ИЭ / 6 сем (станции+реле) / Наиважнейшие методические пособия / Учебное пособие_Электрическая часть станций и подстанций_2019
.pdf
НЦ - то же с направленным движением масла;
число обмоток, работающих на самостоятельной сети, если их больше двух
Т - трехобмоточный;
наличие РПН
Н - выполнение одной из обмоток с устройством для регулирования напряжения под нагрузкой (РПН);
для электроснабжения собственных нужд
С - исполнение трансформатора для собственных нужд;
2Номинальная мощность: значение в кВА;
3Класс напряжения: значение в кВ;
4Год выпуска рабочих чертежей данной конструкции;
5Климатическое исполнение: умеренный климат – У, тропический климат – Т; категория размещения;
Рис. 3.9 Масляные системы охлаждения:
а - типа М; б - типа Д; в - типа ДЦ; 1 - бак; 2 — магнитопровод с обмотками; 3 — охлаждающая поверхность; 4 - коллектор; 5 - трубчатый радиатор;
6 - электронасос;7 - охладители; 8 – вентиляторы
81
Примеры условного обозначения:
ТМ-100/10-97У1- трехфазный, двухобмоточный, с естественным масляным охлаждением, Sном=100кВА, Uном=10кВ, конструкция 1997 г., для районов с умеренным климатом и установки на открытом воздухе.
ТРДНС-40000/35-84Т1- трехфазный, двухобмоточный с расщепленной обмоткой низшего напряжения, с принудительной циркуляцией воздуха, с РПН, для собственных нужд, Sном=40000 кВА, Uном=35кВ, конструкция 1984г. , для районов с тропическим климатом и установки на открытом воздухе.
АТДЦТН-125000/220/110-98У1- автотрансформатор, трехфазный, с принудительной циркуляцией масла и воздуха, трехобмотчный с РПН, Sном=125000 кВА, UВН ном=220кВ , UСН ном=110кВ, конструкция 1998г., для районов с умеренным климатом и установки на открытом воздухе.
Основные параметры трансформатора (для двухобмоточного):
-UВН ном, UНН ном - номинальные напряжения обмоток при холостом ходе трансформатора, кВ; для трехфазного трансформатора это междуфазное напряжение, для однофазного U/√3;
-IВН ном, IНН ном - номинальные токи в обмотках, при которых допускается длительная нормальная работа трансформатора, А;
- Sном - номинальная полная мощность, кВА: ном = √3ВН ном ВН ном = в трехобмоточных трансформаторах номинальной называют
мощность наиболее мощной обмотки; - Рк - потери мощности короткого замыкания (электрические), кВт (поте-
ри в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочные потери в обмотках и конструкциях);
- Рхх- потери мощности холостого хода (магнитные), кВт (состоят из потерь в сердечнике, потерь на вихревые токи в стенках бака и конструктивных элементах)
- т- коэффициент трансформации, т = ВН ном;
НН ном
- uк - напряжения короткого замыкания в % от Uном; напряжение при проведении которого к одной из обмоток при замкнутой накоротко другой по ней проходит ток, равный номинальному.
Напряжение короткого замыкания определяют по падению напряжения в трансформаторе при передаче через него мощности, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора. Так как индуктивное сопротивление
82
значительно больше активного (особенно в трансформаторах большой мощности и высокого напряжения), то можно принять тр = 100к ,%.
Для трехобмоточных трансформаторов определяется kт , Рк и uк% для каждой пары обмоток ВН и НН, ВН и СН, СН и НН.
Надёжность трансформаторов высока (удельная повреждаемость составляет 0,01). Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как в них меньше потери (на 12-15%), расход активных материалов и стоимость (на 20-25%), чем в группе из трех однофазных трансформаторов той же мощности. Но предельная единичная мощность ограничена массой, размерами, условиями транспортировки. В этом случае применяют группу из трех однофазных трансформаторов. Наиболее мощный трехфазный трансформатор в настоящее время - 1250 МВА. Из трех однофазных трансформаторов можно составить трехфазные группы: 3х417 ≈ 1250 МВА, 3х533 ≈ 1600 МВА , 3х677 ≈ 2000 МВА.
