Лекции / Лекция 07 Параллельная работа трансформаторов

Параллельная работа трансформаторов

Условия параллельной работы трансформаторов. На повы-

шающих и понижающих трансформаторных подстанциях обычно устанавливаются в зависимости от мощности подстанции два, три или более параллельно работающих трансформаторов (рис. 9.1).

Параллельная работа трансформаторов необходима последующим причинам:

1)обеспечение резервирования в энергоснабжении потребителей

вслучае аварии и необходимости ремонта трансформаторов;

2)уменьшениепотерь энергиив периоды малых нагрузок подстанции путем отключения части параллельно работающих трансформаторов.

Для достижения наилучших условий параллельной работы трансформаторов необходимо, чтобы общая нагрузка подстанции распределялась между параллельно работающими трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям. Такое распределение нагрузки достигается при условиях, когда параллельно работающие трансформаторы имеют: 1) одинаковые группы соединений обмоток; 2) равные первичные и вторичные номинальные напряжения или, что то же самое, равные коэффициенты трансформации; 3)

равные напряжения короткого замыкания.

Если первые два из этих условий соблюдены, то вторичные напряжения соответствую-

щих фаз параллельно включён-

ных трансформаторов на холо- однофазных a ) и трёхфазных б) стом ходу, когда вторичные об-

мотки разомкнуты, будут равны по величине и по фазе. По-

этому при включении вторичных обмоток на общие шины в этих обмотках при отсутствии нагрузки не возникает никаких токов. В противном случае уже на холостом ходу возникают уравнительные токи Iу , которые будут циркулировать по замкнутым контурам, образуе-

мым вторичными обмотками параллельно включенных трансформаторов, и трансформироваться также на первичные обмотки. На рис. 9.1, а такие токи показаны штриховыми стрелками. Уравнительные токи, если они даже и не очень велики и поэтому не приводят к аварии, складываясь при подключении потребителей с токами нагрузки, вызывают неравномерную нагрузку, а также излишние потери и нагрев трансформаторов.

Соблюдение третьего из указанных условий обеспечивает равномерное распределение нагрузки между трансформаторами.

Отметим, что при первом включении трансформаторов на параллельную работу необходимо проверить их фазировку, т. е. убедиться в том, что на одну и ту жешину включаются такие фазы отдельных трансформаторов, напряжения которых совпадают по фазе. Способы фазировки трансформаторов изложены в ГОСТ 3484–65.

а б Рис. 9.2, а – схема опыта фазировки, б – векторные диаграммы напряжений

а б Рис. 9.3, а – схема опыта фазировки при перепутанных обозначениях начала и

конца фазы b второго трансформатора, б – векторная диаграмма напряжений

Чтобы определить однопотенциальные зажимы вторичных обмоток трансформаторов, включаемых на параллельную работу, т.е. провести опыт "фазировки", необходимо сделать следующее: обозначить зажимы первичных обмоток обоих трансформаторов А1Х1, и А2Х2 и т.д., соединить их параллельно. Затем соединить один из зажимов вторичной обмотки первого трансформатора (например а1) слюбым зажимом втори-

чной обмотки второго трансформатора (например а2) и измерить разность потенциалов между оставшимися свободными зажимами (рис. 9.2, а). Если напряжение между соответствующими свободными зажимами Ub1b2 и Uc1c2 равно нулю, то это указывает на их один потенциал,

т.е. на одинаковость направления намотки, маркировки и схемы соединений. На рис. 9.2, б изображены векторные диаграммы напряжений вторичных обмоток первого и второго трансформаторов, соответствующих данному случаю. Из этих диаграмм видно, что линейное напряжение Ub1a1 включеновстречно линейному напряжению Ub2a2 .

Если у одного из трансформаторов перепутаны обозначения начала и конца фазы, например, фазы "b" второго трансформатора (рис. 9.3, а), то вольтметр покажет Ub1b2 = 2Uф . Соответствующая вектор-

ная диаграмма дана на рис. 9.3, б.

