداخله نگهداری لازم است (شکل ۳۲). بازه نگهداری برای OLTC های خلاء از نوع مقاومت معمولاً ۳۰۰۰۰۰ عملیات است. بنابراین برای ترانسفورماتور شبکه ، این به معنی عملکرد بدون تعمیر و نگهداری در طول عمر ترانسفورماتور (شکل ۳۲) است. اقدامات نگهداری لازم برای هر دو نوع تغییر تپ تقریباً یکسان است. تمرکز روی بررسی ها است ، به عبارت دیگر مقایسه تنش بین شرایط واقعی و شرایط مورد نظر اجزای مکانیکی و دی الکتریکی است.

اقدامات مورد نیاز بین بازه های نگهداری OLTC های از نوع خلاء حداقل است و می توان به راحتی با بازرسی معمول ترانسفورماتور ترکیب شود و دامنه کار زیر را شامل شود:

• بررسی بصری واحد درایو موتور
• تست محافظت از رله محافظ تعویض تپ
• نظارت بر روغن تغییر تپ (قدرت دی الکتریک و محتوای آب معیارهای تعیین کننده هستند)
• بررسی منظم سیستم تنفس (ژل سیلیس)

جدای از هزینه های تعمیر و نگهداری مستقیم OLTC ، کلیه هزینه های مربوط به حمل و نقل و تجهیزات ویژه باید مورد توجه قرار گیرد. صرفه جویی قابل توجهی نیز می تواند با از بین بردن نیاز به سیستم های تصفیه بر روی خط ، که امروزه برای OLTC های معمولی استفاده می شود ، حاصل شود. این یک واقعیت اجتناب ناپذیر است که یک سیستم تصفیه بصورت آنلاین هزینه های عملیاتی را در طول عمر ترانسفورماتور ، علاوه بر سرمایه گذاری شروع ، ایجاد می کند.

علاوه بر صرفه جویی شدید در هزینه های نگهداری و بهره برداری ، ملاحظات مربوط به هزینه چرخه عمر چندین مزیت اضافی را برای کاربران نهایی ارائه می دهد:

• در دسترس بودن طولانی تر و بدون وقفه ترانسفورماتور
• تدارکات تعمیر و نگهداری ساده
• حمایت از منابع زیست محیطی و طبیعی به دلیل کاهش تغییرات روغن و فرآورده های جانبی و کنتاکت های فرسوده
• طول عمر ۴۰ سال
• بیش از ۳۰۰،۰۰۰ عملیات VACUTAP® بدون تعمیر و نگهداری

عملکرد تعمیر و نگهداری در طول عمر برای برنامه های معمولی شبکه

شکل ۳۲

6. انتخاب تپ چنجر با قابلیت عملکرد در زیر بار

۶٫۱ الزامات عمومی

در صورت برآورده شدن شرایط لازم برای بهره برداری و آزمایش کلیه شرایط سیم پیچ ترانسفورماتور مربوطه ، انتخاب یک OLTC خاص ، بهره وری فنی و اقتصادی بهینه خواهد داشت. به طور کلی ، حاشیه ایمنی معمول لازم نیست رعایت شود زیرا آن دسته از OLTC هایی که مطابق با استانداردهای IEEE و IEC طراحی ، آزمایش و انتخاب می شوند [۴] ، [۵] ، [۱۵] قابل اطمینان ترین هستند. همچنین به [۱۶] ، [۱۷] ، [۱۸] و [۱۹] مراجعه کنید.