Шкала номинальных мощностей, на которые разрабатываются трансформаторы по ГОСТ 9680-77, кВА:
10 |
- |
16 |
- |
25 |
100 |
- |
160 |
- |
250 |
1 000 |
- |
1 600 |
- |
2 500 |
10 000 |
- |
16 000 |
- |
25 000 |
100 000 |
125 000 |
160 000 |
200 000 |
250 000 |
1 000 000 |
1 250 000 |
1 600 000 |
2 000 000 |
2 500 000 |
- |
40 |
- |
63 |
- |
- |
400 |
- |
630 |
- |
3 200 |
4 000 |
- |
6 300 |
- |
32 000 |
40 000 |
- |
63 000 |
80 000 |
- |
400 000 |
500 000 |
630 000 |
800 000 |
3 150 000 |
4 000 000 |
5 000 000 |
6 300 000 |
8 000 000 |
3.2.2. Трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряже-
ния
У трансформатора с расщепленной обмоткой низшего напряжения (НН) одна из обмоток имеет 2 (или более) части, нормально электрически не соединенные между собой и имеющие раздельные выводы. Каждую часть можно использовать независимо от другой.
При необходимости части обмотки одного напряжения могут быть соединены электрически и включены на параллельную работу. Возможна работа каждой части расщепленной обмотки при отключении другой. Суммарная
83
мощность всех частей расщепленной обмотки равна номинальной мощности трансформатора.
ВН |
ВН |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НН НН
НН
Рис. 3.10 Трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения (НН)
Трансформатор с расщепленной обмоткой НН позволяет уменьшить ток при КЗ на стороне расщепления. Рассмотрим схемы замещения двухобмоточного трансформатора и трансформатора с расщепленной обмоткой НН.
двухобмоточный Т |
Т с расщепленной обмоткой НН |
хтр – индуктивное сопротив- |
имеем два исходных параметра: |
ление |
хсквоз = uк В-Н//Н = хтр (без расщепления) |
|
храсщ = uк Н-Н |
Найдем, чему будут равны сопротивления обмоток трансформатора в и
н через тр.. Пусть расщ.
сквоз.
= 4 (обычно это отношение 3÷ 4), тогда имеем си-
стему уравнений, решая которую, получим: |
|
|
|||||
+ |
Н |
= |
+ |
Н |
= |
Н |
|
2 |
2 |
|
2 |
||||
{ В |
тр => { В |
|
|
||||
2 Н = 4 тр |
Н = 2 тр |
||||||
В = 0 => { Н = 2 тр
Сравнивая схемы укрупненных блоков с двухобмоточным трансформатором и трансформатором с расщепленной обмоткой (рис. 3.11), имея в виду схему замещения, видим, что в блоке с трансформатором с расщеплением токи
84
при коротком замыкании на стороне расщепления будут меньше по сравнению с блоком с обычным двухобмоточным трансформатором.
Iс |
T |
Iс |
T |
|
через |
через |
|||
|
|
|||
Хтр |
|
2Хтр |
|
|
К1 |
|
К1 |
через |
|
|
|
IГ2 |
4Хтр |
|
|
IГ2 |
|
|
|
Г1 |
Г2 |
Г1 |
Г2 |
Рис. 3.11 Схемы укрупненных блоков с двухобмоточным трансформатором и трансформатором с расщепленной обмоткой
Трансформаторы с расщепленными об мотками применяются в укрупненных блоках мощных ТЭС или ГЭС, на понижающих подстанциях, в схемах собственных нужд электростанций.
|
Обычно |
в каталогах |
даны |
следующие |
параметры: к В−Н//Н (%) и |
||||||||
к |
Н−Н(%) , отнесенные к номинальной мощности трансформатора ном, тогда: |
||||||||||||
|
|
= |
к Н−Н (%) |
, |
|
|
= |
1 |
( |
к В−Н//Н |
(%) − |
к Н−Н (%) |
). |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Н |
200 |
|
В |
100 |
|
4 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
3.2.3 Автотрансформаторы
Автотрансформатор – особый вид трансформатора, отличие заключается в том, что две обмотки электрически соединены, что обуславливает передачу мощности от одной обмотки к другой не только электромагнитным путем, но и электрическим. У автотрансформатора электрически соединены обмотки ВН и СН, а обмотка НН имеет с ними электромагнитную связь.
Схема замещения однофазного АТ показана на рис. 3.12. Обмотка высшего напряжения состоит из двух частей: АВ - последовательная часть обмотки, ОВобщая часть обмотки (обмотка СН). При работе АТ в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток ВН. Он, создавая магнитный поток в магнитопроводе, индуктирует в общей обмотке ОВ ток 0. Ток нагрузки вторичной обмотки: СН = ВН + 0, где ток 0 обусловлен электромагнитной связью, а ток вн - электрической связью. Имеем 0 = СН − ВН.