Возможен случай, что фазы «а» у обоих трансформаторов обозначены верно, а обозначение фаз «b» и «c» одного из трансформаторов, например второго, перепутаны. Тогда получится Ub1b2 =Uc1c2 =

Ua1b1 =Uл , Ub1c2 Ub2c1 0. Соответствующую схему и векторную диаграмму напряжений смотрите на рис. 9.4.

Рис. 9.4, а – схема опыта фазировки при перепутанных обозначениях начал фаз обмоток b и c , б – векторная диаграмма напряжений

Выясним влияние отклонений указанных выше условий на параллельную работу трансформаторов. При этом будем пренебрегать намагничивающим током трансформаторов и пользоваться упрощенной схемой замещения.

Параллельная работа трансформаторов с различными груп-

пами соединения обмоток. Допустим, что на параллельную работу включены два трансформатора – с соединениями обмоток Y/ 11 и Y /Y 0, имеющие одинаковые первичные и вторичные номинальные напряжения. Тогда вторичные ЭДС E2 соответствующих фаз этих

Значение этого тока оказывается весьма значительным. Так, в рассматриваемом случае, если принять uk1 uk2 0.05, уравнительный ток

0,518

Iy 2 0.05 5,18,

то есть в 5,18 раза больше номинального. Таким образом, параллельное включение трансформаторов с обмотками различных групп соединения недопустимо.

Однако возможны случаи, когда путем круговой перестановки обозначений выводов обмоток или соответствующим соединением зажимов двух трансформаторов удается добиться совпадения по фазе ЭДС параллельно включаемых фаз трансформаторов, имеющих разные группы соединений. Возможность этого в каждом конкретном случае можно проверить на основе рассмотрения векторных диаграмм напряжений трансформаторов.

Параллельная работа трансформаторов при неодинаковых коэффициентах трансформации. Холостой ход. Предположим, что два параллельно включенных трансформатора 1 и 2 удовлетворяют второму и третьему условиям, но не удовлетворяют первому условию, причем k1 < k2. Для выяснения сущности явления достаточно рассмотреть параллельную работу однофазных трансформаторов или соответствующих фаз двух трехфазных трансформаторов (рис. 9.1). Будем считать, что напряжение первичной сети равно номинальным первичным напряжениям каждого из парал-

лельно включенных трансформаторов. Тогда

уравнительный ток Iy , мгновенное распределение которого в

трансформаторах 1 и 2 показано на рис 9.7 стрелками. Мы видим, что по отношению к току Iy трансформаторы 1 и 2 находятся в режиме

короткого замыкания, при-чем этот ток течет по обмоткам трансформаторов в противоположных направлениях; соответственно этому на

ного тока одного из трансформаторов, например от I2н1 трансформато-

ра 1.

Тогда

треугольники короткого замыкания А1В1С и А2В2С равны по величине и отрезок А1А2 делится в точке С пополам. Таким образом, в данном случае ток Iy1 снижает напряжение U21 до общего на вторичных шинах

напряжения U20 = 0С, а ток Iy2 повышает напряжение U22 до того же напряжения U20 = 0С. В этом именно и состоит роль уравнительного тока.

Если трансформаторы разной мощности, например Pн1 < Pн2 , то при одинаковых напряжениях uk1и uk2 сопротивления rk и xk обратно пропорциональны мощностям, т. е. rk1 > rk2 и xk1 > xk2 . Соответствен-

но этому треугольник А1В1С на рис. 9.7 становится больше треугольника A2B2C, но остается ему подобным. Следовательно, точка С перемещается вниз по отрезку A1A2.

Параллельная работа трансформаторов при неодинаковых коэффициентах трансформации. Два трансформатора под нагруз-

кой. При включении нагрузки в трансформаторах возникают токи нагрузки. Будем по-прежнему считать, что k1 k2 , Pн1 Pн2 и что первое

итретье условия параллельной работы трансформаторов выполнены.

