2.13. Параллельная работа трансформаторов

Н а повышающих и понижающих трансформаторных подстанциях обычно устанавливаются в зависимости от мощ­ности несколько параллельно работаю­щих трансформаторов (рис.2.32). Параллель­ная ра­бота необходима для обеспечения резер­вирования в электроснабже­нии потреби­телей при аварии или ремонте, а также для уменьшения по­терь энергии в пе­риоды малых нагрузок подстанции путем отключения отдельных параллельно работающих трансформаторов [15].

Для достижения наилучшего режима работы требуется, чтобы общая нагрузка подстанции распределялась между трансформаторами пропор­ционально их номинальной мощности. Это достигается путем выполнения условий:

- группы соединения обмоток должны быть одинаковыми;

- коэффициенты трансформации (напряжения первичной и вторичной обмоток) должны быть одинаковыми;

- напряжения короткого замыкания должны быть одинаковыми.

Опустим влияние отклонений от указанных ранее условий на па­раллельную работу трансформаторов. При этом пренебрежем намагничивающим током трансформаторов, используя упрощенную схему замещения [1].

2 .13.1. Параллельная работа при неодинаковых группах соеди­нения обмоток. Пусть включены на параллельную работу трансформаторы с соединением обмоток Y/Y-0 и Y/ -11, имеющие одинаковые первичные и вто­ричные напряжения (рис. 2.33). Тогда вторичные эдс и соответствующих фаз трансформато­ров будут равны по значению, но сдвинуты по фазе на угол , равный 30⁰. В замкнутом контуре вторичных обмоток возникает разность эдс:

. (2.60)

Значение уравнительного тока , протекающего по первичной и вторичной обмоткам трансформаторов, ограничено сопротивлениями обмоток. Оно равно сумме сопротивлений короткого замыкания трансформаторов. Тогда

. (2.61)

В качестве иллюстрации рассмотрена параллельная работа двух трансформаторов в режиме холостого хода с одинаковыми мощностями, коэффициентами трансформации и сопротивлениями короткого замыкания . Учитывая зависимость (2.60) из (2.61) величина уравнительного тока в процентах от номинального значения тока обмоток составит . Наличие такого тока будет равносильно короткому замыка­нию. Параллельная работа трансформаторов с различными группами соеди­нения обмоток недопустима даже в режиме холостого хода.

2.13.2. Параллельная работа при неодинаковых коэффициентах трансформации. Пусть у двух однородных трансформаторов первичные и вторичные напряжения не равны, причем . Следовательно, в замкнутом контуре вторичных обмоток будет действовать разность эдс (рис. 2.34, а). Возни­кающий уравнительный ток во вторичных обмотках трансфор­маторов имеет различные направ­ления от­носительно действующих в них эдс. Трансформатор I (рис. 2.32), т.к. является источником тока, а транс­форматор II потребляет этот ток. Падения напряжения и , вызываемые уравни­тельными токами в обмотках трансформат оров, выравнивают вторичные напряжения обмо­ток . При включении нагрузки в трансформаторах возникают токи на­грузки и (рис. 2.34, б). Уравнительные токи и складываются с ними и вызывают неравномерную нагрузку трансформаторов. Трансформатор I оказывается перегруженным, а трансформатор II – недогруженным.

Пусть параллельно работают два трансформатора одинаковых мощностей, с одинаковыми группами соединения обмоток и сопротивлениями короткого замыкания . Коэффициенты их трансформации различаются на 1%. Тогда разность эдс будет равна . Согласно выражению (2.61) уравнительный ток составляет довольно значительную вели­чину. Он будет . Также и в этом случае трансформаторы загружены неравномерно.

Как показывает опыт эксплуатации при параллельной работе трансформаторов их коэффициенты трансформации не должны различаться более чем на 0,5 % от их среднего значения. Например, для двух трансформаторов с коэффициентами и такое отличие определяется выражением [16]:

. (2.62)

Трансформатор с меньшим значением , несет большую нагрузку, чем трансформатор с большим .

2 .13.3. Параллельная работа при неодинаковых напряжениях короткого замыкания. Три трансформатора работают параллельно, имеют одинаковые группы соединения обмоток и коэффициенты трансформации . Для упрощения анализа их работы пренебре­жем током намагничивания. В результате может быть исполь­зована упрощенная схема замещения, которая представлена на рис. 2.35. Определим распределение на­грузки между трансформаторами. Падение напряжения в трансформатор­ной группе:

, (2.63)

где сопротивление n трансформаторов в группе; сопротивление короткого замыкания i-ого трансформатора.

Напряжение и сопротивление короткого замыкания каждого i - ого транс­форматора рассчитываются в соответствии с формулами:

; (2.64)

. (2.65)

Ток каждого i-ого транс­форматора определяется выражением:

. (2.66)

Умножаем обе части выражения (2.66) на коэффициент :

. (2.67)

Тогда нагрузка каждого i-ого трансформатора:

, (2.68)

где - суммарная мощность нагрузки, - паспортная мощность i-ого трансфор­матора.

Если пренебречь незначительным сдвигом токов по фазе в ветвях схемы замещения, то можно полагать, что

; (2.69)

. (2.70)

Зависимость (2.68) позволяет определить степень загрузки каждого трансформатора в группе. Например, суммарная мощность нагрузки составляет кВА. Номинальные мощности трех трансформаторов одинаковы. Они составляют 100 кВА. Напряжения короткого замыкания равны , , . Тогда мощность нагрузки каждого трансформатора составит:

(2.71)

Таким образом, первый трансформатор I c меньшим значением перегружен, трансформатор II работает с нагрузкой близкой к номинальной, а трансформатор III с большим значением недогружен. Трансформатор, имеющий меньшее значение напряжения короткого замыкания , несет большую нагрузку. Суммарная нагрузка должна быть снижена, чтобы первый трансформатор работал в номинальном режиме, но тогда третий трансформатор будет еще более недогружен. Следовательно, такая работа нецеле­сообразна.

Практически при параллельной работе напряжения короткого замыкания трансформаторов не должны различаться более чем на 10 % от их среднего значения. Для двух трансформаторов, имеющих и , такое отличие определяется выражением [16]:

. (2.72)

При включении на параллельную работу трансформаторов с раз­ными значениями некоторое перераспределение нагрузок может быть достигнуто изменением коэффициента трансформации при помощи пере­ключателя ответвлений обмоток (у перегруженных трансформаторов вторичное напряжение при холостом ходе должно быть меньше, чем у недогружен­ных трансформаторов) [10]. Допускается при эксплуатации отношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов в пределе 1:3. Перед включением трансформаторов параллельно на общую нагрузку с соблюдением вышеупомянутых условий необходимо на холостом ходу провести их фазировку [11]. Затем убедиться, что на одну и ту же нагрузочную шину включаются такие выводы отдельных трансформаторов, напряже­ния которых совпадают по фазе. При фазировке трехфазных трансформаторов с одной и той же группой соединения обмоток между одноименными выводами напряжение отсутствует, а между разноименными равно линейному напряжению вторичных обмоток. В сетях до 380 В фазировка проводится вольтметрами (непосредственная фазировка), в сетях выше 380 В и высоковольтных сетях дополнительно используются измерительные трансформаторы напряжения группы 0 (косвенная фазировка) [12].