Spenningsetting av transformator: Innkoblingsstrøm og koblingsspenninger ved ulike parametere

Abstract

Tilfeldig innkobling eller spenningssetting av transformatorer uten last, kan føre til redusert levetid på utstyr og leveringskvalitet i kraftnettet. I tillegg til det økonomiske perspektivet og driftssikkerheten, er dette også ugunstig med tanke på sirkulær økonomi og FNs bærekraftsmål 12; ansvarlig forbruk og produksjon. Kontrollert innkobling derimot, er teknologi som ideelt sett eliminerer de negative konsekvensene for levetiden og leveringskvaliteten. Denne teknologien kan også kalles PoW (Point on Wave) og baserer seg på å lukke effektbrytere i beste øyeblikk med hensyn til kretsens komponenter. Høye innkoblingsstrømmer kan gjøre like mye skader på transformatorviklingene som kortslutningsstrømmer. Transformatorer er en av de mest kostbare komponentene i en kraftstasjon, og reduksjon av skadelige innkoblingsstrømmer ved bruk av PoW teknologi kan derfor være et fornuftig livsforlengende tiltak. Teknologien til PoW må ta hensyn til en rekke faktorer. Dersom presisjonen til PoW ikke er god nok, kan ett gunstig innkoblingsøyeblikk gå over til et ugunstig innkoblingsøyeblikk, og da fungerer ikke det opprinnelige formålet til PoW. I anlegg hvor PoW benyttes er der en rekke ulike parametere som muligens også kan gi høye innkoblingsstrømmer og koblingsspenninger når en transformator uten last spenningssettes. Simuleringsstudier kan benyttes for å studere hver utvalgte parameter systematisk for å kartlegge deres innvirkning på innkoblingsstrømmer og koblingsspenninger. Ved hjelp av simuleringsprogramvare, er det kartlagt hvilke av de utvalgte parameterene som øker eller reduserer innkoblingsstrømmer og koblingsspenninger når en transformator uten last spenningssettes. Av de utvalgte simulerte parameterene er lukkevinkelen og gjenværende fluks i transformatorkjernen noen av de mest utslagsgivende parameterne. Lukkevinkel kan forklares som den elektriske fasevinkelen til spenningen, hvor effektbryteren lukker fasen eller fasene i kretsen. Innkobling av transformator i øyeblikket når spenningsbølgen krysser null gir høy innkoblingsstrøm og lav koblingsspenning, mens innkobling på spenningens bølgetopp gir motsatt utfall. Både lav innkoblingsstrøm og koblingsspenninger er derfor vanskelig å oppnå samtidig, men ikke umulig med rett innkoblingsøyeblikk og bruk av PoW. Simuleringene viser at presisjonen til PoW er avgjørende for å oppnå et tilstrekkelig gunstig resultat for å redusere transienter. Resultatet fra denne rapporten kan bidra til å øke levetiden på transformatoren og bedre leveringskvaliteten i nettet.

Arbitrary switching of no-load power transformer can lead to reduction of lifetime and power quality in the grid. In addition, the economical and operational reliability perspective, another downside is the lack of integrity to circular economy and FN 12’th Sustainability Goal; Sustainable consumption and production. Energizing no-load transformer without the downside of arbitrary switching, can be realized with controlled switching technology. This technology is called PoW (Point-on-Wave) and aim to reduce the unwanted stress that reduces lifetime of transformers. High inrush currents can constitute an equal extent of damage as short circuit current on the transformer windings. Power transformers are one of the most expensive equipment in sub-stations, and an increase in lifetime by lowering harmful stress is therefore beneficial. PoW equipment must take several factors into account. If the precision of PoW is not sufficient, a best instant can lead to a critical instant. In this way, the purpose of the technology does not reach its goal. There are many parameters in a sub-station where this technology is used, and it is conceivable that these parameters can lead to a positive or negative outcome of PoW or energizing in general. Simulations studies can be used to systematically study these parameters to identify its contributions. By help of simulation software, each parameter is identified with their contributions to inrush current and overvoltage, when a no-load transformer is energized. Both the value of phase power voltage angle and residual flux in the transformer core, has one of the biggest contributions to both high and low voltage and current transients. Closing the circuit breaker on voltage zero leads to high currents and low overvoltage. And closing circuit breaker on voltage peak leads to opposite results. Both low current and overvoltage is therefore hard to implement, but not impossible by choosing the right closing angle with respect to residual flux in the core and the use of PoW. Simulations show that the precision is crucial to get optimal results for lowering harmful transients. The results of this report can increase lifetime on transformers and power quality in the grid.