85
А
IвН
UвН - UсН
IсН
UвН В
UсН
I0
О
UнН
Рис. 3.12 Схема замещения однофазного АТ
Автотрансформатор характеризуется:
1) ном = проход. = ВН ∙ ВН ≈ СН ∙ СН (если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток), где ном - полная мощность, передаваемая из первичной сети во вторичную или наоборот, она называется проходной мощностью проход.; индекс «ном» у тока и напряжения опущен в целях упрощения дальнейшей записи);
2) АТ = ВН = СН - коэффициент трансформации автотрансформатора.
СН ВН
При этом:
ном = СН ∙ СН = (СН − ВН + ВН) ∙ СН = 0 ∙ СН + ВН ∙ СН = эл.маг. + эл.
Мощность, передаваемая электромагнитным путем эл.маг., называется типовой мощностью Sтип. Именно эта мощность определяет размеры сердечника и расход материалов на него. эл. – мощность передаваемая электрическим путем.
После преобразований получим:
Sтип = ( |
− |
) ∙ |
= |
|
∙ |
(1 |
− |
ВН |
) = |
(1 − |
1 |
), |
|||||
|
|
|
|||||||||||||||
|
СН |
ВН |
|
СН |
|
СН |
СН |
|
|
|
|
|
ном |
|
АТ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН |
|
|||
Sтип= |
|
∙ |
|
, где |
|
|
= (1 − |
1 |
|
)– коэффициент типовой мощности, |
|||||||
тип |
|
тип |
|
|
|||||||||||||
|
ном |
|
|
|
|
|
АТ |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
величина его всегда меньше 1, и Sтип< ном.
В обычном трансформаторе Sтип= ном. Магнитопровод и части обмотки автотрансформатора также рассчитаны на типовую мощность. Загружать последовательную и общую части обмотки в номральном режиме более, чем Sтип нельзя.
86
АВ = (ВН − СН |
) ∙ вн , |
ОВ = (СН − ВН |
) ∙ СН |
Таким образом, типовая мощность определяет расход материалов, т.е. вес, размеры и стоимость трансформатора, и, если сравнить обычный трансформатор и автотрансформатор с одинаковой номинальной мощностью, то автотрансформатор по экономическим соображениям более выгоден. Чем ближе напряжения друг к другу, тем меньше тип и тем более выгоден автотрансформатор:
АТ |
220/110 |
330/110 |
330/220 |
500/110 |
500/220 |
500/330 |
750/330 |
750/500 |
|
2 |
3 |
1,5 |
4,5 |
2,27 |
1,52 |
2,27 |
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тип |
0,5 |
0,67 |
0,33 |
0,78 |
0,56 |
0,34 |
0,44 |
0,33 |
Преимущества автотрансформатора:
1.Габаритные размеры, стоимость, вес автотрансформатора меньше, чем
уобычного трансформатора той же ном. Автотрансформатор выгодно приме-
нять |
для |
связи |
сетей |
близких |
напряжений, |
когда |
АТ небольшой: 110-220 кВ; 110-330 кВ, 220-330 кВ, 220-500 кВ, 330-750 кВ (иногда 110-500 кВ).
2.Эксплуатационные издержки (стоимость потерь мощности и напряжения) меньше, т.к. за счет электрической связи напряжение короткого замыка-
ния к меньше, чем у обычного трансформатора. Недостатки автотрансформатора:
1.Напряжение короткого замыкания к меньше чем у трансформатора, следовательно, ток короткого замыкания кз в сетях с автотрансформаторами выше, что влияет на выбор аппаратов и проводников, и иногда нужно принимать меры для ограничения токов короткого замыкания.
2.Из-за электрической связи между обмотками перенапряжения переходят с обмотки одного напряжения на выводы другого напряжения. Требуется специальная защита от перенапряжений. Для устранения воздействия перенапряжений на изоляцию АТ со стороны высшего и среднего напряжения защищают разрядниками
3.Автотрансформаторы должны работать с заземленной нейтралью (не используются на ВН и СН для связи сетей с изолированной нейтралью). Три фазы обмоток ВН и СН соединяются в звезду с заземленной нейтралью.
Если бы нейтраль была изолирована, то при замыкании на землю в сети ВН, напряжения других фаз на стороне среднего напряжения значительно увеличивались бы, что видно из рис. 3.13.
