Фазоповоротные трансформаторы и их использование

28.09.2018

В сетях переменного тока потоки активной мощности в линиях пропорциональны синусу угла фазового сдвига между векторами напряжений источника электрической энергии, расположенного в начале линии и приемника электрической энергии, который расположен в конце линии.

Так, если рассмотреть сеть линий, отличающихся по передаваемой мощности, то можно перераспределить потоки мощности между линиями этой сети, специально меняя величину угла фазового сдвига между векторами напряжений источника и приемника в одной или нескольких линиях рассматриваемой трехфазной сети.

Это делается для того, чтобы загрузить линии наиболее благоприятным для них образом, чего в обычных случаях зачастую не бывает. Естественное распределение потоков мощности таково, что приводит к перегрузкам маломощных линий, при этом возрастают потери электроэнергии, а пропускная способность мощных линий ограничивается. Возможны и другие вредные для электротехнической инфраструктуры последствия.

Принудительное, целенаправленное изменение величины угла фазового сдвига между вектором напряжения источника и вектором напряжения приемника осуществляет вспомогательное устройство - фазоповоротный трансформатор .

В литературе встречаются названия: фазосдвигающий трансформатор или кросс-трансформатор . Он представляет собой трансформатор специальной конструкции, и предназначен непосредственно для управления потоками как активной, так и реактивной мощностей в трехфазных сетях переменного тока различных масштабов.

Главное же преимущество фазоповоротного трансформатора в том, что в режиме максимальной нагрузки он способен разгрузить наиболее загруженную линию, перераспределив потоки мощности оптимальным образом.

Фазоповоротный трансформатор включает в себя два отдельных трансформатора: последовательный трансформатор и параллельный трансформатор. Параллельный трансформатор имеет первичную обмотку, выполненную по схеме «треугольник», которая нужна для организации системы трехфазных напряжений со сдвигом по отношению к фазным напряжениям на 90 градусов, и вторичную обмотку, которая может быть выполнена в виде изолированных фаз с блоком отпаек с заземленным центром.

Фазы вторичной обмотки параллельного трансформатора подключаются через выход переключателя блока отпаек к первичной обмотке последовательного трансформатора, которая, как правило, выполняется по схеме «звезда» с заземленной нейтралью.

Вторичная обмотка последовательного трансформатора, в свою очередь, выполняется в виде трех изолированных фаз, включаемых каждая последовательно в рассечку соответствующего провода линии, соотносящегося по фазе так, что к вектору напряжения источника добавляется компонента, сдвинутая по фазе на 90 градусов.

Так на выходе линии получается напряжение, равное сумме векторов напряжений источника питания и дополнительного вектора квадратурной компоненты, которую вносит фазоповоротный трансформатор, то есть в результате меняется фаза.

Амплитуду и полярность вносимой квадратурной составляющей, которую создает фазоповоротный трансформатор, можно менять, для этого предусмотрена возможность регулировки блока отпаек. Так происходит изменение на необходимую величину угла фазового сдвига между векторами напряжений на входе линии и на ее выходе, связанное с режимом работы конкретной линии.

Стоимость установки фазоповоротных трансформаторов довольно велика, однако затраты окупаются благодаря оптимизации условий работы сети. Это особенно актуально для мощных линий электропередач.

В Великобритании фазоповоротные трансформаторы начали применять еще в 1969, во Франции их устанавливают начиная с 1998 года, с 2002 года началось внедрение в Голландии и Германии, в 2009 – в Бельгии и Казахстане.

В России пока нет ни одного установленного фазоповоротного трансформатора, однако проекты есть. Мировой опыт применения фазоповоротных трансформаторов в названных странах однозначно свидетельствует о повышении эффективности работы электрических сетей благодаря управлению энергопотоками с применением фазоповоротных трансформаторов для оптимального их распределения.