Воснову изучения рассматриваемого режима кладется метод на-

ложения двух режимов. Действительно, наличие уравнительного тока обеспечивает равенство вторичных напряжений обоих трансформаторов напряжению 0С (рис. 9.7). Поэтому когда появляется внешняя нагрузка, то внешний нагрузочный ток распределяется между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям. Таким образом, все происходит так, как если бы в каждом из трансформаторов существовали два тока – уравнительный Iy и нагрузочный ток Iнг , соот-

ветствующий внешней нагрузке. В действительности существует только результирующий ток, представляющий собой геометрическую сумму обоих токов.

Так как при нагрузке вторичные напряжения обоих трансформаторов снижаются практически на одну и ту же величину, то напряжения и соответственно уравнительные токи Iy1 и Iy2 в пределах обычных

нагрузок не зависят от режима работы трансформаторов. На рис. 9.8 для уравни-

тельных токов повторено построение рис. 9.7. Нагрузочные токи Iнг1 и Iнг2 трансформаторов 1 и 2 изображены вектора-

ми OA и OB для случая, когда

токи трансформаторов 1 и 2 определяются векторами

0С Iнг1 Iy1 I21 и 0D Iнг2 Iy2 I22 .

Из треугольников 0АС и 0BD имеем:

I21 Iнг2 1 Iу2 2Iнг1Iy cos( k 2)

и

I22 Iнг2 2 Iу2 2Iнг2Iy cos( k 2) .

Мерой нагруженности трансформаторов уравнительным током могут служить отношения:

Из последних выражений видно, что степень перегрузки или недогрузки трансформаторов зависит, во-первых, от величин Iy и k , оп-

ределяемых параметрами трансформаторов, и, во-вторых, от угла 2 , определяемого параметрами внешней цепи.

В частном случае при индуктивной нагрузке и 2 = k имеем:

I21 1 Iy

Iнг1 Iнг1

При этом трансформатор 1 перегружен, а трансформатор 2 недогружен.

т. е. оба трансформатора перегружены.

Пусть, например, Pн1 = 100кВ А ; Pн2 = 320кВ А ; Iу / Iнг1 =

0,14; cos 2 = 0,8 и k 75 ; тогда I21 / Iнг1 = 1,115 и I22 / Iнг2 = 0.955,

т. е. за счёт уравнительного тока трансформатор 1 перегружен на 11,5%, а трансформатор 2 недогружен на 4,5%.

До сих пор мы предполагали, что k1 k2 . При обратном отноше-

нии коэффициентов трансформации векторы уравнительных токов Iy1

и Iy2 поменялись бы своими местами (рис. 9.8). В этом случае был бы

перегружен второй, более мощный трансформатор, но если иметь в виду те же численные соотношения, что и выше, то его перегрузка не превышала бы 5%, тогда как трансформатор 1 был бы недогружен.

Эти условия более благоприятны, чем первые. Правда, они изменяются, если перейти к емкостной нагрузке, но такой случай встречачается относительно редко. Поэтому при неравенстве коэффициентов трансформации следует предпочесть, чтобы трансформатор меньшей мощности имел больший коэффициент трансформации. Так как трансформаторы нельзя перегружать во избежание перегрева, то, очевидно, необходимо снизить внешнюю нагрузку так, чтобы поставить перегруженный трансформатор в нормальные условия работы. При этом второй трансформатор будет недогружен и система хуже использована. Соответственно приведенным выше данным трансформатор 1 перегружен примерно на 11,5%. Следовательно, на столько же нужно уменьшить внешний нагрузочный ток, чтобы полный ток первого трансформатора не превосходил своего номинального значения.

Из сказанного следует, что сколько-нибудь значительное неравенство коэффициентов трансформации недопустимо. Согласно ГОСТ, для трансформаторов с коэффициентом трансформации меньше 3 и трансформаторов для собственных нужд подстанций k 1% , для всех прочих трансформаторов k 0,5%.

Вкачествепримера допустим, чтопараллельноработают дватранс-

форматора одинаковой мощности и zk1 = zk2 =0,055, а их коэффици-

енты трансформацииразличаются на 1%. Тогда E 0,1Uн и, согласно формуле (9.2),

Параллельная работа трансформаторов с неодинаковыми напряжениями короткого замыкания. Рассмотрим параллельную работу трех трансформаторов с одинаковыми группами соединений