87
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвн |
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uсн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120° |
U(1)сн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К(1) |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
По теореме косинусов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
(1)2 = |
|
2 + |
2 + 2 cos 1200 |
∙ |
∙ |
|
= |
2 |
|
+ |
2 + |
|
∙ |
|||||||||||||||||
СН |
|
СН |
|
ВН |
|
|
|
|
|
|
ВН |
|
|
СН |
СН |
|
|
|
|
|
|
|
ВН |
ВН |
СН |
||||||
|
(1) = √ |
|
2 + |
|
2 |
+ |
|
∙ |
, |
∙ |
АТ |
= |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
СН |
|
|
СН |
|
ВН |
ВН |
|
СНн |
СН |
|
|
|
ВН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
(1) = |
|
∙ √1 + |
АТ |
2 + |
АТ |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
СН |
СН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
(1) увеличится в √ |
|
раз, при |
|
|
|
|
|
|
(1) увеличится |
|||||||||||||||||
|
При |
АТ |
= 2 , |
7 |
АТ |
= 3 , |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
СН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН |
|
|
||||||||
в √13 раз. Изолировать нейтраль обмоток ВН и СН автотрансформатора нельзя!
4.В обычных трансформаторах, если одна из обмоток соединена в звезду
сзаземлённой нейтралью, другую соединяют в треугольник для компенсации токов высших гармоник. В автотрансформаторе необходимо также иметь обмотку, соединенную в треугольник для компенсации третьих гармоник. Эта обмотка (третья) не имеет электрической связи и рассчитана на мощность не больше, чем типовую.
а) |
б) |
в) |
Рис. 3.14 а) подключение генератора; б) подключение РТСН; в) подключение потребителей (на подстанции)
88
Часто к этой обмотке ничего не подключено, но можно и использовать для подключения (рис. 3.14).
Для использования обмотки низшего напряжения необходимо правильно выбрать мощность автотрансформатор.
Например, необходимо выбрать мощность автотрансформатора для работы в блоке с генератором (рис 3.15).
110 кВ |
220 кВ |
АТ 
Г
Рис. 3.15 Соединение автотрансформатора в блоке с генератором
Пусть РГ ном = 100 МВт, необходимо определить ном АТ.
|
|
= |
РГ ном |
= |
100 МВт |
= 125 МВ |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
Г ном |
|
|
cos ном |
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Гном ≤ тип АТ, |
|
|
тип АТ ≥ 125 МВА |
||||||||||
|
= |
тип АТ |
, |
|
|
≥ |
125 МВА |
= 250 МВА. |
|||||
|
|
|
1 |
||||||||||
ном АТ |
|
|
|
|
ном АТ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
тип |
|
|
|
1− |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Примем АТДЦТН-250000/220/110.
Для автотрансформаторов характерны три основных режима работы: автотрансформаторный, трансформаторный, комбинированный трансформатор- но-автотрансформаторный. Рассмотрим режимы работы трехобмоточных ав-
тотрансформаторов.
Для простоты анализа примем: АТ = 2, т.е. тип = 0,5 ном.
Выразим все токи через ток I и покажем величину и направление токов в обмотках автотрансформатора:
ном
√3∙ ВН
тип
√3∙ ВН
= , |
|
ном |
= 2 |
|||||
|
|
|
|
|
||||
√3∙ СН |
||||||||
|
|
|
||||||
= /2, |
|
тип |
|
= |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
√3∙ СН |
||||||
89
1. Автотрансформаторный режим с передачей ном из сети СН в сеть ВН и обратно (использование в качестве АТ связи на электростанции или ПС).
|
Sном |
А |
В этом режиме можно переда- |
|
СН |
вать ном из сети высшего |
|||
ВН |
I |
|||
|
|
напряжения в сеть среднего |
||
|
I |
В |
||
|
напряжения и наоборот: |
|||
АТ |
ВН |
I 2I СН |
||
|
|
|||
|
|
ВН→СН, СН→ВН. Обмотки |
||
|
|
О |
рассчитаны на Sтип. Фактически |
|
|
|
|
||
|
НН |
|
они так и загружены. В общей |
|
|
|
части обмотки ток I, режим |
||
|
|
|
||
|
НН |
|
возможный и выгодный. |
|
|
|
|
Рис. 3.16
2.Трансформаторный режим с передачей мощности генератора Г =
тип в сеть ВН
Режим возможный, но невыгодный, так как атотрансформатор недогружен, в общей части обмотки I/2. Передача тип из сети низшего напряжения в сеть высшего напряжения: НН→ВН, то же получится при передаче мощности генератора в сеть среднего напряжения: НН→СН.
Рис. 3.17
90