برای انتخاب OLTC مناسب ، داده های کلیدی زیر سیم پیچ ترانسفورماتور مربوطه باید شناخته شوند:

• نرخ MVA
• اتصال سیم پیچ (برای اتصال wye ، delta یا singlephase)
• ولتاژ نامی و محدوده تنظیم کننده
• تعداد موقعیت های تپ سرویس
• سطح عایق به زمین
• پالس صاعقه و ولتاژ فرکانس قدرت عایق داخلی

داده های عملیاتی OLTC زیر ممکن است از این اطلاعات بدست آمده باشد:

• دارای جریان نامی: Iu
• دارای گام ولتاژ نامی: Ui
• دارای ظرفیت گام نامی: Pst = Ui * Iu

و تعویض تپ مناسب را می توان تعیین کرد:

• نوع OLTC
• تعداد قطب ها
• سطح ولتاژ اسمی OLTC
• سطح اندازه / عایق انتخابگر تپ
• نمودار اتصال اولیه

در صورت لزوم ، ویژگی های زیر برای تپ چنجر باید بررسی شوند:

• ظرفیت شکستن
• قابلیت اضافه بار
• جریان اتصال کوتاه (باید در مورد برنامه های تغییر فاز بررسی شود)
• عمر کنتاکت

علاوه بر این ، دو تنش اصلی OLTC زیر ناشی از چیدمان و کاربرد طراحی ترانسفورماتور باید بررسی شود:

۶٫۲ اتصال پتانسیل سیم پیچ تپ در طول عملیات تغییر

در حین کار چنج اور معکوس یا بزرگ ، سیم پیچ تپ لحظه ای از سیم پیچ اصلی جدا می شود. در این مرحله پتانسیل را فرض می کند که با ولتاژ سیم پیچ های مجاور و همچنین ظرفیت های اتصال به این سیم پیچ ها و قسمت های زمین شده تعیین می شود. به طور کلی، این پتانسیل با پتانسیل سیم پیچ تپ قبل از عملیات انتخاب چنج اور متفاوت است. ولتاژهای دیفرانسیل عبارتند از ولتاژهای بازیابی در کنتاکت های باز شونده چنج اور ، و در هنگام رسیدن به یک سطح بحرانی ، می‌توانند باعث تخلیه های غیرقابل قبول در انتخابگر چنج اور شوند. اگر این ولتاژها از یک مقدار حد معین (بیش از سری محصول خاص ، ولتاژهای حد مجاز در دامنه ۱۵ کیلوولت تا ۳۵ کیلو ولت) بیشتر باشد ، اندازه ها باید طبق کنترل پتانسیل سیم پیچ تپ انتخاب شوند. به خصوص در مورد ترانسفورماتورهای تغییر فاز با تنظیم در انتهای خط (مثل شکل ۹) ، ولتاژهای ریکاوری بالا به دلیل ترتیب سیم پیچ ممکن است رخ دهد. شکل ۳۳ یک ترتیب سیم پیچ معمولی PST را مطابق شکل ۹ نشان می دهد. شکل ۳۳ ب نمودار این ترتیب را بدون محدودیت اقدامات نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود ، ولتاژهای ریکاوری که در کنتاکت های انتخاب کننده تغییر ظاهر می شوند ، در محدوده ولتاژ سیستم در منبع و سمت بار هستند. قطعاً OLTC تحت چنین شرایطی قابل اجرا نیست. این واقعیت باید در مرحله برنامه ریزی طراحی PST [2] ، [۳] ، [۴] ، [۶] ، [۱۵] در نظر گرفته شود.

شکل ۳۳: ترانسفورماتور تغییر فاز ، مدار همانطور که در شکل ۹ نشان داده شده است.

الف) ترتیب سیم پیچ معمولی با دو سیم پیچ تپ

ب) ولتاژ بازیابی (Ur + ، Ur-) برای سیم پیچ های تپ ۱ و ۲ (نمودار فازوری)

شکل ۳۴: ترانسفورماتور تغییر فاز ، مدار همانطور که در شکل ۹ نشان داده شده است.

الف) ترتیب سیم پیچ با دو سیم پیچ تپ و صفحه

ب) ولتاژ بازیابی (Ur + ، Ur-) برای سیم پیچ های تپ ۱ و ۲ (نمودار فازوری)

شکل ۳۵: روش های اتصال پتانسیل ( چنج اور معکوس انتخابگر در موقعیت میانی)

الف) مقاومت RP گره ثابت

ب) با سوئیچ پتانسیل SP و گره مقاومت RP کراوات

شکل ۳۶: ترانسفورماتور تغییر فاز – عملکرد تغییر با استفاده از سوئیچ پیشرفته

سه روش برای حل مسئله فوق وجود دارد:

۱٫ یکی از راه های کاهش ولتاژ ریکاوری ، نصب صفحات بین سیم پیچ ها است. این صفحه باید پتانسیل کنتاکت با انتخاب کننده تغییر مکان متحرک را برخوردار باشد (شکل ۹). شکل ۳۴ و ۳۴ ب را ببینید.

