1 Номинальные напряжения СЭС

2 Источники питания

3 Схемы замещения КЛ

4 Пункты приема ЭЭ

5 Схемы замещения трансформаторов

Двухобмоточный трансформатор (рисунок 1, а) можно представить в виде Г-образной схемы замещения (рисунок 1, б).

Продольная часть схемы замещения содержит r_т и x_т – активное и реактивное сопротивления трансформатора. Эти сопротивления равны сумме соответственно активных и реактивных сопротивлений первичной и приведенной к ней вторичной обмоток. В такой схеме замещения отсутствует трансформация, т.е. отсутствует идеальный трансформатор, но сопротивление вторичной обмотки приводится к первичной. При этом приведении сопротивление вторичной обмотки умножается на квадрат коэффициента трансформации. Если сети, связанные трансформатором, рассматриваются совместно, причем параметры сетей не приводятся к одному базисному напряжению, то в схеме замещения трансформатора учитывается идеальный трансформатор.

а – условное обозначение; б – Г-образная схема замещения; в – упрощенная схема замещения

Рисунок 1 – Двухобмоточный трансформатор

Поперечная ветвь схемы (ветвь намагничивания) состоит из активной и реактивной проводимостей g_т и b_т. Активная проводимость соответствует потерям активной мощности в стали трансформатора от тока намагничивания I_µ. Реактивная проводимость определяется магнитным потоком взаимоиндукции в обмотках трансформатора.

В расчетах электрических сетей двухобмоточные трансформаторы при U_в.ном≤220 кВ представляют упрощенной схемой замещения (рисунок 1, в). В этой схеме вместо ветви намагничивания учитываются в виде дополнительной нагрузки потери мощности в стали трансформатора или потери холостого хода ΔP_х+jΔQ_х.

Для каждого трансформатора известны следующие параметры (каталожные данные): S_ном – номинальная мощность, МВ·А; U_в.ном, U_н.ном –номинальные напряжения обмоток высшего и низшего напряжений, кВ; ΔP_х – активные потери холостого хода, кВт; Iх% – ток холостого хода, % I_ном; ΔP_к – потери короткого замыкания, кВт; u_к% – напряжение короткого замыкания, % U_ном. По этим данным можно определить все параметры схемы замещения трансформатора (сопротивления и проводимости), а также потери мощности в нем.

Проводимости ветви намагничивания определяются результатами опыта холостого хода (XX). В этом опыте размыкается вторичная обмотка, а к первичной подводится номинальное напряжение. Ток в продольной части схемы замещения равен нулю, а к поперечной приложено U_ном (рисунок 2, а). Трансформатор потребляет в этом режиме только мощность, равную потерям холостого хода, т.е. (рисунок 2, б):

.

Проводимости, См, определяются следующими выражениями:

, (2.1)

, (2.2)

где напряжения выражены в киловольтах, а мощности – в мегаваттах и мегаварах.

а, б – опыт холостого хода: в, г – опыт короткого замыкания

Рисунок 2 – Схемы опытов холостого хода и короткого замыкания

Потери активной мощности в стали определяются в основном напряжением и приближенно предполагаются не зависящими от тока и мощности нагрузки ( и ). В схеме на рисунке 1, б постоянна и равна каталожному значению. Ток намагничивания в трансформаторе имеет очень маленькую активную составляющую:

,

где – реактивная составляющая .

Поэтому

(2.3)

Отметим, что намного меньше, чем , и полная мощность трансформатора в режиме холостого хода приближенно равна намагничивающей мощности .

С учетом (2.3) проводимость определяется так:

(2.2а)

Сопротивления трансформатора r_т и x_т определяются по результатам опыта короткого замыкания (КЗ). В этом опыте замыкается накоротко вторичная обмотка, а к первичной обмотке подводится такое напряжение, при котором в обеих обмотках трансформатора токи равны номинальному. Это напряжение и называется напряжением короткого замыкания (рисунок 2, б и г). Потери в стали в опыте короткого замыкания очень малы, так как намного меньше . Поэтому, приближенно считают, что все потери мощности в опыте КЗ идут на нагрев обмоток трансформатора, т. е.

(2.4)

и

(2.5)

В современных мощных трансформаторах << и . Из опыта КЗ (рисунок 2, в)

Умножая последнее выражение на , после преобразований получим

В (2.4), (2.5) сопротивления получаются в омах при подстановке напряжений в киловольтах, а мощностей – в мегавольт-амперах и в мегаваттах.

