ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6

НЕПОЛНОФАЗНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: Изучить методику определения параметров при неполнофазных режимах работы трансформаторов с учетом и без учета зарядной мощности. Освоить приближенный расчет сопротивлений прямой, обратной и нулевой последовательностей трансформаторов.

Нормативная литература: РД 153-34.3-20.670-97 "Методические указания по применению неполнофазных режимов работы основного электрооборудования электроустановок 330 - 1150 кВ" (утв. РАО "ЕЭС России" 01.12.1997) Утверждены Департаментом электрических сетей РАО "ЕЭС России" 1 декабря 1997 года. Вводятся в действие с 1 февраля 1999 года.

Вопросы для самостоятельного изучения:

1. Постройте векторную диаграмму фазных токов и напряжений применительно к расчету неполнофазного режима, вызванного отключением двух фаз одноцепной линии.

2. Постройте векторную диаграмму фазных токов и напряжений применительно к расчету неполнофазного режима, вызванного отключением одной фазы одноцепной линии.

3. Как учитывается зарядная мощность линий при расчете неполнофазных режимов в сетях с напряжением 110 кВ и выше?

4. Что понимается под термином «комплексная схема» при расчете неполнофазных режимов?

5. При каких условиях возникают неполнофазные режимы работы трансформаторов?

6. В чем опасность возникновения неполнофазных режимов?

Методика определения параметров несимметрии

при неполнофазных режимах работы трансформаторов

Неполнофазные режимы в электрических системах возникают при обрыве провода линии, который обычно сопровождается падением на землю (заземлением) одного из концов провода, при отказе одной фазы выключателя во время включения или отключения линии, при перегорании плавких вставок в одной или двух фазах. Принципиальная схема показана на рис. 1, где положения рубильников , , соответствуют виду неполнофазного режима, а положения рубильников и определяют, заземлены или изолированы нейтрали системы и трансформатора приемной подстанции.

Если трансформатор приемной подстанции имеет изолированную нейтраль, то расчетная схема замещения может быть приведена к виду, показанному на рис. 2; значения э. д. с. и емкости для нее даны в табл. 1. На рис. 2   представляет собой индуктивность холостого хода трансформатора, зависимость которой от тока определяется характеристикой намагничивания магнитопровода.

Рис. 1. Принципиальная схема неполнофазных режимов

Рис.2 Расчетная схема неполнофазных режимов при изолированной нейтрали трансформатора

Таблица 1. Параметры схемы замещения (рис. 1, 2) при различных неполнофазных режимах для трансформатора с изолированной нейтралью

Вид неполнофазного режима	Еэкв	Сэкв
Обрыв одного провода с заземлением. Нейтраль системы изолирована
Обрыв одного провода без заземления. Нейтраль системы заземлена
Обрыв двух проводов. Нейтраль системы заземлена

При заземленной нейтрали трансформатора приемной подстанции и соединении обмотки НН в треугольник упрощенная схема замещения при обрыве одного или двух проводов имеет вид, показанный на рис. 3. Параметры схемы приведены в табл. 2. Схема является приближенной, так как в ней не учтена индуктивность линии. В этой схеме могут возникать перенапряжения, которые вызываются резонансом на частоте сети в контуре, состоящем из емкости   и индуктивности L, которая определяется реактивным сопротивлением рассеяния трансформатора. Резонансная длина линии   определяется по формулам:

Рис. 3. Приближенная расчетная схема неполнофазных режимов при заземленной нейтрали трансформатора

при обрыве одного провода  

при обрыве двух проводов  

где - напряжение короткого замыкания трансформатора, о.е.

Индуктивность   в схеме рис. 3 представляет собой магнитный шунт трансформатора, который ограничивает максимально возможные кратности перенапряжений величиной порядка 2,5-3,0. Резонансная длина линии составляет 100 км и более, поэтому перенапряжения характерны только для систем весьма высокого напряжения.

Таблица 2. Параметры схемы замещения (рис. 3) при различных неполнофазных режимах.

Нейтрали системы и трансформатора заземлены

Вид неполнофазного режима	С1	С2	Е1	Е2	L
Обрыв одного провода
Обрыв двух проводов

Сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности

Сопротивления прямой последовательности R₁ и X₁ трансформаторов с разными схемами соединения обмоток определяются одними и теми же формулами и отличаются незначительно:

Заглянув в каталоги, нетрудно убедиться, что входящие в эти формулы известные величины Р_кз и u_к от схем соединения обмоток трансформатора практически не зависят, а, следовательно, от них не зависят и сопротивления прямой последовательности. В отличие от этих сопротивлений, сопротивления нулевой последовательности трансформаторов с разными схемами соединения обмоток отличаются принципиально.

Рассмотрим векторы токов и магнитных потоков в трансформаторе со схемой соединения обмоток /Yн (рис. 4). В таких трансформаторах токи прямой, обратной и нулевой последовательностей протекают как в первичной, так и во вторичной обмотках. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке замыкаются внутри нее и в сеть не выходят. Создаваемые токами нулевой последовательности первичных и вторичных обмоток намагничивающие силы (ампер-витки) направлены встречно и почти полностью компенсируют друг друга, что обуславливает небольшую величину реактивных сопротивлений трансформатора. При этом сопротивления прямой и нулевой последовательностей приблизительно равны: R₁ = R₀; Х₁ = Х₀.

Рис. 4. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток /Yн

В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Zн в аналогичном режиме ОКЗ токи нулевой последовательности протекают лишь по вторичной обмотке трансформатора, однако магнитного потока нулевой последовательности они не создают, что объясняется особенностью схемы Zн – «зигзаг». Эта особенность состоит в том, что на каждом стержне трансформатора расположено по одной вторичной полуобмотке двух разных фаз (рис. 5). В режиме ОКЗ намагничивающие силы, создаваемые токами нулевой последовательности в этих полуобмотках, направлены встречно и друг друга взаимно компенсируют. При этом токи нулевой последовательности в первичной обмотке отсутствуют. В таких трансформаторах сопротивления нулевой последовательности оказываются меньше сопротивлений прямой последовательности: R₀ < R₁; Х₀ < Х₁.

Рис. 5. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Zн

Теперь рассмотрим трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Yн. Как известно, в обмотках, соединенных в звезду без выведенной нулевой точки, токи нулевой последовательности протекать не могут. Поэтому в режиме ОКЗ токи этой последовательности протекают только во вторичной обмотке трансформатора. 

Совпадающие по фазе магнитные потоки нулевой последовательности, создаваемые токами вторичной обмотки, выходят за пределы магнитного сердечника и замыкаются через металлический кожух трансформатора (рис. 6). Это определяет значительно большую величину сопротивлений нулевой последовательности таких трансформаторов: R₀ >> R₁; X₀ >> X₁.

Рис. 6. Направления токов и магнитных потоков нулевой последовательности в трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/Yн