۲٫ راه دوم اتصال سیم پیچ تپ به پتانسیل ثابت توسط یک مقاومت ثابت (مقاومت گره) یا توسط یک مقاومت است که فقط در طول عملکرد انتخاب کننده تغییر تپ با استفاده از یک سوئیچ پتانسیل وارد مدار می شود. این مقاومت معمولاً به وسط سیم پیچ تپ و به ترمینال جریان OLTC (شکل ۳۵) وصل می شود.

۳- احتمال سوم استفاده از سوئیچ عقب نگهدارنده (ARS) به عنوان انتخاب کننده تغییر تپ است (شکل ۳۶). این واحد اضافی اجازه می دهد تا عملیات تغییر در دو مرحله و بدون وقفه انجام شود. به این ترتیب ، سیم پیچ تپ در طول کل عملیات تغییر به پتانسیل مورد نظر متصل می شود. از آنجا که این روش نسبتاً پیچیده است ، فقط برای PST های توان بالا استفاده می شود.

روش متداول برای اتصال احتمالی سیم پیچ ها استفاده از مقاومت گره است. اطلاعات بعدی برای ابعاد مقاومت های گره لازم است:

• کلیه داده های مشخصه ترانسفورماتور مانند: توان ، ولتاژهای بالا و کم با دامنه تنظیم ، اتصال سیم پیچ ، سطح عایق
• طراحی سیم پیچ ، محل سیم پیچ تپ در رابطه با سیم پیچ های مجاور یا قطعات سیم پیچ (در مورد سیم پیچ های لایه)
• ولتاژ در سیم پیچ ها و موقعیت الکتریکی سیم پیچ ها در ترتیب سیم پیچ ترانسفورماتور که در مجاورت سیم پیچ تپ است
• ظرفیت بین سیم پیچ تپ و سیم پیچ های مجاور یا قطعات سیم پیچ
• ظرفیت بین سیم پیچ تپ و زمین یا در صورت وجود، سیم پیچ های مجاور زمینی
• تنش ضربه در نیمی از سیم پیچ
• ولتاژ فرکانس توان سرویس و تست در سراسر نیمی از سیم پیچ تپ

۶٫۳ اثرات امپدانس نشتی سیم پیچ تپ / سیم پیچ بزرگ در حین کار سوئیچ مبدل هنگام عبور از موقعیت میانی OLTC از نوع مقاومت [۶] ، [۱۵].

در حین کار سوئیچ مبدل (سوئیچ قوس الکتریکی) از انتهای سیم پیچ تپ به انتهای سیم پیچ بزرگ و بالعکس (عبور از موقعیت میانی ، شکل ۳۷) ، تمام دور های سیم پیچ تپ و سیم پیچ بزرگ در مدار قرار داده شده است. این امر باعث می شود مقدار امپدانس نشتی قابل ملاحظه ای بالاتر از عملکرد در طول سیم پیچ تپ باشد که در آن تنها امپدانس نشتی ناچیز در یک مرحله مرتبط است (شکل ۳۷ ب). مقدار امپدانس بالاتر در حالت سری با مقاومتهای گذار تأثیری در جریان گردشی دارد که از طریق سیم پیچ بزرگ و سیم پیچ تپ در عملیات سوئیچ مبدل در جهت مخالف جریان می یابد. در نتیجه تغییر فاز بین جریان و ولتاژ بازیابی در کنتاکت های انتقال سوئیچ مبدل صورت می گیرد و ممکن است منجر به یک زمان قوس الکتریکی طولانی شود. برای اطمینان از انتخاب بهینه و سازگاری OLTC با این شرایط بهره برداری ، لازم است امپدانس نشتی سیم پیچ بزرگ و سیم پیچ تپ متصل به صورت سری را مشخص کنید.