Потери активной мощности в r_т зависят от тока и мощности нагрузки и . Эти потери равны

Если подставить в последнее выражение из (2.4) и учесть, что , то получим

. (2.6)

Потери реактивной мощности в аналогично (2.6) определяются так:

(2. 7)

Для трансформатора, через который проходят ток нагрузки и мощность , потери мощности с учетом (2.3), (2.6) и (2.7) равны

, (2. 8)

. (2.9)

Если на подстанции с суммарной нагрузкой работают параллельно k одинаковых трансформаторов, то их эквивалентные сопротивления в k раз меньше и равны , ,а проводимости в k раз больше, т.е. равны , . Если учесть это в выражениях (2.9), (2.3), (2.6), (2.7), то получим следующие выражения для потерь мощности:

, (2.10)

, (2.11)

Эти же выражения можно получить и другим способом. Если подставить в (2.6), (2.7) вместо поток мощности, текущей через каждый трансформатор и равной , то получим потери мощности в одном трансформаторе. Умножим их на k и получим выражения (2.8), (2.10) для потерь мощности в k параллельно работающих трансформаторах.

2.3. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы. Во многих случаях на подстанции нужны три номинальных напряжения – высшее , среднее и низшее . Для этого можно было бы использовать два двухобмоточных трансформатора (рисунок 3, а). Более экономично, чем два двухобмоточных, применять один трехобмоточный трансформатор (рис. 2.6, б), все три обмотки которого имеют магнитную связь (рис. 2.7, а). Еще более экономично применение трехобмоточных автотрансформаторов, условное обозначение которых в схемах электрических сетей приведено на рис. 2.6, в.

а - два двухобмоточных трансформатора; б –трехобмоточный трансформатор; в – автотрансформатор

Рисунок 3 – Схемы подстанций с тремя номинальными напряжениями

а, б – схемы соединения обмоток; в, г – Г-образная и упрощенная схемы замещения; д – схема опыта КЗ (ВН)

Рисунок 4 – Трехобмоточный трансформатор и автотрансформатор

Схема соединения обмоток автотрансформатора показана на рисунок 4, б. Обмотка низшего напряжения магнитно связана с двумя другими. Обмотки же последовательная и общая (П и О на рисунке 4, б) непосредственно электрически соединены друг с другом и, кроме того, имеют магнитную связь. По последовательной обмотке течет ток , а по общей – ( ). Номинальной мощностью автотрансформатора называют мощность, которую автотрансформатор может принять из сети высшего напряжения или передать в эту сеть при номинальных условиях работы:

(2.12)

Эта мощность также называется проходной. Она равна предельной мощности, которую автотрансформатор может передать из сети высшего напряжения в сеть среднего напряжения и наоборот при отсутствии нагрузки на обмотке низшего напряжения.

Последовательная обмотка П рассчитывается на типовую мощность

(2.13)

где – коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз меньше .

Напряжение общей обмотки меньше , ток в ней равен , поэтому ее мощность меньше . Можно показать, что мощность общей обмотки равна типовой.

Обмотка низшего напряжения также рассчитывается на или на мощность меньше . Ее номинальная мощность выражается через номинальную мощность автотрансформатора так:

(2.13а)

где для кВ 0,4; 0,5.

В трехобмоточном трансформаторе все три обмотки имеют мощность . В автотрансформаторе общая и последовательная обмотки рассчитаны на типовую мощность < , а обмотки низшего напряжения – на < . Таким образом, через понижающий автотрансформатор можно передать мощность, большую той, на которую выполняются его обмотки. Чем меньше коэффициент выгодности , тем более экономичен автотрансформатор по сравнению с трехобмоточным трансформатором. Чем ближе номинальные напряжения на средней и высшей сторонах автотрансформатора, тем меньше и тем выгоднее использовать автотрансформатор. При .

Схема замещения трехобмоточного трансформатора и автотрансформатора с >220кВ приведена на рисунке 4, в, а с кВ – на рисунке 4, г. Как и для двухобмоточкого трансформатора, в такой схеме замещения отсутствуют трансформации, т.е. идеальные трансформаторы, но сопротивления обмоток низшего и среднего напряжений приводят к высшему напряжению. Такое приведение соответствует умножению на квадрат коэффициента трансформации. Потери холостого хода и определяются так же, как и для двухобмоточного трансформатора. Потери – известная каталожная величина, а определяются из выражения (2.4) по каталожному значению %. Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов задаются три значения потерь короткого замыкания по парам обмоток и три напряжения короткого замыкания по парам обмоток . Каждое из каталожных значений и относится к одному из трех возможных опытов короткого замыкания. Значения и определяются при замыкании накоротко обмотки низшего напряжения при разомкнутой обмотке среднего напряжения и подведении к обмотке высшего напряжения такого напряжения , чтобы ток в обмотке низшего напряжения трансформатора был равен номинальному. Схема этого опыта КЗ приведена на рисунке 4, д. Ненагруженная обмотка среднего напряжения изображена штрихами, чтобы подчеркнуть, что ток в ней равен нулю. Аналогично опыту КЗ для двухобмоточного трансформатора из данного опыта КЗ можно определить сумму сопротивлений обмоток высшего и низшего напряжений:

. (2.14)

Соответственно для опытов КЗ по другим обмоткам справедливы аналогичные выражения:

, (2.15)

. (2.16)

В уравнениях (2.12) – (2.16) три неизвестных – активные сопротивления обмоток трансформатора . Решив эти три уравнения с тремя неизвестными, получим выражения, аналогичные (2.12):

, (2.17)

, (2.18)

. (2.19)

В (2.17) – (2.19) величины , соответствующие лучам схемы замещения, определяются по каталожным значениям потерь КЗ для пар обмоток:

, (2.20)

, (2.21)

(2.22)

Аналогично этому по каталожным значениям напряжении КЗ для пар обмоток определяются напряжения КЗ для лучей схемы замещения :

(2.23)

(2.24)

(2.25)

По найденным значениям определяются реактивные сопротивления обмоток по выражениям, аналогичным (2.13) для двухобмоточного трансформатора. Реактивное сопротивление одного из лучей схемы замещения трехобмоточного трансформатора (обычно среднего напряжения) близко к нулю.

Все современные трехобмоточные трансформаторы выпускаются с одинаковыми номинальными мощностями обмоток. Для ранее выпускавшихся трансформаторов, имеющих различные мощности отдельных обмоток, каталожные значения , для пар обмоток должны быть приведены к одной мощности (обычно к мощности обмотки высшего напряжения). Приведение производится пропорционально отношению мощностей обмоток, а приведение – пропорционально квадрату этого отношения.

Для автотрансформаторов дополнительно указывается номинальная мощность обмотки низшего напряжения в долях номинальной мощности автотрансформатора, т.е. (2.13а). Значения для пар обмоток приведены к напряжению обмотки ВН и отнесены к . Значения отнесены к номинальной мощности автотрансформатора , а и – к номинальной мощности обмотки низшего напряжения, т.е. к . Эта особенность записи параметров определяется условиями опыта КЗ автотрансформаторов. Например, при КЗ (ВН) напряжение на обмотке ВН поднимается до такого значения, при котором в закороченной обмотке низшего напряжения, рассчитанной на , ток будет соответствовать не , а . При КЗ (ВС) ток в последовательной обмотке (рисунок 4,6) поднимается до значения, соответствующего (см. (2.22).

Приведенные к разным мощностям паспортные значения для пар обмоток автотрансформатора необходимо привести к одной мощности – номинальной. Как отмечалось выше, это приведение пропорционально отношению квадратов мощностей обмоток:

(2.26)

(2.27)

6 ГПП

7 Типы цеховых подстанций

8 Источники компенсации реактивной мощности в СЭС.

9 Принципы выбора СЭС.

10 Электрические параметры СЭС.

При анализе работы сети различают параметры элементов сети и параметры ее режимов. Параметрами элементов электрической сети являются сопротивления и проводимости, коэффициенты трансформации. К параметрам сети также относят электродвижущую силу (э.д.с.) источников и задающие токи (мощности) нагрузок. К параметрам режима относятся: значениячастоты, токов в ветвях, напряжений в узлах, фазовых углов, полной, активной и реактивной мощностей электропередачи, а также значения, характеризующие несимметрию трехфазной системы напряжений или токов и несинусоидальность изменения напряжения и токов в течение периода основной частоты.

Под режимом сети понимается ее электрическое состояние.

Различают следующие возможные режимы работы электрических сис-

тем.

При работе в нормальном установившемся режиме значения основных параметров (частоты и напряжения) равны номинальным или находятся в пределах допустимых отклонений от них, значения токов не превышают допустимых по условиям нагревания величин. Нагрузки изменяются медленно, что обеспечивает возможность плавного регулирования работы электростанций и сетей и удержание основных параметров в пределах допустимых

норм. Отметим, что нормальным считается режим и при включении и отклю- чении мощных линий или трансформаторов, а также для резкопеременных

(ударных) нагрузок. В этих случаях после завершения переходного процесса,

который продолжается доли секунды, вновь наступает установившийся нормальный режим, когда значения параметров в контрольных точках системы оказываются в допустимых пределах.

В переходном неустановившемся режиме система переходит из установившегося нормального состояния в другое установившееся с резко изменившимися параметрами. Этот режим считается аварийным и наступает при внезапных изменениях в схеме и резких изменениях генераторных и потребляемых мощностей. В частности, это имеет место при авариях на станциях или сетях, например при коротких замыканиях и последующем отключении поврежденных элементов сети, резком падении давления пара или майоров

воды и т.д. Во время аварийного переходного режима параметры режима системы в некоторых ее контрольных точках могут резко отклоняться от нормированных значений.

Послеаварийный установившийся режим наступает после локализации аварии в системе. Этот режим чаше мест отличается от нормального, так как в результате аварии одни пли несколько элементов системы (генератор, трансформатор, линии) будут выведены из работы. При послеаварийных режимах может возникнуть так называемый дефицит мощности, когда мощность генераторов в оставшейся в работе части системы меньше мощности

потребителей. Параметры послеаварийного (форсированного) режима могут в той или иной степени отличаться от допустимых значений. Если значения этих параметров во всех контрольных точках системы являются допустимыми, то исход аварии считают благополучным. В противном случае исход аварии неблагополучен и диспетчерская служба системы принимает немедленные меры к тому, чтобы привести параметры послеаварийного режима в соответствие с допустимыми.