شکل ۳۷: اثر امپدانس نشتی ساختار سیم پیچ بزرگ / سیم پیچ تپ

الف) عملیات از طریق موقعیت میانی

ب) عملیات از طریق هر موقعیت تپ در کنار موقعیت میانی

7. نتیجه گیری

در حال حاضر، هیچ جایگزینی برای تنظیم ترانسفورماتورها پیش بینی نشده است. بنابراین تعویض تپ نقش اساسی را در عملکرد بهینه شبکه های الکتریکی و فرآیندهای صنعتی در آینده ای قابل پیش بینی بازی خواهد کرد. فن آوری تغییر تپ معمولی به سطح بسیار بالایی رسیده است و قادر است بسیاری از نیازهای تولید کنندگان ترانسفورماتور را برآورده کند. این امر در مورد همه زمینه های ولتاژ و توان امروز اعمال می شود که احتمالاً در آینده قابل پیش بینی بدون تغییر باقی می مانند. بسیار بعید است که در نتیجه تکانه های جدید در توسعه  قدرت بیشتر و ولتاژهای بالاتر مورد نیاز باشد. امروزه نگرانی اصلی بر رفتار خدمات و همچنین قابلیت اطمینان تغییر تپ ها و نحوه حفظ این قابلیت اطمینان در سطح بالا به طور مداوم در طول چرخه زندگی ترانسفورماتور تنظیم شده است. در حال حاضر و همچنین در آینده ای قابل پیش بینی ، اجرای صحیح فناوری خلاء در OLTC ها بهترین فرمول را برای کیفیت ، قابلیت اطمینان و اقتصادی بودن شرایط فراهم می کند که می توان برای طراحی بدون تعمیر و نگهداری در زمینه OLTC ها به دست آورد. فن آوری سوئیچینگ خلاء ، نیاز به سیستم تصفیه بر روی خط را به طور کامل از بین می برد و با افزایش دسترسی به ترانسفورماتور و لجستیک تعمیر و نگهداری ساده ، خرابی را کاهش می دهد. همه اینها به صرفه جویی قابل توجهی برای کاربر نهایی تبدیل می شود. در نتیجه، مفاهیم امروزی طراحی OLTC ها – مقاومت و نوع OLTC های راکتور – بیشتر و بیشتر بر روی قطع کننده های خلاء وابسته است. فناوری خلاء مورد استفاده در OLTC ها در واقع طراحی مدرن امروز و فردا است. توسعه مایعات جایگزین جدید برای استفاده در ترانسفورماتورها مانند استرهای طبیعی و مصنوعی منجر به بروز چالش های جدید می شود. با استفاده از فناوری تعویض تپ خلاء در OLTC ها می توان از این مایعات استفاده کرد. امروزه عمدتا ترانسفورماتورها تا محدوده متوسط ​​(<100 MVA) را تنظیم می کنند که با مایعات عایق جایگزین مورد استفاده در دسترس هستند. در برنامه های برون مرزی مانند مزارع بادی و سکوهای حفاری با توجه به افزایش تقاضا ، این برنامه ها ممکن است در آینده به ترانسفورماتورها و مبدل های تغییر تپ با رتبه های بالاتر نیز گسترش یابد. به عنوان گزینه ای برای مایعات عایق جایگزین ، ترانسفورماتور توزیع نوع خشک با تنظیم چندین سال در دسترس است. OLTC با قطع کننده های خلاء در هوا کار می کند. این ترانسفورماتورها برای مصارف داخلی با خطر آتش سوزی شدید و یا الزام آلودگی مورد استفاده قرار می گیرد ، همانطور که در کلانشهرها و مناطق ویژه صنعتی وجود دارد. گروه Reinhausen با داشتن طیف گسترده ای از محصولات خاص و خدمات سفارشی ، راه حل های معتبر و اقتصادی را برای تولید و اتصال به شبکه کارآمد و همچنین برای فرآیندهای صنعتی فراهم می کند.